玲珑金矿深部开采岩爆倾向性评价.pdf

S e r i a l No ． 5 4 4 Au g u s t ． 2 0 1 4 现代矿业 M0DERN MI NI NG 总 第5 4 4期 2 0 1 4 年 8月第 8 期 玲珑金矿深部开采岩爆倾 向性评价 张书金 姚树标 孙世杰 山东黄金矿业 玲珑 有 限公 司 摘要根据室内岩石力学试验结果来评价岩爆的倾向性， 是一种既有效又经济的方法。通 过对玲珑金矿深部岩石进行单轴压缩试验、 巴西劈裂试验、 单轴循环加载试验和单轴与三轴刚性试 验， 采用脆性 系数法、 弹性变形能指数 法、 线弹性能法和冲击能量指数 法评价 了玲珑金矿深部开采 岩爆倾向性。结果表明， 该金矿深部开采具有强岩爆倾向性。 关键词深部开采岩爆倾向性评价 岩爆倾向性是指在应力条件满足时， 岩石具有 突然猛烈破坏 的性质 ， 是岩爆发生的 内因 J 。如果 岩石本身不具有岩爆倾向性， 那么外部应力条件无 论达到什么程度 ， 都不会发生岩爆 。岩爆倾 向性评 价所需数据主要是室 内岩石力学的试验结果 ， 是采 用一个或一组与岩石本身力学性质有关的指标衡量 岩石的岩爆倾向强弱 ， 是一种既有效又经济的方法 。 目前常用的指标有脆性系数 、 弹性变形能量指数 、 线 弹性能、 冲击能量指数等。为此， 通过对玲珑金矿深 部岩石进行的室内岩石力学试验 ， 采用 4种岩爆倾 向性评价方法 剖评价了玲珑金矿深部开采岩爆倾 向性 。 1 岩爆倾向性评价方法 1 ． 1 脆性 系数 B 脆性系数法分为强度脆性系数法和变形脆性系 数法 2类。本研究采用强度脆 性系数法 ， 它是岩石 的单轴抗压强度与抗拉强度的比值。其计算公式为 B ／ o “ ， 1 式中， 为岩石单轴抗压强度， M P a ； 为岩石抗拉 强度 ， MP a 。 该方法的判别指标划分见表 1 。 表 1 脆性系数 曰 法评价指标划分 1 ． 2 弹性变形能量指数 岩石在压缩过程中， 将产生弹性变形和塑性变 形。如果在岩石受压达到峰值前进行卸载， 弹性变 张书金 1 9 6 5 一 ， 男 ， 工程师 ， 2 6 5 4 1 9山东省烟台市招远市玲珑 形可以得到恢复 ， 而塑性变形则永久产生。根据单 轴循环加载试验的 一 s曲线， 采用积分法可求出弹 性变形能和塑性变形能。弹性变形能量指数 计 算公式为 TE ／ E 。 ， 2 式中， 为弹性变形能 ， M J ； E 。 为塑性变形能， MJ 。 该方法的判别指标划分见表 2 。 表2 弹性变形能量指数 wE T 法评价指标划分 1 ． 3 线弹性能 根据功能原理 ， 可以求出岩石在单轴压缩条件 下， 达到强度峰值以前所储存的线弹性能。 计算 公式为 r r2 ， 3 式中， 为单轴抗压强度 ， MP a ； E 为卸载切线弹性 模量 ， NP a 。 该方法的判别指标划分见表 3 。 表 3 线弹性能 法评价指标划分 1 ． 4 冲击能量指数 W邙 岩石在峰值强度前积聚的能量 E ． 与破坏后岩 石耗散的能量 E 之比为 ， 是衡量岩石在破坏时 是否产生冲击以及冲击程度的重要指标。 计算 公式为 F E 1 ／ E 2 ， 4 式中， E 为峰值前储存的能量， M J ； E 。 为破坏过程 耗散的能量 ， MJ 。 1 4 3 总第 5 4 4期 现代矿业 2 0 1 4年 8月第 8期 当 W 1时， 产生岩爆， 值越大， 岩爆越 强 。 2 岩石力学试验 结合矿山现场， 试样主要取 自地质钻探岩芯 ， 岩 性分别为斑状黑云母花岗岩、 片麻状花岗岩 、 钾长变 斑花岗岩 ， 埋深在 1 0 0 0 m以下 。 2 ． 1 岩石单轴压缩试验 试件直径为5 0 m m， 高径比为 2 ， 共有 3 2个。在 试件的中部对称位置纵向， 轴向各贴 2片电阻片， 试 验时与另一温度补偿 片组成半桥形 式联入记 录设 备。加载设备为 Y T D - 2 0 0型电子式压力试验机。 记录设备为 B H R -4型荷重传感器。 岩石单轴抗压强度 计算公式为 。 P ／ A ， 5 式中， P 为岩石试件的最大破坏荷载 ， N； 为试件 受压面积 ， m m 。 弹性模量 计算公式为 E or 。 f 5 0 ／ 8 h f 5 0 ， 6 式中， or c 5 o 为试件单轴抗压强度 的 5 0 ％ ， MP a ； 5 o 为 or 处对应 的轴 向压缩应变 ， l 0 ～。 计算所得的岩石单轴抗压强度和弹性模量的平 均值见表 4 。 表4 岩石单轴压缩试验结果 2 ． 2 岩石巴西劈裂试验 试件直径为 5 0 m m， 径高比为 2， 共有 3 4个。在 2 0 0 t 电子式压力试验 机上 ， 平行 于试件 的径 向加 载 ， 使试件产生垂直于加载方向的张力 ， 试件因受张 力沿加载方向被拉裂 。岩石抗拉强度 or 计算公式 为 o r 2 P ／ a r D H ， 7 式中， P 为破坏载荷， N ； D 、 日分别为试件的直径和 高度 ， mm。 计算所得岩石单轴抗拉强度的平均值见表 1 。 2 ． 3 岩石单轴循环加载试验 试验机 以每秒预计破坏载荷 的 0 ． 5 ％ ～1 ％速 度均匀加载， 加载过程分为若干级。每 5 k N为 1 级， 直至试件破坏。进行了8块试件的单轴压缩循 环压缩试验 ， 由于篇 幅所限 ， 仅取试验结果之一为例 予 以阐述 ， 结果见图 1 。 1 4 4 ZU ● 、 ／ ＼200 } 0 一 2、01 0 O 1 ． 0 2 ． 0 3 ． 0 4． 0 5 ． 0 81 0“8z ／ 1 0 一 图 1 岩 石试块 单轴循 环压 缩应力一 应变曲线 z一轴向应力， M P a ； 8 z 一轴向应变， 1 0 _ ’ ； x y 一径向应变， 1 0 一 。 2 ． 4 岩石单轴与三轴刚性试验 采用美 国 MT S公司生产 的 M T S 8 1 5 ． 0 2电液伺 服岩石力学实验系统进行试验。进行了2 块单轴刚 性试验 ， 2块三轴刚性试验 。由于篇幅所 限， 仅各取 试验结果之一为例予以阐述 ， 分别见图 2和图 3 。 日 宝 ．壁 霹 轴 向应 变， 1 0 图3 三轴刚性试验全应力． 应变曲线 3 倾 向性评价结果 1 脆性系数法评价结果。由表 1及式 1 可 知 ， 片麻状花岗岩的强度脆性 系数 为 1 4 ． 3 ， 斑状黑 云母花岗岩的强度脆性 系数为 l 7 ． 8 8 ， 钾 长变斑混 合花岗岩的强度脆性系数为 1 5 ． 0 。再根据判别指 标 ， 可知岩石的强度脆性系数已达到了强岩爆或中 等岩爆水平。 2 弹性 变形 能指标 法评价结 果。由图 1可 知， 在循环加载过程中岩石的加卸载曲线基本上重 合 ， 直至达到岩石破 坏 ， 岩石的塑性变形几乎为 0 。 说明岩石在达到峰值强度前的塑性变形能 。 很小， 而 岩石内部积聚的主要是弹性能 下转第1 4 7 页