金平县长安金矿矿井工程地质条件分析

金平县长安金矿矿井工程地质条件分析

刘鹏'邢开虎2王志忠1

1.云南黄金矿业集团股份有限公司云南昆明6502992
2·中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司云南昆明650051

摘要：长安金矿矿体产状复杂多变，矿体围岩稳定性差，巷道建设中发生多次垮冒事故。结合矿区地层岩性、地质构造及岩石物理力学样，定性及半定性对矿区工程地质岩组、矿体围岩质量进行了分级评价，并结合岩体质量分级及地质构造对井巷围岩的稳定性进行了评价，为矿山的建设提供了依据。

关键词：围岩地质构造岩体质量稳定性

长安金矿自2017年由露天开采转为地下开采，设计规模60万t/a，采用无底柱分段崩落法、浅孔留矿采矿法。由于矿体产状复杂多变，矿岩稳固性属于一般～差，矿山开发巷道多次垮冒严重。为确保矿山安全生产，必须对矿区工程地质条件进行分析，合理布置井下工程，减少矿区不良工程地质问题的发生，保证矿山安全生产。

1.区域地质概况

1.1地层

矿区出露地层较简单，仅出露奥陶系下统向阳组（O1x）砂泥岩、奥陶系中统南板河组（O2n）泥质粉砂岩、奥陶系-志留系大坪子组（OSdp）灰岩、志留系中-上统康廊组（S2-3k）灰质白云岩和少量第四系（Q）粉质粘土组成。

1.2矿体

矿区主要有二个矿体群（V5、KT）和一个残坡积矿体（Va），主矿体赋存于F6断层破碎带东盘蚀变带的砂砾岩、钙质砂岩、砂泥岩、蚀变辉绿岩中，呈薄、中厚、厚-缓倾斜、倾斜、急倾斜产出。

1.3地质构造

矿区断裂构造较发育，主要断层为北西向的控矿断裂F6和近南北向的控矿断裂F1及F601，其次为近东西走向的破矿断层F10-1和F10-2，矿区构造见图1。现分述如下：

（1）F6断裂带：发育于矿区中部，为长安金矿主要控矿断层，总体走向340°，长约大于3000m，倾向70°左右，断层具压扭性质。西盘为S2-3k白云岩、O2n3砂屑白云岩、O1x砂泥岩；东盘为O2n1杂砂岩、O2x2砂砾岩。断层宽20～50m不等，由构造角砾岩、碎裂岩、糜棱岩组成，断裂带附近岩体破碎，岩石质量极劣，稳固性极差。

（2）F10-1断层：走向近东西，倾向北，倾角50°～85°，上下盘地层为O1x粉-细砂岩及少量S2-3k白云岩。断层破碎带宽10～30m，由碎裂粉砂岩、糜棱岩和角砾岩组成。破碎带岩体破碎，岩石质量极劣，稳固性极差。

（3）F10-2断层：走向120°～140°，倾向215°～235°，倾角43°～66°，上下盘地层为O2n2-1砂屑白云岩、钙质砂岩、石英砂岩及少量O1x粉-细砂岩、S2-3k白云岩。部分地段形成2～5m宽的破碎带，由碎裂白云岩、碎裂粉砂岩、糜棱岩和角砾岩组成。破碎带岩体破碎，岩石质量极劣，稳固性极差。

（4）F601断层：走向北西-南东，倾向北东，倾角平均62°，具正断层性质。断层上下盘地层为向阳组（O1x）砂泥岩、含砾砂岩、泥质长石粉砂岩及砾岩、粗砂岩等。金矿体主要赋存于砾岩、含砾粗砂岩、长石石英细砂岩、含钙质泥质粉砂岩、粗砂岩等碎屑岩中。沿断裂见几厘米至几十米的断层角砾带，破碎带似透镜状。破碎带岩体破碎，稳固性差。

（5）F1断层：位于铜厂矿段采场，总体走向近南北向，往东陡倾，断裂带宽16～90m，平均宽58m，岩性以白云岩质碎裂岩为主，局部为灰黑色碎粒岩，F1东、西盘岩性均为碎裂状白云岩，破碎带岩体破碎，岩石质量极劣，稳固性极差。

图1矿区构造简图

2.岩体质量评价

井巷围岩岩体质量采用岩体质量系数（Z）法和岩体质量指标（M）法分别计算评价，岩体质量分级按《工程岩体分级标准（GB/T 50218-2014）》进行分级。

2.1岩体质量评价

（1）岩体质量系数法(Z)

计算公式：Z=I×µ×S

式中：Z：岩体质量系数；I：岩体完整系数(用RQD值代替)；µ：结构面摩擦系数(用岩石内摩擦角正切值tgφ计算)；S：岩块坚硬系数(用公式S=计算，其中fr采用岩石饱和单轴抗压强度平均值，计算时采用MPa)。

（2）岩体质量指标法(M)

计算公式：M=×RQD

式中：M：岩石质量指标；fr：岩石饱和单轴抗压强度；RQD：用钻孔统计各岩性平均值。计算和评价结果见表1。

表1 岩体质量系数和岩体质量指标计算评价结果表

2.2工程地质岩组分类

结合矿区地层的岩性组合特征、结构类型、结构面发育情况、工程稳固性、岩石物理力学性质等，矿区可划分为5个工程地质岩组。

（1）松散岩类散体结构软岩岩组

由第四系人工堆积物（Qs）、残坡积物（Qedl）、冲洪积物（Qpal）组成，厚度一般＜200m。人工积物由露天开采剥离废碴石和堆浸尾矿组成；残坡积物由风化残余碎块石与粘土、粉质粘土混杂组成。冲洪积物由砂砾石及少量崩塌滚石组成，局部与人工堆积物、残坡积物混杂。该岩组沉积时间短，尚未固结成岩，整体松散，呈散体结构，孔隙比0.934～1.139，粘聚力19.0～49.6KPa。分布于地表浅部，厚度小，对井下开采影响小。

（2）可溶盐岩类层状结构较硬-坚硬岩岩组

由志留系中上统康郎组（S2-3k）、奥陶系中统南板河组三段（O2n3）组成。岩性为灰白色、浅灰色厚层状灰质白云岩、砂质白云岩，薄层状白云质灰岩，底部见少量角砾状和碎裂状白云岩；局部有辉绿岩、正长岩脉等侵入岩穿插。一般未受断层影响岩体较完整，稳固性较好，完整灰质白云岩、细晶白云岩单轴风干抗压强度51.1～118.4MPa，平均84.8MPa；单轴饱和抗压强度38.0～101.4MPa，平均69.7MPa，为较硬-坚硬岩石。靠近断层破碎带岩体破碎，呈碎裂状，稳固性相对较差，碎裂状灰岩、碎裂状白云质灰岩、碎裂状白云岩单轴风干抗压强度69.6～81.8MPa，平均75.5MPa；单轴饱和（天然）抗压强度18.4～70.8MPa，平均49.9MPa，为较硬岩石。该岩组以坚硬岩石为主，局部夹较硬—较软岩石，力学强度差异大，小构造带和蚀变较强的碎裂状白云岩为其间的软弱夹层，构成矿体间接底板，采矿工程涉及该岩组较少，对矿床开采影响不大。

（3）碎屑岩类层状结构较硬-坚硬岩岩组

由奥陶系中统南板河组二段（O2n2）、一段（O2n1）和奥陶系下统向阳组第二段（O1x2）组成。岩性以泥质粉砂岩、粉砂岩为主，占51%，其次为细砂岩，占7%，碎裂状粉砂岩，占24%，局部为构造角砾岩，占1%，普遍有规模不等的侵入岩脉穿插。地表浅部风化强烈，岩石质量极差，岩体破碎。深部岩体相对完整，钻孔揭露RQD值40～50%，岩石质量相对较好。局部受构造挤压和蚀变影响，岩体较破碎，RQD值10～20%，岩石质量极差。根据取样测试，强风化粉砂岩单轴风干抗压强度51.2MPa，单轴饱和抗压强度49.1MPa，为半坚硬岩石；未风化长石石英砂岩单轴风干抗压强度124.3MPa；单轴饱和抗压强度106.6MPa，为坚硬岩石；未风化泥质粉砂岩单轴风干抗压强度75.8～112.9MPa，平均97.0MPa；单轴饱和抗压强度65.2～118.4MPa，平均87.6MPa，为坚硬岩石。该岩组构成矿体直接和间接顶板，近矿围岩受断层影响，岩体破碎，力学强度差异大，软弱夹层多，稳固性差。坑道揭露工程地质问题突出，稳固性更差，容易发生垮塌。采矿工程多布置在该岩组靠近F6断层附近，为井巷围岩和露采边坡主要组成岩石，对矿床开采影响大。

（4）侵入岩类块状结构软弱-坚硬岩岩组

岩性主要有辉绿岩、辉长岩、正长斑岩、正长岩、煌斑岩等。据钻孔揭露，该岩组强风化岩石软弱—半坚硬，RQD值一般＜10%，岩石质量劣的，稳固性极差。坑道和露采边坡遇强风化侵入岩脉时容易垮塌，特别是在地下水作用下稳固性更差，需要及时支护。深部岩体完整，RQD值60～80%，局部可达90～100%，岩石质量好，稳固性一般较好。根据取样测试，侵入O1x地层中的未风化黄铁矿化正长岩单轴风干抗压强度147.0～147.8MPa，平均147.4MPa；单轴饱和抗压强度130.5～132.4MPa，平均131.5MPa，为坚硬岩石。强风化正长岩单轴风干抗压强度2.9MPa，为极软岩石。强风化煌斑岩单轴风干抗压强度7.5～9.0MPa，平均8.3MPa；单轴饱和抗压强度4.6～5.6MPa，平均5.1MPa，为软岩岩石。该岩组分布零星，坑道揭露除局部受风化及蚀变影响力学强度低，稳固性差外，总体稳固性较好，对矿床开采影响不大。

（5）构造岩类碎裂结构软弱-半坚硬岩组

由断层破碎带及旁侧破碎岩体组成，主要为F6断层破碎带，由构造角砾岩、碎裂岩、糜棱岩组成，局部见断层泥。坑道揭露该岩组垮塌严重，前期探矿坑道用箱木加劈柴紧密支护，箱木间距0.5～1.0m，到雨季后箱木多具下沉现象，下沉量可达0.2～0.3m；后期采矿坑道多采用工字钢架加超前导管支护，钢架间距离0.40～1.20m不等，局部侧压力较大出现钢架倾斜。根据取样测试，F6断层破碎带中的碎裂状细砂岩、碎裂状粉砂岩单轴风干抗压强度46.6～55.9MPa，平均51.4MPa；单轴饱和抗压强度38.9～41.8MPa，平均40.4MPa，为半坚硬岩石；F6断层破碎带构造角砾岩单轴天然抗压强度4.9～39.4MPa，平均24.0MPa，为软弱岩石，暴晒开裂，浸水容易湿化崩解。该岩组以软弱岩石为主，矿体多产于该岩组中，对矿床开采影响较大，矿山开采需要加强支护。

2.3岩体质量分级

岩体质量分级采用定性与定量相结合的方法进行，在现场节理裂隙调查基础上，进行定性划分，确定岩体基本质量，再结合室内力学实验和矿山工程地质特点，确定岩体质量级别。

计算公式：

BQ=100+3fr+250Kv、[BQ]=BQ-100(K1+K2+K3)

式中：BQ—岩体基本质量指标；fr岩块饱和单轴抗压强度（MPa），Kv：为岩体完整性指数，采用各岩体RQD值代替；[BQ] —地下工程岩体质量指标；K1 —地下工程地下水影响修正系数（根据现场调查，井下开采地下水出水状态和地下工程岩体质量指标确定）；K2 —地下工程主要结构面产状影响修正系数（根据结构面产状及其与采准、切割巷道的关系确定）；K3 —初始应力状态影响修正系数（根据围岩强度应力比和地下工程岩体质量指标确定）。计算结果见表2。

表2井巷围岩岩体基本质量指标计算结果表

3.井巷围岩稳固性分析评价

矿区现有探采矿工程一般断面跨度为2.4～2.6m，井巷围岩岩体稳固性评价如下：

（1）井巷在第四系松散堆积层中掘进时，井巷围岩为松散软弱岩组，岩体稳固性极差，容易发生垮塌冒顶，需要边掘进边支护，建议采用混凝土翻拱支护。

（2）井巷在F6断层旁侧O1x2和O2n1地层掘进时，井巷围岩为泥质、含泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、碎裂状含泥质粉砂岩及侵入岩脉等。按岩体质量系数法评价，岩体质量等级为一般～好；按岩体质量指标法评价，岩体质量为中等～良，岩体基本质量级别为Ⅱ-Ⅳ类，工程稳固性中等～差，为Ⅱ类岩体时井巷围岩自稳能力可长期稳定，为Ⅲ类岩体时井巷围岩自稳能力基本稳定，为Ⅳ类岩体时井巷围岩自稳能力可稳定数日至1个月。巷道施工除强风化岩石、靠近F6断层扰动带及其它小构造破碎带外，岩体一般较完整，稳固性较好，偶有零星掉块，局部小规模冒顶，采用零星支护即可。

（3）井巷在F6断层破碎带中掘进时，井巷道围岩为构造角砾岩、碎裂状泥质粉砂岩、碎裂状粉砂岩、碎裂状细砂岩、碎裂状白云岩等，局部为断层泥。按岩体质量系数法评价，岩体质量等级为极坏；按岩体质量指标法评价，岩体质量为差。岩体基本质量级别为Ⅳ-Ⅴ类，工程稳固性差，井巷围岩无自稳能力（或局部可稳定数日）。巷道工程遇胶结不好的构造角砾岩、软弱断层泥岩石软弱，容易垮塌冒顶，需要加强支护；其它地段稳固性一般较好，偶有垮塌，零星支护即可。

（4）井巷在侵入岩脉中掘进时，井巷围岩为正长岩、辉绿岩、煌斑岩等。按岩体质量系数法评价，未风化时岩体质量等级为好；按岩体质量指标法评价，岩体质量为良，稳固性一般较好。未风化正长岩岩体基本质量级别为Ⅰ—Ⅱ类，工程稳固性好，井巷围岩自稳能力可长期稳定；强风化正长岩、煌斑岩岩体基本质量级别为Ⅴ，工程稳固性差，井巷围岩无自稳能力（或局部可稳定数日）。井巷工程遇强风化及蚀变强烈岩石软弱，吸水容易崩解，稳固性差，容易发生垮塌。除风化及蚀变强烈的软弱侵入岩脉需要支护外，其它地段一般不需要支护。但对侵入岩与围岩接触带应视情况采取相应的支护措施。

（5）井巷在O2n3、O2n2、S2-3k地层中掘进时，井巷围岩为砂质白云岩、灰质白云岩、碎裂状白云岩或白云岩质碎裂岩。按岩体质量系数法评价，未风化时岩体质量等级为好；按岩体质量指标法评价，岩体质量为良；岩体基本质量级别为Ⅲ-Ⅳ，工程稳固性一般较好，为Ⅲ类岩体时井巷围岩自稳能力基本稳定，为Ⅳ类岩体时井巷围岩自稳能力可稳定数日至1个月。井巷工程除小构造破碎带外，一般不需要支护。

4结论

（1）矿区分为松散岩类散体结构软岩岩组，可溶盐岩类层状结构较硬-坚硬岩岩组、碎屑岩类层状结构较硬-坚硬岩岩组、侵入岩类块状结构软弱-坚硬岩岩组、构造岩类碎裂结构软弱-半坚硬岩组等5个岩组。

（2）结合矿山实际并按规范《工程岩体分级标准》（GB50218-2014）将矿区井巷围岩主要划分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，影响井巷围岩稳固性的主要为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，尤其是掘进遇Ⅳ、Ⅴ级围岩时围护较困难。

参考文献

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Analysis of Engineering Geological Conditions of Chang'an Gold Mine in Jinping County, Yunnan Province

LIU Peng1，WEI Zu-peng2， WANG Zhi-zhong1

(1.Yunnan Gold Mining Group Co. Ltd, Kunming, Yunnan, 650299;

2.Kunming prospecting design institute of china nonferrous metals industry Co.,Ltd.Kunming 650051,china)

Abstract：The occurrence of the ore body in Chang'an Gold Mine is complex and changeable, the stability of the surrounding rock of the ore body is poor, and many collapse accidents have occurred in the tunnel construction. Combining the strata lithology, geological structure and rock physical and mechanical samples in the mining area, the quality of the engineering geological rock group and the surrounding rock of the ore body in the mining area are graded and evaluated qualitatively and semi-qualitatively, and the stability of the surrounding rock of the roadway is evaluated in combination with the rock mass quality grading and geological structure, which provides a basis for the construction of the mine.

Key words: Surrounding rock；Geological structure；Rock mass quality；Stability

作者简介：刘鹏（1986～），男，云南罗平县人，水工环工程师，主要从事矿山水工环地质勘查。