锡氧化矿试验采场矿岩分级及采场结构优化分析

锡氧化矿试验采场矿岩分级及采场结构优化分析

冯轶

云锡大屯锡矿云南个旧661000

摘要：为明确云南锡业公司开采计划中的10-6缓倾斜似层状矿体采场的具体结构尺寸，对采场在既定条件下开采期间的稳定性，以及采场安全、合理的支护参数展开研究，在认真调查现场地质的前提下，结合分形理论与Q法合理的对该矿岩体予以分级，该矿岩的分级体系就此初步建立，在此前提下提出其试验采场结构的合理尺寸与具体支护方案，为试验采场整个回采期的生产安全性提供保障。

关键词：岩石力学；采场结构优化；矿岩体分级

1试验采场矿岩特性

10-6矿体属于缓倾斜似层状矿体中的一个。矿体富含于T2g15地层，受控于层间破碎带构造。其实际赋存标高范围为1，790m～1，690m，埋深大约在568m～688m之间，矿体大致走向自N60°W，逐渐倾向SW，其走向长度紧挨断层并受控于芦塘坝1#断裂，矿体最厚可达15m，平均厚度为8m，矿石主要是土状褐铁矿，夹杂少部分不稳定的胶质褐铁矿，f=2～3，矿体围岩中有矿化现象的大理岩属于细至中晶质，矿化程度越低的其稳固性就越强。该区矿岩中经调查发现层间节理有3组，且有较长延伸，新鲜层面属于一般紧密型，少量层面存在泥化夹层。且矿岩中有成组出现的、间距在10cm～60cm之间的小节理裂隙发育，长度为0.3m～1.0m。调查中发现，压性节理面呈紧密型且平直光滑；张性节理面呈张开型或半张开型，不连续且粗糙，间或有泥质充填。

1.1各层矿岩描述

大理岩：细晶质大理岩呈青灰色，与矿化层之间界线明显。充填着方解石细脉，间或夹有紫色、致密、灰质的脆性白云岩。矿化层：大多为灰色至褐黑节理发育的细晶矿化，其中可见穿插分布的褐铁矿网状细脉。大理岩矿化后整体呈褐黑色或者黑色铁猛矿化，间或可见褐铁矿，偶尔矿化较为强烈地段或有节理发育的赤铁矿；白云岩矿化后呈树枝状，浅褐至黑灰色，弱矿化，结构致密、完整性好。该矿区的矿石类型属于土状氧化锡铅矿，矿物以铅铁、白铅、水铅、锡石为主，间或夹杂方铅、黄铁和些许铁质锰土跟粘土。赤铁矿型氧化锡铅矿呈现棕色，其中夹杂着未经氧化的方铅矿团，矿体团斑化程度越大，其整体稳固性越小。

1.2矿体内分布的断层

芦塘坝宽5m的1#断层：其上盘相对平缓，可见油脂光泽，存在明显擦痕，其下盘沿断裂面间或有白色长方形方解石脉。带内有呈透镜状悬吊充填的大理岩角砾，包裹在褐色泥质粘土当中，间或片理氧化，整个破碎带产状NE40°～NW60°，呈压扭性，存在水平擦痕角。其它矿体内断层全都是压性断层，带宽为0.2～5m，内部充填灰、红、白色的泥质物，倾角在10°以下，平直紧闭，在4-6几个剖面内统共有3条。宽4～6m的矿化破碎带，由灰质块状白云岩组成其充填物，多为0.01m～2m的较小角砾，块度呈圆状，大小各异，胶结物主要为褐色粘土，胶结程度较为松散，角砾矿化较为强烈。

1.3矿岩体构造分析

按照相关地质资料及现场目前揭露情况来看，芦塘坝1号、103号断层在10-6矿体范围内，其中103号断层会影响矿岩体的结构面发育，但两断层对矿体试验采场都没有多大影响。依照课题组在试验采场内调查节理长度、粗糙度及充填情况等各项特征及性质所得结果可以看出，该区矿岩内的层间节理有3组，且均有较长延伸，新鲜层面属于一般紧密型，局部层面还含有泥化夹层。且矿岩内可见较发育的小节理裂隙，有成组出现的，也有相对紊乱的，分布较为随机，其长度通常在0.3m～1m上下，对矿体或岩石进行切割，其发育密度通常在10cm～60cm之间。压性节理面呈紧密型，较为平直光滑；张性节理面粗糙则呈张开型或半张开型，且并不具连续性，局部填有泥质，节理面含有充填物后常不稳定，易出现块状冒落，从而增加了采场顶板的难控程度。

2评价矿岩质量

岩体质量会对矿山开挖工程产生稳定性方面的影响，正确评价矿岩质量是优化采场尺寸的基本条件。人们依照工程用途的不同对岩体进行系列分类，就目前的分级方法而言，可总体上分为两大类，第一类考虑的是支护和衬砌所耗费的资金与时间，对施工的方法与顺序方面考虑不多；第二类主要强调岩体状况与特性，譬如力学强度、变形特性以及结构面特征、产状及特点，还包括地下水、岩体风化状态及其围岩保持自稳的时间长短等。第二类方法的应用较为广泛，依照其分级因素多寡分为单、多因素指标分级法。因该岩体在地质方面具有十分复杂的条件，分级时无法通过一个数学公式准确细致地概括全面情况，而且对于具体的某一岩土工程而言，各影响因素的作用也不同，故而，多因素指标综合评价分级法便成为评价岩体质量的一种重要方法，如挪威学者R.利恩、N.巴顿与R.伦德在1974年时提出的Q分类法和分形分级法。

2.1分形描述

岩体中存在的多种结构面发育会降低岩石质量，对岩体的工程性质产生严重影响。故而，在评价岩体质量时往往要考虑其结构面特征参数产生的影响。而这些参数大多很难量化，在工程中用常规的方法的局限性越来越明显，本研究从非线形学科里面的混沌分形理论中找到了一点思路。对岩石质量进行分形表述不单单包括了其结构面的数量，而且可以对岩体中结构面的分布状态和交切方式及其对岩石质量产生的影响予以描述，通过分形维数对岩石质量进行描述在实际应用中的价值是很大的。

节理间距的测量通过测线进行，预设不同观察尺度r，在给定测量长度内统计相应的累计频率N（r），绘制N（r）与r双对数坐标图，如果呈直线状，则说明间距呈分形结构，该直线的绝对斜率就是分形维数D，如此一来不仅可以将岩体中各个结构面的具体发育程度刻画出来，还可以把岩体中结构面的交切、分布方式反映出来，在描述岩体质量的组合分布与结构面集结状态方面体现出明显的优势。参考文献：[5]所列的岩体工程分级法以分形维数D为基础，大理岩在试验采场里面的矿岩中，属于质量偏好的岩体；而大理岩矿化后则归为质量较差的岩体；氧化矿归为非常差的岩体；白云质灰岩归为较好的岩体。

2.2评价矿岩质量

利用上述方法综合评价10-6矿体的矿岩质量可知：大理岩归为质量偏差的岩体，不可以作为采场顶板而直接暴露在外，因此这一层矿化大理岩在试验采场内是切掉的。直接顶大理岩则是质量偏好的岩体，可在试验采场用作顶板，但由于其岩体受到了结构面跟夹层的随机切割，质量变差，若是采场尺寸太大或者是出现破碎块体的时后应该以锚杆进行支护，并加强监测力度，并尽可能地压缩回采周期，同时在回采期间，采空区应该尽量防止人员进入。

3岩体分级与优化采场尺寸

为确保试验采场能够顺利工作，为松矿缓倾斜矿体的开采提供足够的经验和资料，在对地质进行详细调查和展开大量实验测试前提下，经过联合攻关1a多后，完成了其岩石力学数据库的组建工作，初步建立了氧化矿岩的分级体系，在对已有资料进行充分分析后，针对松矿现状提出了适用的支护方案。

该试验采场属于缓倾斜厚15m的似层状矿体，平均厚度为8m，其氧化矿石为不稳定的土状，围岩为节理较发育的细至中晶质大理岩；矿体上部有一层厚度在0.6m～1.5m内的矿化带，属于极不稳定的岩体，，考虑到整个回采周期的安全性，在回采初期这一层矿化带就被切掉了，现以大理岩为矿体顶板。现结合采矿方式与分级结果对Q法建立的矿体初级分级体系进行了适当的修正，修正结果见表1。

表1Q法分级修正结果

对采场尺寸的合理优化为：

RQD是岩石质量，Jn是节理组数，Jr是粗糙系数，Jw是水减系数，Ja

是蚀变影响系数，SRF是应力折减系数。

由于该试验采场是临时性的，其ESR在3～5之间，计算如下：

综上所述该采场尺寸应为9～15m，锚杆间距应为1.5m。

4结论

在对松矿氧化矿现场地质进行全面调查的前提下初步建立了针对围岩的分级体系，并在合理分级前提下提出了该矿区试验采场结构的合理尺寸和支护方案。经过上述研究后做出结论如下：1）云锡松矿由于矿化大理岩的岩体质量偏差，不适合作为直接暴露的试验采场顶板，故而开采实验采场时这一层矿化大理岩应该切掉；2）云锡松矿里面的大理岩质量较好，可用作采场顶板，但如果采场尺寸太大或者是出现破碎块体时应该进行加强支护，并将回采周期尽可能地压缩；3）在松矿目前的开采条件下，建议将10-6矿体试验采场尺寸范围控制在9m～15m以内，锚杆间距最好是设为1.5m。

参考文献：

[1]广西珊瑚钨锡矿田长营岭矿床北部地球化学特征[J].王夏杰.华北国土资源.2017（04）

[2]广西贺州水岩坝矿田断裂构造分形特征分析[J].廖家飞，冯佐海，罗畅权，康志强.矿床地质.2012（03）