劉明宇

（安徽馬鋼礦業(yè)資源集團姑山礦業(yè)有限公司）

白象山鐵礦是安徽馬鋼礦業(yè)資源集團旗下的主力礦山之一，擁有儲量豐富的優(yōu)質磁鐵礦資源，其安全穩(wěn)定生產是集團公司乃至馬鞍山市經濟發(fā)展的重要支柱［1］。目前，由于靠近蝕變帶或斷層的局部地段礦體極為破碎［2-3］，先前礦山所采用的上向進路充填法進行開采的方式難以保證進路回采安全，所以選用了適合于極破碎礦體的下向進路充填采礦法。但是由于礦區(qū)中段以及盤區(qū)較多，礦巖穩(wěn)固性變化較大，盡管前期曾進行過現場節(jié)理裂隙調查，對白象山礦段礦巖穩(wěn)固性進行了分級，但隨著回采范圍增大，尤其是部分中段的盤區(qū)接近頂柱位置，受開采擾動影響［4］，其節(jié)理裂隙發(fā)育情況會發(fā)生較大變化。因此，為及時掌握這部分區(qū)域礦巖的穩(wěn)固性，對該部分區(qū)域節(jié)理裂隙進行精細化調查，并在此基礎上，對地下礦巖穩(wěn)固性重新做出客觀評價，為下一步開采設計提供依據。

1 巖體結構調查分析

1.1 調查地點

為解決白象山鐵礦開采活動中回采進路地壓顯現較為明顯，對進路穩(wěn)定性存在較大影響等問題，同時分析開采活動對采準巷道和回采進路的影響，開展各盤區(qū)的巖體穩(wěn)固性調查。同時為了準確調查白象山地下巖體結構，依據礦體的實際狀態(tài)，擬定對礦山不同中段與水平進路的上下盤圍巖、礦體和夾石進行節(jié)理裂隙調查。其中，調查測點共13個，測量位置分別選取在巖體情況差的-330、-390、-470 m 中段以及巖體情況較差的-430 m中段。

1.2 調查方法與內容

巖體綜合調查方法包括鉆孔巖心調查和暴露面調查［5］?？紤]到鉆孔巖心調查操作復雜、耗費較大，故研究采用便捷的沿暴露面調查法。使用卷尺量取裂隙長度，通過地質羅盤儀測量裂隙的傾角和傾向。根據國家《工程巖體分級標準》（GB/T 50218—2014）的要求［6］，本次巖體結構調查的主要內容是礦體及頂底板巖層產狀、斷層，節(jié)理裂隙的產狀、密度、充填物情況和巖層質量指標RQD值等。

1.3 調查結果

現場調查分析發(fā)現，-390 m 中段五盤區(qū)和-470 m 中段的二盤區(qū)巖體穩(wěn)定性屬于較差（IV 級）到極差（V 級）；同時白象山鐵礦節(jié)理裂隙發(fā)育，蝕變強烈。大部分節(jié)理面粗糙，存在充填物，結構面有泥膜及碎屑充填。由于基巖裂隙充水，結構面多存在潮濕現象，部分地段滲水?？傮w而言，礦體夾層圍巖一般穩(wěn)定，但礦體圍巖穩(wěn)定性較差。此外，采空區(qū)與巷道頂板側幫中存在斷層泥結構，極易風化軟化而出現脫落的現象，加之礦層開采后爆破震動的影響，易引發(fā)垮塌或冒頂，是井下開采的安全隱患，需要對采場和巷道的暴露面積進行控制，并加強撬毛管理和支護工作。

2 巖體穩(wěn)定性分級

2.1 巖石穩(wěn)定性分級方法

巖石穩(wěn)定性分級方法多達數十種，其中Q 法、RMR 法和BQ 法最為常用，由于這3 類方法所側重的參數不同，所以各有優(yōu)劣［7-8］。Q 體系分類方法著重于構造表面的狀況，同時考慮地下水和地應力等因素對建筑物的作用；RMR 分類法雖然考慮因素較多，但僅適用于巖塊強度比結構面強度低的巖體；BQ 分級法同樣考慮多種因素，但對巖石單軸抗壓強度表現較為敏感［9］。綜合以上，同時選取這3 種分級方法進行巖石穩(wěn)定性分析，得到的結果會更加合理與準確。

Q 法是由Barton 等［9］在1974 年提出，通過6 個參數值來對巖體質量進行分級的：

式中，巖體RQD 質量指標與節(jié)理組數Jn之比代表巖石完整程度，節(jié)理粗糙度系數Jr與節(jié)理面蝕變程度或充填情況Ja之比代表巖石的抗剪強度，裂隙水折減系數Jw與應力折減系數SRF 之比反映圍巖的主動應力。

RMR 法是由Bieniawski 在1973 年提出［10］，通過定性與定量分析，考慮多個因素的綜合分類法然后根據評分確定巖體的質量等級：

式中，RMR 法以巖石強度A1、巖體完整程度A2、節(jié)理間距A3、節(jié)理條件A4和地下水狀態(tài)A5作為基本因素，B為結構面產狀與工程軸線關系作為分類修正因素。其中，巖石強度指標采用巖石單抗壓強度，巖體完整程度則通過巖石質量指標RQD 值與結構面間距量化。

BQ 法［6］是根據《工程巖體分級標準》對巖體質量劃分，然后針對巖石的具體條件進行修正：

式中，Kv為完整性系數；Rc為單軸抗壓強度；BQ 為巖體質量指標；K1為地下水影響修正系數；K2為結構面產狀影響修正系數；K3為初始應力狀態(tài)影響修正系數；［BQ］為巖體質量指標修正值。

2.2 巖體穩(wěn)定性分級結果

巖體穩(wěn)定性等級主要分為5 級，分別是V（極差）、IV（較差）、III（一般）、II（好）、I（很好），根據巖體結構調查統(tǒng)計結果，利用3 種巖體穩(wěn)定性分級方法，將計算結果與圖1 中巖體穩(wěn)定性分級范圍進行對比，得到結果見表1～表3。將Q 法、RMR 法、BQ 法對-330、-390、-430以及-470 m中段巖體穩(wěn)定性評價分析結果統(tǒng)計在圖2 中，可以明顯看出3 種分級方法確定的巖體穩(wěn)定性在III級到V 級，礦體穩(wěn)定性較差，其中與Q 法與BQ 法相比，在某些中段巖體穩(wěn)定性等級偏小。具體而言，白象山鐵礦在-330、-390和-430 m 中段的七盤區(qū)均屬于穩(wěn)定性一般（III 級）到較差（IV 級），在-390 m 中段一盤區(qū)和二盤區(qū)屬于穩(wěn)定性較差區(qū)域（IV 級）；在-390 m 中段五盤區(qū)和-470 m 中段的二盤區(qū)屬于穩(wěn)定性較差（IV級）到極差（V級）。

3 巖體穩(wěn)定性分級界定

巖體穩(wěn)定性分級是選擇采礦方法時要考慮的重要因素之一。通過白象山各礦巖穩(wěn)定性分級的結果，對比圖3 所示各級別穩(wěn)定性對應巖體自穩(wěn)能力，可以界定出-330 和-430 m 中段巖體為III～IV 級礦體，在穩(wěn)定性較好地段跨度5～10 m 情況下，可穩(wěn)定數月。-390和-470 m 中段巖體主要為IV～V 級礦體，礦體極為破碎，無自穩(wěn)能力。綜合以上，白象山鐵礦巖體可界定為III～V級，在開采過程中必須進行支護。

4 結論

（1）通過沿暴露面巖體綜合調查法，對白象山鐵礦巖體結構進行了詳細分析。礦體夾層圍巖一般穩(wěn)定，但礦體圍巖穩(wěn)定性較差。此外，采空區(qū)與巷道頂板側幫中存在斷層泥結構，極易風化軟化而出現脫落現象，需要對采場和巷道的暴露面積進行控制，并加強撬毛管理和支護工作。

（2）白象山鐵礦巖體整體穩(wěn)定性等級在III～V級，穩(wěn)定性較差，在-390 m 中段一盤區(qū)和二盤區(qū)屬于穩(wěn)定性較差區(qū)域（IV 級）；在-390 m 中段五盤區(qū)和-470 m 中段的二盤區(qū)屬于穩(wěn)定性較差（IV 級）到極差（V級）。

（3）在穩(wěn)定性較好地段跨度5～10 m 情況下，可穩(wěn)定數月，在較差地段無自穩(wěn)能力。