广西龙胜三门滑石矿岩体质量评价

2014-03-22方荣豪

采矿技术 2014年5期

方荣豪

(广西龙胜华美滑石开发有限公司，广西桂林市 541703)

0 前言

岩体质量评价的基本方法是岩体工程分类，或称岩体分级，直接服务于岩体工程设计和施工，是解决岩体工程中多种力学问题时的一项基础工作，使用普遍。该项工作以现场调研为基础，一般是基于现场岩体工程地质调查而开展的。目前岩体分级的方法有数十种，大致可分为以下几类：

(1) 单一力学指标分级法，如岩石抗拉强度分级法、单向抗压强度分级法、普氏系数(f)分级法等；

(2) 单一非力学指标分级法，如美国蒂尔(Deer，1969)的岩石质量指标RQD分级法、日本小野(1963)的岩体完整性系数分级法；

(3) 多项指标综合分级法，根据表达式的不同，又分为乘积法与和差法两种，典型的乘积法如揶威巴顿(Barton，1974)的岩石隧道指标Q系统、我国的水利水电工程岩体分类(1978)，典型的和差法如南非Bieniawski 的岩体分级系统(RMR分级法，1984)、岩体地质力学分类法(MRMR分类法)，我国的工程岩体分级标准(BQ分级法)也属和差法；

(4) 岩体结构类型分类法，如中国科学院地质研究所岩体分类、铁道部1972年制定的铁路隧道围岩分类、煤炭系统的围岩分类、冶金系统的围岩分类等；

(5) 岩体地质指标分级法，如Hoek 的GSI(地质强度指标)法。

上述几类方法中，有的简单、方便，主观因素干扰小，但考虑涉及岩体质量的因素不够全面；有的则适应面较窄，具有行业局限性；南非Bieniaski的RMR分级法和Barton的岩石隧道指标Q系统分级法，考虑的因素较全面，是当前国际最具代表性的两种岩体分级法。此外，岩体地质力学分类法(简称MRMR分类法)，与Bieniawski的岩体分级系统 RMR分级法类似，但对RMR分级法进行了部分修正。本次研究采用RMR分级法、Q系统分级法和MRMR分类法共3种方法进行岩体分级。

1 矿床地质特征

广西三门滑石矿床赋存于合桐组上段第三分层的白云石大理岩中，呈似层状、透镜状或不规则体产出。矿层产状与围岩基本一致，明显受层位控制，具有层控矿床之特征。

本矿床共圈出14层矿，计40个矿体，矿体倾向由向斜两翼向核部倾斜，倾向西或东，倾角一般15°～40°，东翼较陡，局部大于45°；矿体走向向南倾斜，倾角15°～45°。矿体沿走向或倾向常具分枝复合、膨大缩小现象，局部膨大复合成厚达89.8 m的复合矿体，沿向斜两翼则逐渐变薄，甚至尖灭。

矿体与围岩界线清楚，局部地段以低含矿率与滑石化白云石大理岩呈渐变过渡关系。矿体围岩主要为白云石大理岩。岩石质地较坚硬，一般具硅化、绿泥石化或弱滑石化。矿体顶底板白云石大理岩中常见不同程度的滑石化，滑石呈不规则细脉状、网脉状或团块状分布。个别情况有少量围岩为绿泥石板岩、千枚岩和蚀变辉绿岩。矿体中的夹石主要为交代残留的白云石大理岩、滑石化白云石大理岩，局部见少量滑石岩或绿泥石滑石岩，偶含少量黄铁矿。

矿区地下水赋存于风化裂隙、溶蚀裂隙和构造裂隙中，主要接受大气降水的补给，次为溪流补给。区内断裂构造发育，按其走向大致有NE、NNW和近EW向三组，以前两组最为发育，延伸数百米至数公里。构造破碎带宽数米至数十米，一般由压碎岩、断层泥及构造透镜体组成，泥质胶结，比较紧密，透水性差；而破碎带两侧与围岩接触带裂隙发育，导水性能好。矿区岩溶主要发育于白云石大理岩层中，发育程度不均匀，该岩层含裂隙岩溶水，富水性中等，是矿床充水最主要的含水层。

矿区水文地质条件中等复杂；工程地质条件属中等偏复杂。

2 岩体质量评价

2.1 RMR分级

RMR分级法采用完整岩石单轴抗压强度、RQD值、节理间距、节理状态(连续性与充填状况)和地下水情况5项参数与节理方向的修正参数，共6项指标。分级步骤分为三步：首先，参照表格获取各单项参数的评分值，把各单项分值加在一起得到总评分值，按照总评分值划分岩体级别；第二步，依据节理产状及地下水对工程的影响大小，对岩体的总评分值稍作修正；第三步，为分级应用，即根据本方法建议的岩体工程围岩分类表，预测围岩的自稳时间以及开挖难易程度等。

滑石、白云石大理岩、滑石化大理岩和辉绿岩是广西龙胜三门滑石矿的4种主要岩石，根据岩体的物理力学性质和工程地质特征，按照RMR分级法进行岩体分类，结果见表1。

表1 三门滑石矿岩体RMR分级

2.2 Q系统分级

该法也称岩石隧道指标Q系统分级法，由挪威土工研究所(NGI)的巴顿(N.Barton)等人依据200多个隧道的实测资料于1974年提出来的，至2013年止累积案例已达1600多个。Q是岩体质量的简称。其表达式如下：

(1)

式中:RQD——岩石质量指标值；

Jn——节理发育情况评分；

Jr——节理面粗糙度评分；

Ja——节理蚀变程度评分；

Jw——裂隙水影响系数；

SRF——地应力影响系数。

该式可看作三个参数的函数：(1)结构体尺寸大小(RQD/Jn)，比蒂尔的单独用RQD指标好；(2)结构面抗剪强度(Jr/Ja)，考虑了不连续面的形态、蚀变和充填物特征；(3)有效应力(Jw/SRF)，是一个复杂的经验参量。

根据对三门滑石矿有关资料的分析比对，参阅相关文献，选择相对应的评分值代入公式(1)中，对岩体质量Q值进行计算。表2为三门滑石矿岩体的Q系统分级结果。

表2 三门滑石矿岩体Q系统分级

2.3 岩体MRMR分级

岩体MRMR分级法，即岩体地质力学分类法的简称，也称Lanbscher岩石力学分类法。该分类法采用了与南非Bieniawski 分级法相同的5项参数，但在某些细节上有所变动。五个级别中的每一级又细分为子级A 和B，对于完整岩石单向强度指标值的评分范围进行新的划分，对节理疏密和节理条件也采用了新的评价标准。

应用岩体评价指标之前，要对有关参数指标进行必要的修正，需要考虑的弱化因素有：爆破振动、采动应力或诱发应力、风化作用、已经暴露的基岩产状、岩体蠕变和松驰等。依据现场岩体环境情况对5项参数值进行必要修正后，按照修正后的总分值，对照表格划分岩体的质量级别。

根据三门滑石矿的物理力学性质和现场地质情况，按照Laubscher提出的岩体地质力学分类法进行岩体质量分类，得到三门滑石矿4种岩体的MRMR分类结果，见表3。

2.4 评价结果综合与分析

虽然对岩体质量的描述有别，但实际上按照五级划分标准，本次RMR分级、Q系统分级和MRMR分级三种分级方法的分级结果是完全一致的。

RMR分级和Q系统分级是当前国际上最具代表性的两种岩体分级法，在岩体工程的稳定性评价中应用十分广泛。二者之间存在一定的关系，不少研究者对此进行过较为深入的研究。MRMR分级法和RMR分级法十分类似，这两种分级法的结果应该接近或者一致。从本次应用来看，二者总的评分值虽然有少许差别，但最终的分级结果是一致的。MRMR分级法是RMR分级法的修正和细化，其结果应该更加理想，但其操作性不如RMR分级法好。