自走铁矿结构面的赤平极射投影分析

杨 卫，陈俊智，陶 峰,王衡山

(昆明理工大学,云南 昆明 650093)

目前，国内外学者对于如何更加准确地确定岩体力学参数进行了大量的试验研究[1]。大多数研究者的研究结果表明结合室内试验得出的岩石力学参数和现场调查得到的结构面信息推算出岩体力学参数能够较好地符合工程实际。

其中，对于结构面中的节理裂隙调查方法众多，本文采用国际岩石力学学会推荐的详细线观测法[2]。它具有简便易行的特点并在国内外已普遍采用，大量的工程实践证明其具有良好的测量精度，能够满足工程实际的需要。

赤平极射投影能将结构面的方向和倾角在同一投影面内反映出来，并可测算各结构面的组合关系。它成为目前反映节理和推求各节理之间的组合关系时，用得最广泛的方法。

对于调查数据的分析则借助理正软件的赤平极射投影功能绘制出极点等密图和优势产状分组表。并用数理统计的方法结合频率分布直方图对节理间距、倾角等进行分析。最后将用于隧道稳定性判断的方法引入到巷道中，对自走铁矿的岩体稳定性进行了分析总结。

1 调查内容与方法

本次调查内容主要包括岩石种类、节理裂隙产状、间距、粗糙度、闭合度、结构面充填物以及调查地点的地下水赋存情况等。

在调查现场，先由科研组进行踏勘，初步将调查区段分成1530中段、1580中段、矿体三类，每一区段的主要特征或多或少地相同。然后在每个区内选择了部分代表性最强的区段进行观测。测线布置如图1所示。

图1 测线布置示意图

1.1 调查地点

依据矿体的实际状态、调查规范要求及受调查时现场条件的限制，最终确定8个地点对节理裂隙进行调查，节理裂隙调查详见表1。

1.2 调查数量统计

本次调查巷道49.3m，节理数326条，节理裂隙数量统计见表2。

表1 节理裂隙调查地点表

表2 节理裂隙调查数量统计表

2 调查结果分析

岩体中节理裂隙分布规律是影响岩体完整性、强度和稳定的主要因素之一。

2.1 节理裂隙间距

节理裂隙间距[3]是影响岩体完整性的重要指标之一，间距越小，岩体被结构面切割得越厉害，岩体的完整性就越差。经统计，灰岩和矿体节理裂隙平均间距分别为15.14cm和16.44cm，皆服从负指数分布；节理裂隙间距分布见柱状图2(限于篇幅仅出示灰岩图，下同)。由图2可见，灰岩和矿体节理裂隙间距在0～20cm之间的比例分别为73%和77.7%，属于节理密集和发育岩体。岩体完整性为碎裂。

图2 灰岩节理裂隙间距分布直方图

2.2 节理裂隙倾角

经统计，灰岩和矿体节理裂隙平均倾角分别为60.52°和60.75°，服从正态分布。灰岩和矿体节理裂隙平均倾角在50～90°之间分别占71.7%和80.65%，服从正态分布；结构面倾角统计见直方图(图3)。当节理走向与巷道轴线垂直时，巷道的稳定性有利，当节理走向与巷道轴线平行或无关时，对巷道的稳定性不利。

图3 灰岩节理裂隙倾角分布直方图

2.3 优势结构面的确定

为确定节理裂隙的优势结构面，本文借助理正软件的赤平极射投影[4]功能绘制极点等密图[5]。见图4(限于篇幅仅出示1530中段上盘沿脉350°图)。优势节理裂隙分组见表3。

2.4 结构面对巷道稳定性的影响分析

Bieniawski的地质力学分类将节理裂隙产状对隧道围岩稳定的影响从“非常有利”到“非常不利”的定性描述，列于表4。本文将其应用于巷道的稳定性分析。

图4 1530中段上盘沿脉350°节理裂隙极点等密度

表3 优势节理裂隙分组

表4 节理走向和倾向对隧道开挖的影响[3]

1580中段7#采场10°中优势节理L1、L2对其稳定性不利。1530中段18#采场250°中L1、L2、L3均不利于巷道稳定。1530中段上盘沿脉350°中L1、L2、L3、L4均不利于巷道稳定。1530中段上盘沿脉5°中L1、L2、L3均不利于巷道稳定。1580中段下盘沿脉335°中L1、L2均不利于巷道稳定。1580中段下盘沿脉345°中L1对其稳定性是不利的。1530中段18#～19#采场345°中L2对其稳定性是不利的。

综上所述，几乎每个调查点都存在不利于巷道稳定的优势节理，针对巷道的情况可以采取相应的支护措施，如锚杆加固、喷砼等。

2.5 节理裂隙类型、粗糙度、张开度、地下水条件

经统计，绝大部分结构面类型都为5类，极少数4A、4B、2A，说明结构面贯通项底板的情况很严重，这对围岩的稳定性不利。

节理裂隙大部分都属于平直型，粗糙型和台阶型很少，这将不利于岩体结构的稳定。

在节理面张开度类型中，基本上都属于闭合节理，大多数无充填物，将有利于岩体的稳定。

干燥结构面占大多数，少量潮湿结构面，局结构面有渗水现象，流水节理面未发现，这表明地下水对岩体性质影响不大。

3 结论

1)从节理裂隙间距来看自走铁矿矿岩属节理密集、发育的岩体。

2)节理裂隙的类型中5类和平直型占绝大多，这些都不利于岩体稳定；但大部分为闭合节理这有利于岩体稳定；地下水对矿岩稳定性影响小。

3)从总体来看，优势节理组对巷道稳定性影响较大，建议在今后应加强支护工作。

[1] 黄兴政.节理化岩体力学参数研究[D].长沙：中南大学，2008.

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