纱岭金矿副井岩爆预测与分析

2020-04-02李龙飞陈石

科学与财富 2020年3期

李龙飞陈石

摘要：为科学预测纱岭金矿副井竖井岩爆发生，采用地应力测量和室内岩石力学试验两种手段对纱岭金矿副井开展分析。地应力测量最大测量深度为1532.5米，室内岩石力学试块测定8组。陶振宇判据和岩石脆性准则综合判断分析表明：副井900.0-1600.0m深度范围内有发生强烈岩爆的危险性，后期施工应加强支护和防护措施。

1.引言

岩爆是深部开采最突出的岩石动力学问题。岩石的物理力学性质和深部岩体的工程地质条件是岩爆的发生的重要構成因素。高地应力的存在造成岩体内大量的弹性应变能，开采过程中，围岩破坏后弹性能的突然释放，将有可能导致岩爆和矿震等突发的动力学现象，造成严重的人员伤亡和财产损失[1]。

岭金矿是我国迄今为止发现主矿体单体矿体最大、平均勘查深度最深的超大型金矿，目前正处于规划建设阶段，主矿体单矿体资源量超过300 t，赋矿标高-940～-2030m，为典型的大埋深，高地应力场矿山。副井深竖井建设将面临岩爆动力学灾害问题。结合矿山建设设计要求及现场地质资料，采用地应力实测和岩石物理力学试验对副井进行岩爆综合预测与分析。

2.地应力测量与岩石力学试验

2.1区域地质概况

纱岭矿区位于莱州市北东部，距离市区直线距离约 27km，位于莱州市金城镇与朱桥镇境内。区内地势平坦，地面标高在+18.0-+25.0m，地貌单元为丘陵，位于焦家断裂带上盘，地表距焦家主裂面约2.8km。纱岭矿区Ⅰ-Ⅴ级大地构造单元依次是：华北板块、胶辽隆起区、胶北隆起、胶北断隆之胶北凸起，胶东西北成矿小区也是胶东半岛金资源储量最丰富区域。区内地层简单，自上而下依次是已出露第四系、新元古界蓬莱群、中下元古界粉子山群、古元古界荆山群、太古界胶东群。区内断裂构造发育，按展布特征，近南北向和北东向两组断裂是区内主要断裂带。纱岭金矿位于焦家金成矿带，焦家断裂带是胶西北主要控矿断裂，纱岭矿区内走向约 35o～40o、倾角约30o～45o;高家庄-寺庄段为区内Ⅰ级控矿构造，望儿山断裂与灵山沟—北截断裂为区内Ⅱ级控矿构造，其余次级断裂为区内Ⅲ级控矿构造。焦家成矿带地质简图图1。

2.2 地应力测量

此次地应力测量选择副井为测量孔。孔口坐标N37.3902、E120.1004;孔口标高+18.55m;终孔深度1532.5.米;钻孔开孔直径146mm，终孔直径95mm;最大测量深度1532.5m。根据副井取芯RQD值及钻孔破碎度，对裸孔以下至孔底展开全孔深地应力测量。测量加过见表1。对副井18个测段的测量结果进行线性回归分析，得出线性回归方程为：

（1）

（2）

2.3 岩石物理力学试验

依据威海地质工程勘察院提供的《山东省莱州市纱岭矿区副井工程地质勘察报告》中，900.0m-1600.0m深度内有变辉长岩、黄铁绢英岩化花岗岩、二长花岗岩3类地层岩石的单轴抗压强度和饱和单轴抗拉强度，选取不同深度内岩石的物理力学参数（单轴抗压强度和抗拉强度值）作为相关岩爆判据中的计算值。试验测定结果见表1。

1-第四系;2-早寒武纪变质岩;3-郭家岭花岗岩;4-玲珑花岗岩;5-黄铁绢英岩化蚀变带;6-断裂、裂隙;7-金矿床位置;8-纱岭金矿位置;F1-三山岛-仓上断裂;F2-焦家断裂;F3-望儿山断裂;F5-河西断裂;F6-灵北断裂;A-三山岛金矿;B-新立金矿;C-仓上金矿;

3.岩爆预测与分析

金属矿山岩爆预测方面，蔡美峰等对岩爆展开了详细的研究，提出了线弹性能准则、岩石脆性准则、切向应力准则、以及岩体 RQD 指标准则 [3-4]。本文通过地应力场现场实测、岩石力学实验综合分析了纱岭金矿岩石及岩体内能量积聚与分布规律。

3.1岩爆烈度判据准则

以实测原地应力和室内测量岩石力学参数为依据，选取陶振宇判据和岩石脆性准则，综合评价分析沙岭金矿深竖井不同深度断面岩爆发生的可能性。

1）陶振宇判据。该判据用岩石单轴抗压强度和最大主应力的比值判别岩爆级别，判据式为：

式中： ec为岩石单轴抗压强度（MPa）;为最大主应力（MPa）。

研究结果表明：

T<2.5，强烈岩爆;2.5≤T<5.5，中等岩爆;5.5≤T<14.5，轻微岩爆;T≥14.5，无岩爆

2）岩石脆性准则。岩石的单轴抗压强度与单轴抗拉强度的比值称为脆性系数，它反映了岩石的脆性程度。脆性系数为

式中： ec为岩石饱和单轴抗压强度（MPa）;为岩石单轴抗拉强度（MPa）

国内外研究表明：