凌源日兴金矿岩体结构面调查及特征分析

高永春 王从雨 范文亮 缪国卫 刘亚东

摘要：随着凌源日兴金矿采深不断增大，工程地质和矿体赋存条件越来越复杂，开展岩体结构面调查等地质工作十分必要。介绍了凌源日兴金矿地质条件和结构面调查方法，对不同中段岩体结构面进行了调查及统计，采用直方图及Dips软件生成的极点图、等密图、玫瑰图等方法对结构面调查数据进行了特征分析，确定了优势结构面的产状，并分析了岩体结构面对岩体质量的影响，为岩体工程稳定性分析评价及采矿方案设计提供了依据。

关键词：深部开采;工程地质;结构面;岩体质量;稳定性

中图分类号：TD863+.1文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2020）04-0042-04doi：10.11792/hj20200409

凌源日兴矿业有限公司（原柏杖子金矿，下称“凌源日兴金矿”）位于辽宁省凌源市南部与河北省承德市交界处，现为中国黄金集团有限公司全资子公司。目前，随着矿山开拓工程和采矿作业不断向深部发展，工程地质和矿体赋存条件变得越来越复杂。为了在复杂的工程地质条件下维护采矿工程的稳定性，保证矿山安全、高效的生产，必须对影响地下采矿系统稳定性的各种地质和工程因素进行评价[1-3]。调查结构面的分布特征、测量相关参数已成为岩体工程稳定性分析评价及采矿方案设计的基础工作。

1 地质条件

凌源日兴金矿区域上位于中朝准地台北缘。该矿床产出于柏杖子花岗岩体及外接触带，矿带和矿体的空间分布受岩体的形态、断层、围岩性质等因素制约。目前，该矿区内已知矿体绝大部分赋存于北东向、北北东向断裂中，少量赋存于北西向及近东西向断裂内，北东向矿体构成该矿床的主体。北东东向、北西向及近东西向的矿体，延长、延深多在数十米左右，规模不大。

根据现有工程的控制情况，矿区内共圈出49条矿体，矿体产状变化较大。矿体类型为石英脉型和蚀变花岗岩型。石英脉型大多产于大红峪组石英砂岩的破碎带内，蚀变花岗岩型主要产于花岗岩體中。

2 结构面调查方法

本次研究以井下巷道帮壁为岩体出露面进行工程地质调查[4-5] ，即在岩体出露面上布设一条测线，用来测量和描述与测线相交的结构面的特征。测线布置在坑道壁面，测尺距底板1 m，沿坑道壁面水平拉紧，测尺一端为该测线的基点，从基点开始沿测线方向对各构造因素进行测定，测尺上、下1 m作为测量范围，测线布置见图1。现场对各出露的结构面进行观察，记录其与测线相交的位置及结构面类型、基距、产状、位置、持续性、粗糙度、张开度、渗水性等指标。

3 结构面调查及特征分析

本次岩体结构面工程地质调查在凌源日兴金矿90中段、60中段、-30中段、-110中段共选取8条穿脉布设了8条测线，总长375.5 m。统计所得到的结构面信息可知：现场调查共得到节理和结构面307条，结构面分布密度0.82个/m。其中，90中段共获得结构面产状数据66条，60中段共获得结构面产状数据78条，-30中段（中部）共获得结构面产状数据94条，-110中段（下部）共获得节理产状数据69条。

根据现场调查，主要围岩类型为石英砂岩、花岗岩及细粒闪长岩，岩石较破碎，稳定性较差，断层、节理发育较多，断层面多充填黏土，节理持续性比较好，部分呈张开状态，零星发育碳酸岩脉或石英细脉。结构面整体以贯通性好的节理和断层为主。张开度以微张和张开为主，充填物以角砾和石英为主，坚硬度以坚硬和较坚硬为主，除个别地点出现少量结构面风化及渗水外，其余地点均极少出现风化及渗水现象。

3.1 结构面倾角分布

节理裂隙的产状在很大程度上控制着岩块和岩体的破坏机制，并影响岩块和岩体的变形和强度性能，全区域结构面倾角分布见图2。由图2可以看出，整个调查区域倾角集中在30°～90°，占比达到96.1 %左右。其中，倾角40°～80°所占比例最大，为74.3 %，且在40°～50°、50°～60°、60°～70°、70°～80°分布比较平均。

3.2 结构面特征

为了得到优势结构面的产状信息，对结构面进行特征分析[6-7]，将统计的结果导入 Dips 地质结构分析软件进行统计处理[3]。Dips软件是一款基于地质数据的方位交互分析软件。它具有多种应用，既适合

做简单的地质数据分析，也可为熟练赤平投影的用户在地质数据分析时提供更多的高级工具。Dips软件用于描述结构面和结构面分布的统计分析，通过输入后的数据分析可以得到极点图、玫瑰图、等值线图等，并可通过极点等值线确定出优势结构面的产状。各中段及全区域结构面极点图、玫瑰图和等值线图分别见图3、图4和图5。

对图3～ 5的结构面产状进行统计分析可以看出：结构面主要有断层（TF）、节理（JN）、岩脉（VN）、剪切面（SR）和岩性接触面（BD）5种类型，以贯通性好的节理和断层为主，零星发育碳酸岩脉或石英细脉，岩性接触面和剪切面发育较少。结构面倾角相对比较集中，倾向比较分散，在这一区域内结构面的倾向倾角大体分布在几个区域内。倾向分散分布在60°～160°、290°～10°，倾角集中在50°～80°。从图3可以看出各极点分布在相对集中的几个区域内。

在等值线图（见图5）上占比较高的地区添加窗口，生成赤平投影大圆，该圆的产状就是优势结构面产状。通过该方法统计及分析可知：90中段优势结构面产状为291°∠44°、253°∠47°、147°∠83°、95°∠51°;60中段优势结构面产状为2°∠68°、67°∠77°、75°∠43°、105°∠52°、131°∠37°;-30中段优势结构面产状为93°∠70°、329°∠79°、310°∠61°;-110中段优势结构面产状为140°∠81°、271°∠75°、266°∠40°、1°∠54°、325°∠62°;全区域优势结构面产状为330°∠79°、309°∠60°、1°∠67°、140°∠80°、77°∠48°、119°∠48°;结构面整体较陡，50°～90°的倾角所占比例达到了70 %，局部出现较缓的结构面。

4 巖体结构面对岩体质量的影响

为了使本次工程地质调查对矿山设计有更好的指导意义，本文讨论和分析了不同的结构面情况可能对岩体质量产生的影响。

4.1 平巷工程的影响

当结构面发育程度较小且间距较大时，其对地下开挖工程的影响较小;而当结构面发育程度好且密集时，这一区域发生顶板冒落或片帮的可能性较大[8]。其中，当结构面的走向与平巷的走向垂直或夹角较大，且倾角较大时，对岩体的影响最小，垮塌的范围集中在破碎带内，或者顶板沿着破碎带发生局部的冒落;而当结构面倾角较小与平巷相交时，则平巷掘进时需要在支护条件下方能进行。

当结构面的走向与平巷的走向平行或夹角很小，且结构面倾角较大时，对岩体稳定性最为不利。结构面与平巷的相交位置在顶板或两帮都会造成较大范围的岩体破坏：在顶板容易发生错位移动破坏，在两帮则易沿结构面倾向发生滑动破坏，具体破坏程度由结构面的张开度、充填物类型及破碎程度等因素控制。施工时需要特别注意和避免这种情况。

4.2 采场的影响

结构面的弱面控制岩体稳定性，因此结构弱面是影响采场稳定的主控因素之一。空区围岩在原岩应力、围岩应力及结构构造作用下，首先在稳定性最差的结构弱面出现变形;然后，重新分布的围岩应力又加剧弱面的应力集中和围岩变形，从而加剧围岩的破坏。当采场遇到延深较大、含破碎带、错动较大的结构面时，开采过程中或开采结束后发生岩体垮塌的可能性较大。

5 结 论

1）本次工程地质调查范围为凌源日兴金矿90中段、60中段、-30中段、-110中段，测线总长375.5 m，结构面307个，结构面分布密度0.82个/m，结构面主要有5种类型：断层、节理、岩脉、剪切面和岩性接触面，以贯通性好的节理和断层为主。张开度以微张和张开为主，充填物以角砾和石英为主，坚硬度以坚硬和较坚硬为主，除个别地点出现少量结构面风化及渗水外，其余地点均极少出现风化及渗水现象。

2）整个调查区域倾角集中在30°～90°，占比达96.1 %左右，倾角40°～80°所占比例最大，为74.3 %，且分布比较平均。倾向比较分散，倾向分散分布在60°～160°、290°～10°。

3）全区域内优势结构面产状为330°∠79°、309°∠60°、1°∠67°、140°∠80°、77°∠48°、119°∠48°。

4）结构面整体较陡，倾角50°～90°占比达到70 %，局部出现较缓的结构面。由于全区域结构面倾角较陡，在沿结构面特别是沿优势结构面走向开挖时，较易发生片帮事故，在采场开采过程中，结构弱面容易先发生变形，施工时要多加注意，及时采取支护措施。

[参 考 文 献]

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Abstract：With increasing mining depth of Lingyuan Rixing Gold Mine，the engineering geology and ore body occurrence conditions in Lingyuan Rixng Gold Mine are becoming more complicated，making it necessary to carry out such geological work as investigation of the structural face of the rock mass.The paper introduced the method to investigate the geological conditions and structural face in Lingyuan Rixing Gold Mine，carried out investigation and did statistics of the structural face of the rock mass in different levels，analyzed the characteristics of the structural face investigation characteristics with the histogram and the point diagram，contour diagram，rose diagram generated with Dips software，decided the preferred structural face occurrence，analyzed the influence of rock mass structural face on rock mass，and provided basis for the stability analysis and evaluation for rock mass engineering and mining plan design.

Keywords：deep mining;engineering geology;structural face;rock mass;stability