帕鲁特金矿岩石抗压性能研究

张浩强 史秀志 李冬萍 李群敬 邱贤阳 陈新

摘要：帕鲁特金矿即将进入深部开采阶段，开展深部岩石力学性能研究十分必要。采用RQD值调查法和抗压性能试验对其岩体性能开展研究。结果表明：岩体RQD值普遍小于50 %，岩体质量相对较差。矿体的单轴抗压强度、峰值应变和弹性模量均高于上、下盘围岩，其中，矿体单轴抗压强度达到上、下盘围岩单轴抗压强度的2倍，岩石的破坏模式以脆性破坏为主，在工程实际中应当注重对上、下盘围岩的支护工作。

关键词：帕鲁特金矿;深部开采;岩体性能;抗压性能;RQD值;破坏模式

中图分类号：TD315文献标志码：A

文章编号：1001-1277（2022）05-0034-03doi：10.11792/hj20220506

引 言

地下矿山深部开采是当前采矿业发展的一个重要趋势。由于深部岩体原岩应力更大，应力活动更加频繁，对采矿技术和支护水平的发展提出了更高的要求[1]。此外，在全新采矿环境条件下，浅部岩体性能调查结果已经不能适用于深部开采。因此，根据不同矿山的开采情况，有针对性地进行深部开采涉及的岩石力学性能研究十分必要[2-3]。

岩石的力学性能表征方法有很多，包括单轴抗压性能、直接和间接抗拉性能、抗剪性能和动载压力性能等，但受试验设备、条件和成本的限制，这些方法的适用性受到不同程度影响[4]。其中，单轴抗压性能应用范围最广、效果也最好。迄今为止，单轴抗压性能研究已经在混凝土、岩石和金属等方面得到了广泛的应用[5]。

帕鲁特金矿为中国有色矿业集团有限公司在塔吉克斯坦投资建设的黄金采选冶一体化矿山。该矿山于2012年开工建设，现有生产规模为2 000 t/d，位于塔吉克斯坦瓦赫达特地区，矿区气候属于亚热带气候，冬季寒冷、多雪，低温持续时间长，易发生雪崩，海拔绝对标高1 960～2 500 m，属于高海拔寒区矿山。矿山目前井下主要生产中段为2 110 m及以上的5个中段，预计2022年，2 110 m中段以上的储量基本消耗殆尽。因此，为维持矿山三级矿量的动态平衡，规划2 110 m中段以下深部中段的矿井开拓与设计工作成为当前矿山的主要工作之一，开展深部岩石抗压性能研究十分必要。

1 矿山概况

1.1 地质条件

帕鲁特金矿矿体受Pakrut背斜、Graphitovy断层和Pakrut断层的控制，主要位于Pakrut河的南岸，东西走向长约400 m，南北方向上矿体近平行分布，矿体围岩主要为热液交代变质岩和绿片岩。

经过近几年的生产勘探与开采，帕鲁特金矿井下主要生产矿体有1号矿体和3号矿体。其中，1号矿体为主矿体，金平均品位2.2 g/t，总体倾角70°～80°，水平厚度6～30 m，西部北西走向，向东转为近东西走向，走向延长约420 m。3号矿体分支严重，形态变化多样，厚度不均，大多在1～12 m。

1.2 采矿工艺

帕鲁特金矿于2012年开工建设，现有生产规模为2 000 t/d。矿山现有主要生产开拓系统为一期建成工程，主要包括东、西风井，主斜坡道，采区斜坡道，以及5個中段。该矿山在2 230 m中段和2 110 m 中段采用4个分段进行采切工程布置，每个分段高度为12～13 m。从2 170 m中段开始设计采用高分段中深孔空场充填采矿法开采，每个分段高度定为21 m，底部结构高度定为13 m，顶柱留设5 m。2 050 m中段以下深部中段预期沿用高分段中深孔空场充填采矿法开采，为避免出现矿房围岩垮塌事故，对深部开采中涉及的岩石抗压性能重新测试十分必要。

2 岩体质量RQD值调查

在岩体工程中，为能够快速、便捷地对岩体质量进行评价，往往可以通过一些容易计算得到的岩体工程指标对岩体质量进行分类和评价。其中，RQD分类法于1964年由Deere提出，并得到了较为广泛的应用[5]。RQD值是指岩心中长度等于或大于10 cm岩心的累计长度占钻孔进尺总长度的百分比，其分类法评价指标[6-7]见表1。

本次研究根据工程实际情况，通过在2 084 m中段向深部钻取岩心来统计RQD值，并为力学性能试验准备岩心样品，钻孔进尺1.5 m，岩心钻进长度共70 m。其中，1～18 m为上盘围岩岩心，18～56 m为矿体岩心;56～70 m为下盘围岩岩心。根据统计，上盘围岩RQD值为55.30 %，矿体RQD值为41.70 %，下盘围岩RQD值为40.70 %，整体的RQD值平均为45.90 %，对照表1所示的RQD值分类标准可知，深部岩体质量差。

3 岩石抗压性能

3.1 单轴抗压强度

岩石的单轴抗压强度是检测岩石强度，并评判其稳定性最常用的方法，其主要包括强度和变形2个方面[8-9]。单轴抗压强度（σc）的大小能够反映出岩石的承载能力，对应的应变（ε）体现了岩石在受压破坏时具有的变形能力和韧性特征。2种指标的计算公式如下：

σc=pA（1）

式中：p为试件达到破坏时的最大轴向压力（N）;A为试件的横截面积（mm2）。

ε=Δll（2）

式中：Δl为试件达到破坏时产生的轴向变形（mm）;l为试件的长度（mm）。

试验开始前，选取钻孔岩心中较为完好的岩样进行试验样品制作，制作规格为50 mm×100 mm的圆柱体样品，对其直径和高度进行测量，结果见表2。由表2可知，岩样直径47.50 mm，高度94.80～128.30 mm，样品基本满足高径比2 ∶1的要求，岩石平均密度2 698.49 kg/m3。

本次试验采用WDW-600型万能压力试验机开展单轴抗压强度试验，确保试件表面平整，与压力试验机的平台完整接触，然后以0.6 mm/min的加载速率施加压力，直至试件破坏失效（见图1）。C73A5047-22BF-4A3F-973A-25B88C3E9A3E

单轴抗压强度试验结果见表3。由表3可知：上盘围岩单轴抗压强度均值42.36 MPa，峰值应变均值1.288 5 %，弹性模量均值2.21 GPa;矿体单轴抗压强度均值83.69 MPa，峰值应变均值1.645 0 %，弹性模量均值3.31 GPa;下盘围岩单轴抗压强度均值34.16 MPa，峰值应变均值1.102 3 %，弹性模量均值2.01 GPa。由试验结果可知，矿体的单轴抗压强度约为上、下盘围岩单轴抗压强度的2倍，矿体稳定性较好，但上、下盘围岩稳定性较差，矿体的峰值应变和弹性模量也高于上、下盘围岩，具有更好的弹性变形能力。因此，在矿体开采过程中要注重对上、下盘围岩的支护，防止发生围岩垮落事故。

3.2 破坏模式

上盘岩样（S-1）、矿体岩样（K-1）和下盘岩样（X-1）应力-应变曲线见图2。由图2可知，不同取样点的岩样在持续加载作用下，均经历了弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段4个阶段，基本符合岩石应力-应变发展过程[10]。

上盘岩样（S-1）、矿体岩样（K-1）和下盘岩样（X-1）宏观破坏形态对比见图3。由图3可知，岩样在压力作用下主要发生压剪破坏，裂缝在贯通岩石样品后导致了岩石的破坏失效。结合图2，岩样的峰值应变均小于2 %，岩样的破坏属于脆性破坏范畴，以压剪破坏为主。

4 结 论

1）本文针对帕鲁特金矿深部采矿开展了必要的岩石抗压性能研究工作，研究得到：深部岩体上盘围岩、矿体和下盘围岩RQD值分别为55.30 %、41.70 %和40.70 %，RQD值普遍小于50 %，岩体质量差。

2）采用单轴压缩的方法测试了深部上盘围岩、矿体和下盘围岩的抗压性能，并认为矿体的单轴抗压强度、峰值应变和弹性模量均高于上、下盘围岩，其中上盘围岩、矿体和下盘围岩的单轴抗压强度分别为42.36 MPa、83.69 MPa和34.16 MPa，矿体的稳定性较上、下盘围岩更好。

3）在轴向压力作用下，帕鲁特金矿深部岩石的破坏主要是脆性破坏，以压剪破坏为主。在后续的工作中，应当对深部开采面临的支护要求和效果开展研究。

[参 考 文 献]

[1] 赵国彦，吴攀，裴佃飞，等.基于绿色开采的深部金属矿开采模式与技术体系研究[J].黄金，2020，41（9）：58-65.

[2] 邵明申，李黎，李最雄.龙游石窟砂岩在不同含水状态下的弹性波速与力学性能[J].岩石力学与工程学报，2010，29（增刊2）：3 514-3 518.

[3] 李地元，李夕兵，LI C C.2种岩石直接拉压作用下的力学性能试验研究[J].岩石力学与工程学报，2010，29（3）：624-632.

[4] 徐礼华，刘素梅，李彦强.丹江口水库区岩石软化性能试验研究[J].岩土力学，2008，29（5）：1 430-1 434.

[5] 唐建铠.层理对岩石抗压强度影响解析[J].广东化工，2019，46（23）：65，81.

[6] 李恩翀，刘涛.露天转地下隔离顶板安全性综合评价及应用[J].黄金，2015，36（3）：36-39.

[7] 章邦琼.金陶矿业公司岩体工程地质特征及RMR岩体质量评价[J].黄金，2021，42（5）：45-48.

[8] 侯永强.某矿山深部充填开采充填体强度及充填方案优选研究[D].赣州：江西理工大学，2018.

[9] 陈猛，王浩，齐迈，等.岩石-钢纤维混凝土复合层动态压缩性能试验研究[J].岩石力学与工程学报，2020，39（6）：1 222-1 230.

[10] 姜永东，鲜学福，尹光志，等.岩石应力应变全过程的声发射及分形与混沌特征[J].岩土力学，2010，31（8）：2 413-2 418.

Study on the compressive performance of rock in Pakrut Gold Mine

Zhang Haoqiang1，Shi Xiuzhi2，Li Dongping1，3，Li Qunjing1，Qiu Xianyang2，Chen Xin2

（1.China Nonferrous Metals International Mining Pakrut LLC.;

2.School of Resource and Safety Engineering，Central South University;

3.China Nonferrous Metal Mining （Group）Co.，Ltd.）

Abstract：Pakrut Gold Mine is about to enter the deep mining stage，and it is necessary to carry out studies on the mechanical properties of deep rocks.Studies on its rock mass performance are carried out by the RQD value survey method and compressive performance tests.The results show that the rock RQD values are generally less than 50 % and the quality of rock mass is relatively poor.The uniaxial compressive strength，peak strain and elastic modulus of the orebodies are higher than the surrounding rock of the upper and lower，where the orebodies uniaxial compressive strength reaches twice that of surrounding rock of upper and lower walls，and the destruction pattern of the rocks is dominated by brittle failure，and engineering practices should pay more attention to the support of surrounding rock of the upper and lower walls.

Keywords：Pakrut Gold Mine;deep mining;rock mass performance;compressive performance;RQD value;failure mode

收稿日期：2021-11-08; 修回日期：2022-01-25

基金項目：湖南省自然科学基金项目（2021JJ40733）

作者简介：张浩强（1988—），男，河南洛阳人，工程师，硕士，从事采矿技术及膏体充填相关方面的研究工作;塔吉克斯坦瓦赫达特，中色国矿帕鲁特有限责任公司;E-mail：zhq512@126.com

通信作者，E-mail：chenxin_ck@csu.edu.cn，0731-88879612C73A5047-22BF-4A3F-973A-25B88C3E9A3E