滇西北普朗铜矿20～30线岩体结构面特征分析

沈啟武，舒华伟,钟志勇,陈明勇,沙有财,唐思宇

(1.云南迪庆有色金属有限责任公司，云南 迪庆 674400；2.中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

滇西北普朗斑岩型铜矿地处我国西南三江成矿带中段，位于扬子地台西缘义敦岛弧带的南端，是我国近年来重大的找矿成果之一。矿区位于滇西北迪庆藏族自治州东部，香格里拉市区50°方向、平距约 36 km 处，地处香格里拉县格咱乡境内，属高原峡谷亚区，地势总体较高，最高海拔 4 600 m，最低 3 200 m，一般 3 600～4 200 m，相对高差达300～1 400 m，属高山深切割地貌。主矿体KT1产于普朗Ⅰ号斑岩体中心部位，矿体规模大、品位低，矿体呈大透镜状，北西向展布。由于普朗铜矿首采区岩层破碎、完整性差，工程地质条件恶劣，品位低，矿体较为厚大，设计采用自然崩落法开采。自然崩落法既是一种高能力、低成本的采矿方法，同时也是一种技术含量高的采矿方法。其崩落特性主要取决于矿体的地质条件，即岩体构造及其分布规律、岩体强度及地应力状态等因素。

首采区(7～20线)在开采前已做过详细的矿岩可崩性分析及相关开采技术条件研究，研究结果认为普朗铜矿适合采用自然崩落法采矿，目前已开采的一期采选工程主要集中在7～8线之间，设计的二期采选工程在8～20线之间，20～30线由于矿石品位较低，暂未进行开采设计及矿岩可崩性等研究工作，但地质勘探工作已陆续开展，随着矿山生产的不断推进，有必要提前对20～30线范围矿体进行岩体构造调查、岩石物理学实验等研究。本文旨在对钻孔岩体构造调查收集到的相关数据进行初步分析，为矿山今后更好地评价20～30线范围内的岩体质量、矿体可崩性分级、崩落块度预测、矿体崩落规律、含矿层位展布等提供现场岩体力学特性数据。

1 岩体构造调查

1.1 岩体构造调查方法

本次调查工作主要执行由中南大学、长沙迪迈信息科技有限公司及云南迪庆有色金属有限责任公司2006年联合编制的《“普朗铜矿自然崩落法研究”岩体构造调查技术规范》。由于在20～30范围没有坑道工程，本次调查以钻孔岩心构造调查为主，开展调查时，钻孔岩心未进行地质编录、取样等过多的人为破坏，均为钻进完刚装箱的岩心，除第四系浮土不进行详细调查，所有岩体均进行了详细的岩体构造调查。

1.2 岩体构造调查内容

前人对普朗铜矿岩体构造的研究表明：岩石的单轴抗压强度，RQD 指标，节理面的几何参数、节理表面条件，节理面的强度特征，节理产状与工程结构之间的相互关系，地下水条件及地应力状态等众多因素对矿体的可崩性、崩落矿石块度及矿体崩落规律均有不同程度的影响，因此本次钻孔岩心构造调查主要为RQD、岩体结构面位置、结构面产状(倾角)、结构面间距(密度)、结构面粗糙度、结构面张开度、结构面充填物及结构面风化程度等。

1.3 构造调查网的布置

构造调查网的布置应能确保获得岩体构造的空间分布性。由于调查范围内没有已开挖的坑道工程，在井下没有形成完整的调查网格，但地表探矿的钻工程已形成一定的网度，因此，本次构造调查网布置结合地质探矿工程，在不同岩性以及具有不同构造特征的岩体中都布置了调查钻孔。具体为：选择22、24、26、28 4条勘探线剖面的5个钻孔开展钻孔岩心构造调查，使之形成一定的平面网格(表1)。共完成钻孔岩体构造调查 3 481.34 m。

表1 钻孔岩心构造调查布置情况Tab.1 Survey and layout of borehole core structure

2 岩体结构面特征

本次完成钻孔岩体构造调查 3 481.34 m/5钻孔，其中角岩占比较少，仅分布于ZK2209、ZK2802 2个钻孔，共 240.73 m；石英闪长玢岩5个钻孔均有分布，共 1 391.69 m；石英二长斑岩除ZK2209钻孔以外，其余4个钻孔均有分布，共 1 848.92 m。按不同岩性对岩体结构面进行，各岩性的结构面特征如下。

2.1 角岩

分布于ZK2209、ZK2802 2个钻孔，共 240.73 m，岩石具细粒变晶结构、致密块状构造，岩心破碎，节理裂隙发育，分层RQD值介于17.19%～90.48%。

1)结构面产状(倾角)特征。240.73 m 角岩共有节理裂隙面 1 104 条，裂隙面倾角介于0～10°的有107条、11～20°有162条、21～30°有101条、31～40°有96条、41～50°有141条、51～60°有161条、61～70°有145条、71～80°有129条、81～90°有62条，角岩结构面产状(倾角)分布特征如图1所示。

2)结构面间距特征。角岩裂隙面间距介于0～0.2 m 有684条、0.2～0.4 m 有271条、0.4～0.6 m 有83条、0.6～0.8 m 有39条、0.8～1.0 m 有8条、1.0～1.2 m 有3条、1.2～1.4 m 有4条、1.4～1.6 m 有1条、1.6～2.0 m 有1条、>2 m 有2条，角岩结构面间距分布特征如图2所示。

图1 角岩结构面产状分布直方图Fig.1 Occurrence distribution histogram of hornfels structural plane

图2 角岩结构面间距分布直方图Fig.2 Spacingdistribution histogram of hornfels structural plane

3)结构面粗糙度特征。角岩共有节理裂隙面1 104条，裂隙面粗糙度以 “平直粗糙”为主，共有971条，“平直光滑”60条，“曲面粗糙”52条，“阶梯粗糙”19条，“曲面光滑”2条，阶梯光滑为0，角岩结构面间距分布特征如图3所示。

4)结构面张开度特征。角岩共有节理裂隙面 1 104 条，裂隙面张开度为闭合的有67条、微张有687条、张开有253条、宽张有97条，角岩结构面张开度分布特征如图4所示。

图3 角岩结构面粗糙度分布直方图Fig.3 Roughness distribution histogram of hornfels structural plane

图4 角岩结构面张开度分布直方图Fig.4 Opening degree distribution histogram of hornfels structural plane

2.2 石英闪长玢岩

5个钻孔均有分布，共 1 391.69 m，岩石具斑状结构，块状构造，岩心破碎，节理裂隙发育，斑晶不明显，分层RQD值介于17.48%～83.84%。

1)结构面产状(倾角)特征。1 391.69 m 石英闪长玢岩共有节理裂隙面 5 638 条，裂隙面倾角介于0～10°的有268条、11～20°有472条、21～30°有571条、31～40°有709条、41～50°有827条、51～60°有833条、61～70°有831条、71～80°有745条、81～90°有382条，石英闪长玢岩结构面产状(倾角)分布特征如图5所示。

2)结构面间距特征。石英闪长玢岩裂隙面间距介于0～0.2 m 的有 3 261 条、0.2～0.4 m 有 1 417 条、0.4～0.6 m 有524条、0.6～0.8 m 有226条、0.8～1.0 m 有82条、1.0～1.2 m 有60条、1.2～1.4 m 有24条、1.4～1.6 m 有9条、1.6～2.0 m 有7条、>2 m 有10条，石英闪长玢岩结构面间距分布特征如图6所示。

图5 石英闪长玢岩结构面产状分布直方图Fig.5 Spacing distribution histogram of quartz dioritic porphyrite structural plane

图6 石英闪长玢岩结构面间距分布直方图Fig.6 Roughness distribution histogram of quartz dioritic porphyrite structural plane

3)结构面粗糙度特征。石英闪长玢岩共有节理裂隙面 5 638 条，裂隙面粗糙度以 “平直粗糙”为主，共有 5 431 条，“平直光滑”12条，“曲面粗糙”194条，“阶梯粗糙”0条，“曲面光滑”1条，阶梯光滑0条，石英闪长玢岩结构面间距分布特征如图7所示。

4)结构面张开度特征。石英闪长玢岩共有节理裂隙面 5 638 条，裂隙面张开度为闭合的有47条、微张有 4 202 条、张开有 1 004 条、宽张有385条，石英闪长玢岩结构面张开度分布特征如图8所示。

图7 石英闪长玢岩结构面粗糙度分布直方图Fig.7 Roughness distribution histogram of quartz dioritic porphyrite structural plane

图8 石英闪长玢岩结构面张开度分布直方图Fig.8 Opening degree distribution histogram of quartz dioritic porphyrite structural plane

2.3 石英二长斑岩

ZK2201、ZK2403、ZK2608、ZK28024 4个钻孔有分布，共 1 848.92 m，岩石具斑状结构，块状构造，岩心破碎，节理裂隙发育，斑晶较明显，分层RQD值介于38.08%～84.34%。

1)结构面产状(倾角)特征。1 848.92 m 石英二长斑岩共有节理裂隙面 7 541 条，裂隙面倾角介于0～10°的有302条、11～20°有628条、21～30°有789条、31～40°有896条、41～50°有 1 057 条、51～60°有 1 200 条、61～70°有 1 089 条、71～80°有 1 062 条、81～90°有518条，石英二长斑岩结构面产状(倾角)分布特征如图9所示。

2)结构面间距特征。石英二长斑岩裂隙面间距介于0.0～0.2 m 的有 4 317 条、0.2～0.4 m 有 1 950 条、0.4～0.6 m 的有707条、0.6～0.8 m 的有310条、0.8～1.0 m 的有110条、1.0～1.2 m 的有67条、1.2～1.4 m 的有26条、1.4～1.6 m 的有13条、1.6～2.0 m 的有7条、>2 m 的有11条，石英二长斑岩结构面间距分布特征如图10所示。

图9 石英二长斑岩结构面产状分布直方图Fig.9 Occurrence distribution histogram of quartz monzonite porphyry structural

图10 石英二长斑岩结构面间距分布直方图Fig.10 Spacing distribution histogram of quartz monzonite porphyry structural plane

3)结构面粗糙度特征。石英二长斑岩共有节理裂隙面 7 541 条，裂隙面粗糙度以 “平直粗糙”为主，共有 7 026 条，“平直光滑”100条，“曲面粗糙”364条，“阶梯粗糙”44条，“曲面光滑”6条，阶梯光滑1条，石英二长斑岩结构面间距分布特征如图11所示。

4)结构面张开度特征。石英二长斑岩共有节理裂隙面 7 541 条，裂隙面张开度为闭合的有180条、微张的有 5 276 条、张开的有 1 541 条、宽张的有544条，石英二长斑岩结构面张开度分布特征如图12所示。

图11 石英二长斑岩结构面粗糙度分布直方图Fig.11 Roughness distribution histogram of quartz monzonite porphyry structural plane

图12 石英二长斑岩结构面张开度分布直方图Fig.12 Opening degree distribution histogram of quartz monzonite porphyry structural plane

2.4 岩体结构面特征分析

从上述罗列的数据可以看出，矿区20～30线岩性比较单一，钻孔揭露到的岩性仅有角岩、石英闪长玢岩、石英二长斑岩3种，3种岩性结构面均发育，角岩平均每m有结构面4.58条，石英闪长玢岩平均每m有结构面4.05条，石英二长斑岩平均每m有结构面4.08条。现场调查收集到的数据显示：钻孔近地表岩心较破碎，风化程度较严重，多为弱风化、微风化，局部强风化，结构面较发育，往深部岩心相对完整，RQD值高，多为未风化、微风化状，结构面发育，但多为微张状。结构面充填物主要为绿泥石、钙质物质、石英、褐铁矿及黄铁、黄铜等金属矿物。

角岩结构面倾角以11～20°、41～80°为主，石英闪长玢岩结构面倾角主要分布在31～80°之间，石英二长斑岩结构面倾角集中分布在41～80°之间。结构面间距主要在 0.2 m 以下，约占85%，结构面粗糙度主要以平直粗糙为主，占95%以上，结构面张开度以微张为主，占90%左右。

3 矿岩单轴抗压强度测试

单轴抗压强度测试在干燥和饱和状态下分别进行。角岩在干燥和饱和状态下分别进行了3件实验，干燥状态下角岩的单轴抗压强度介于40～60 MPa 之间的有2件，介于60～80 MPa 之间的有1件。

石英闪长玢岩在干燥状态下进行了11件实验，在饱和状态下进行了17件实验。干燥状态下，石英闪长玢岩的单轴抗压强度介于40～60 MPa 之间的有1件，介于60～80 MPa 之间的有2件，介于80～100 MPa 之间的有5件，介于100～120 MPa 之间的有2件，介于120～140 MPa 之间的有1件；饱和状态下，石英闪长玢岩的单轴抗压强度介于40～60 MPa 之间的有3件，介于60～80 MPa 之间的有7件，介于80～100 MPa 之间的有5件，介于100～120 MPa 之间的有2件。

石英二长斑岩在干燥状态下进行了9件实验，在饱和状态下进行了15件实验。干燥状态下，石英二长斑岩的单轴抗压强度介于40～60 MPa 之间的有1件，介于60～80 MPa 之间的有5件，介于80～100 MPa 之间的有0件，介于100～120 MPa 之间的有3件；饱和状态下，石英二长斑岩的单轴抗压强度介于20～40 MPa 之间的有2件，介于40～60 MPa 之间的有5件，介于60～80 MPa 之间的有2件，介于80～100 MPa 之间的有4件，介于100～120 MPa 之间的有1件，介于120～140 MPa 之间的有1件。详见表2。

表2 岩石单轴抗压强度实验结果统计表Tab.2 Statistical table of experimental results of rock uniaxial compressive strength

从表2可以看出，岩石在干燥状态下的抗压强度普遍介于60～120 MPa，饱和状态下的抗压强度普遍介于40～100 MPa，属坚硬、较坚硬岩类。

4 结 论

采用现场钻孔岩体构造调查，结合岩石单轴抗压强度测试结果，综合各类数据后，从工程地质及岩石力学的角度，对普朗铜矿20～30线岩体结构面特征及岩石质量得出如下结论：

1)普朗铜矿20～30线岩性单一，钻孔揭露到的岩性仅有角岩、石英闪长玢岩、石英二长斑岩3种，以石英闪长玢岩及石英二长斑岩为主，角岩分布范围、规模较小，但3种岩性结构面均发育。

2)20～30线矿体倾角多在50～70°之间，调查结果显示：结构面产状主要集中在40～80°之间，且结构面发育，平均每m发育结构面在4条左右，结构面张开度以微张为主。从结构面的发育程度、空间展布特征与矿体产出位置、产状(倾角)等影响因素来看，整体情况是符合自然崩落法条件的。

3)从矿岩单轴抗压强度测试结果来看，矿区岩矿石属坚硬、较坚硬岩类。

4)本次工作收集了20～30线大量钻孔岩体结构面数据，为今后评价区内岩体质量、矿体可崩性分级、崩落块度预测、矿体崩落规律、含矿层位展布等提供现场岩体力学特性数据，但矿体可崩性分级、崩落块度预测、矿体崩落规律等工作仅仅依靠钻孔岩体结构面数据是有一定的局限性的。今后工作还应对坑道开展岩体构造调查工作，并结合地应力测试、钻孔测井等资料加强综合研究，充分利用好本次所收集到的数据，合理评价矿山开采技术条件。