白象山铁矿地下岩体结构调查及稳定性分析

刘明宇

（安徽马钢矿业资源集团姑山矿业有限公司）

白象山铁矿是安徽马钢矿业资源集团旗下的主力矿山之一，拥有储量丰富的优质磁铁矿资源，其安全稳定生产是集团公司乃至马鞍山市经济发展的重要支柱［1］。目前，由于靠近蚀变带或断层的局部地段矿体极为破碎［2-3］，先前矿山所采用的上向进路充填法进行开采的方式难以保证进路回采安全，所以选用了适合于极破碎矿体的下向进路充填采矿法。但是由于矿区中段以及盘区较多，矿岩稳固性变化较大，尽管前期曾进行过现场节理裂隙调查，对白象山矿段矿岩稳固性进行了分级，但随着回采范围增大，尤其是部分中段的盘区接近顶柱位置，受开采扰动影响［4］，其节理裂隙发育情况会发生较大变化。因此，为及时掌握这部分区域矿岩的稳固性，对该部分区域节理裂隙进行精细化调查，并在此基础上，对地下矿岩稳固性重新做出客观评价，为下一步开采设计提供依据。

1 岩体结构调查分析

1.1 调查地点

为解决白象山铁矿开采活动中回采进路地压显现较为明显，对进路稳定性存在较大影响等问题，同时分析开采活动对采准巷道和回采进路的影响，开展各盘区的岩体稳固性调查。同时为了准确调查白象山地下岩体结构，依据矿体的实际状态，拟定对矿山不同中段与水平进路的上下盘围岩、矿体和夹石进行节理裂隙调查。其中，调查测点共13个，测量位置分别选取在岩体情况差的-330、-390、-470 m 中段以及岩体情况较差的-430 m中段。

1.2 调查方法与内容

岩体综合调查方法包括钻孔岩心调查和暴露面调查［5］。考虑到钻孔岩心调查操作复杂、耗费较大，故研究采用便捷的沿暴露面调查法。使用卷尺量取裂隙长度，通过地质罗盘仪测量裂隙的倾角和倾向。根据国家《工程岩体分级标准》（GB/T 50218—2014）的要求［6］，本次岩体结构调查的主要内容是矿体及顶底板岩层产状、断层，节理裂隙的产状、密度、充填物情况和岩层质量指标RQD值等。

1.3 调查结果

现场调查分析发现，-390 m 中段五盘区和-470 m 中段的二盘区岩体稳定性属于较差（IV 级）到极差（V 级）；同时白象山铁矿节理裂隙发育，蚀变强烈。大部分节理面粗糙，存在充填物，结构面有泥膜及碎屑充填。由于基岩裂隙充水，结构面多存在潮湿现象，部分地段渗水。总体而言，矿体夹层围岩一般稳定，但矿体围岩稳定性较差。此外，采空区与巷道顶板侧帮中存在断层泥结构，极易风化软化而出现脱落的现象，加之矿层开采后爆破震动的影响，易引发垮塌或冒顶，是井下开采的安全隐患，需要对采场和巷道的暴露面积进行控制，并加强撬毛管理和支护工作。

2 岩体稳定性分级

2.1 岩石稳定性分级方法

岩石稳定性分级方法多达数十种，其中Q 法、RMR 法和BQ 法最为常用，由于这3 类方法所侧重的参数不同，所以各有优劣［7-8］。Q 体系分类方法着重于构造表面的状况，同时考虑地下水和地应力等因素对建筑物的作用；RMR 分类法虽然考虑因素较多，但仅适用于岩块强度比结构面强度低的岩体；BQ 分级法同样考虑多种因素，但对岩石单轴抗压强度表现较为敏感［9］。综合以上，同时选取这3 种分级方法进行岩石稳定性分析，得到的结果会更加合理与准确。

Q 法是由Barton 等［9］在1974 年提出，通过6 个参数值来对岩体质量进行分级的：

式中，岩体RQD 质量指标与节理组数Jn之比代表岩石完整程度，节理粗糙度系数Jr与节理面蚀变程度或充填情况Ja之比代表岩石的抗剪强度，裂隙水折减系数Jw与应力折减系数SRF 之比反映围岩的主动应力。

RMR 法是由Bieniawski 在1973 年提出［10］，通过定性与定量分析，考虑多个因素的综合分类法然后根据评分确定岩体的质量等级：

式中，RMR 法以岩石强度A1、岩体完整程度A2、节理间距A3、节理条件A4和地下水状态A5作为基本因素，B为结构面产状与工程轴线关系作为分类修正因素。其中，岩石强度指标采用岩石单抗压强度，岩体完整程度则通过岩石质量指标RQD 值与结构面间距量化。

BQ 法［6］是根据《工程岩体分级标准》对岩体质量划分，然后针对岩石的具体条件进行修正：

式中，Kv为完整性系数；Rc为单轴抗压强度；BQ 为岩体质量指标；K1为地下水影响修正系数；K2为结构面产状影响修正系数；K3为初始应力状态影响修正系数；［BQ］为岩体质量指标修正值。

2.2 岩体稳定性分级结果

岩体稳定性等级主要分为5 级，分别是V（极差）、IV（较差）、III（一般）、II（好）、I（很好），根据岩体结构调查统计结果，利用3 种岩体稳定性分级方法，将计算结果与图1 中岩体稳定性分级范围进行对比，得到结果见表1～表3。将Q 法、RMR 法、BQ 法对-330、-390、-430以及-470 m中段岩体稳定性评价分析结果统计在图2 中，可以明显看出3 种分级方法确定的岩体稳定性在III级到V 级，矿体稳定性较差，其中与Q 法与BQ 法相比，在某些中段岩体稳定性等级偏小。具体而言，白象山铁矿在-330、-390和-430 m 中段的七盘区均属于稳定性一般（III 级）到较差（IV 级），在-390 m 中段一盘区和二盘区属于稳定性较差区域（IV 级）；在-390 m 中段五盘区和-470 m 中段的二盘区属于稳定性较差（IV级）到极差（V级）。

3 岩体稳定性分级界定

岩体稳定性分级是选择采矿方法时要考虑的重要因素之一。通过白象山各矿岩稳定性分级的结果，对比图3 所示各级别稳定性对应岩体自稳能力，可以界定出-330 和-430 m 中段岩体为III～IV 级矿体，在稳定性较好地段跨度5～10 m 情况下，可稳定数月。-390和-470 m 中段岩体主要为IV～V 级矿体，矿体极为破碎，无自稳能力。综合以上，白象山铁矿岩体可界定为III～V级，在开采过程中必须进行支护。

4 结论

（1）通过沿暴露面岩体综合调查法，对白象山铁矿岩体结构进行了详细分析。矿体夹层围岩一般稳定，但矿体围岩稳定性较差。此外，采空区与巷道顶板侧帮中存在断层泥结构，极易风化软化而出现脱落现象，需要对采场和巷道的暴露面积进行控制，并加强撬毛管理和支护工作。

（2）白象山铁矿岩体整体稳定性等级在III～V级，稳定性较差，在-390 m 中段一盘区和二盘区属于稳定性较差区域（IV 级）；在-390 m 中段五盘区和-470 m 中段的二盘区属于稳定性较差（IV 级）到极差（V级）。

（3）在稳定性较好地段跨度5～10 m 情况下，可稳定数月，在较差地段无自稳能力。