洛阳矿区二期维简工程的工程地质研究

洛阳矿区二期维简工程的工程地质研究

李启瑞

关键词：洛阳矿区工程地质综合评价

1工程概况

坑采二期维简工程是现有坑采生产的接替性建设项目。洛阳南矿坑采由马鞍山钢铁设计院于1986年完成，设计范围为8－14线间＋40m标高以上的矿体；设计地质储量514吨，可采矿量394万吨；设计规模20万吨／年。由于8线以东2＃矿体与洛溪河的水力联系存在认识不足的缘故，因此，一期设计时没列入设计开采范围。坑采一期基建于1992年完成，93年开始投产。一期最低基建中段100m水平距设计最低中段40m水平仅60m，为了使矿山生产后不再进行复杂的延深工作，井筒一次建成，井筒只装备到＋87.4m标高。二期维简工程就是在现有工程的基础上，扩大开采范围为5－14线，标高＋40m－＋100m之间，并把现有100m中段以上8线以东的2＃矿体开采也列为本次维简工程范围以内。

2工程地质特征

矿区+100m以下的矿(围)岩基本上都是坚硬、新鲜，岩（矿）强度较大、稳定性较好，部分岩、矿体受构造变化大，节理、裂隙发育，少部分断层、裂隙富水性强，断层、裂隙面有泥化、硅化、方解石晶体及断层角砾等。工程地质属于中等稳定。本工程揭露区主要有：花岗斑岩、大理岩、矽卡岩、变质砂岩及磁铁矿等五类岩（矿）组。各组物理、力学性质试验成果和指标见表1：

表1工程揭露地层矿岩物理、力学指标

岩矿名称Φ度（kg/cm2）容量

花岗斑岩1232.2590204.52.7731

大理岩79226126.848702.755142

砂卡岩1214.2579.2176.25501152.742645

砂岩1437.691.67211.33481502.6813

磁铁矿1492.8462.255633.8750

3岩体质量评价标准

目前已有的岩体质量分级方法种类较多，基于地下硐室岩体结构特点和分级方案的可操作性，比尼奥斯基（BieniawskiZ.T）的地质力学RMR分级法和B.H.G、布雷迪等的Q系统分级方法考虑的因素较全面，又比较近，比较适宜本项目研究。

3.1岩体质量RMR分级法比尼奥斯基（BieniawskiZ.T）的地质力学RMR分级法是采用多因素得分，然后求其代数和（RMR）值来评价岩体质量。即：

RMR=R1+R2+R3+R4+R5+R6（1）

然后根据总分确定岩体的质量等级（表1）。参与评分的六因素是：①岩石单轴饱和抗压强度；②岩石质量指标（RQD）；③节理间距；④节理性状；⑤地下水状态；⑥节理产状与硐轴线的关系。在1989年的修正版中，不仅对评分标准进行修正，而且对第四项因素进行了详细分解，即节理性状包括：a节理长度；b间隙；c粗糙度；d充填物性质和厚度；e风化程度。结合工程地质的实际，对硐室岩体可采用前5种因素得分，再根据第六项因素进行修正，按表2评表2岩体质量RMR分级法。价岩体级别RMR分类结果表明：二期工程岩体稳定性状况见表3。

表2

级别岩体的描述RMR

I很好的岩体81—100

II好的岩体61—80

III较好的岩体41—60

IV较差的岩体21—40

V很差的岩体0—20

表3各种岩石RMR分级结果

岩性砂岩（C1L）灰岩（C3C-p1Q）矿体花岗斑岩（R3）矽卡岩

RMR值41.3-66.236.4-6345.5-71.253.5-73.275.6

级别III-IIIII-IIIII-IIIII-IIII

3.2岩体质量指标Q系统分级挪威岩土土程研究所（NorwegianGeotechnicalInstitute）的Barton、Lien和Lunde等人，根据过去的地下开挖工程稳定性的大量实例，提出了确定岩体的隧道开挖质量指标的方法，此指标（Q）系统对6种因素按下式计算：

Q=（RQD/Jn）*（Jr/Ja）*（Jw/SRF）（2）

Q系统分级与RMR分级一样，都是一种定量与定性相结合的多参数综合分类法。在计算出的Q值根据表（4）

表4不同岩性的无支护最大跨度

岩性砂岩（C1L）灰岩（C3C-p1Q）矿体花岗斑岩（R3）矽卡岩

D(m)21.135.239.611.6823.2确定岩体质量类别。

无支护的最大跨度D与岩体质量Q有如下关系：

D=2*ESR*Q0.4(3)

式中：ESR为开挖体的“支护比”，矿山巷道的支护比可取ESR=1.6，而对于临时性的矿山巷道（如采场）可取ESR=3-5。依据100m水平以下岩石质量指标，矿体中的采场取ESR=5.0，其余岩层中掘进的巷道取ESR=1.6，当在矿体中掘进时，取ESR=1.6，其平均无支护跨度为28.7m，变化范围为11.68-39.6m，以上结果可作为矿山选取采场和巷道结构尺寸的参考依据。根据硐室岩体平均参数的Q分级结果，得出不同岩层的无支护最大跨度，见表（4）。

表4岩体质量指标Q系统分级法

围岩类别IIIIIIIVV

岩体描述很好好一般差极差

Q值>4010—401—100.1—1<0.1

3.3Q系统分级与RMR分级的相关性分析以上两类分级标准都是对矿区岩体某些因素的综合反映，它们之间存在一定的相关关系。对Q系统分级与RMR分级结果进行了回归分析得出它们的相关关系为：RMR=45.86+9.16lnQ（4）

上式与前人的研究结论接近，如比尼奥斯基通过一百多个工程总结出的两者关系为：RMR=44+9lnQ（5）

同样也与国内一些工程比较接近，如：

①黄润秋对小湾水电站总结的关系式：

RMR=31.51+12.7lnQ(6)

②周志东对西南某水电站坝肩岩体总结的关系式：

RMR=22.87+15.11lnQ（7）

4岩体质量总体分析

从100m水平以下KD-100型钻机进行生产探矿所采取的岩芯情况及二期工程掘进的情况看：每个钻孔的岩芯采取率基本上都有在95%以上，只见少量受岩体节理。特别是花岗斑岩（离矿体有一定距离的）节理较为发育，裂隙影响而产生碎化现象。但在矿体附近的各种岩性（矿体及周边的灰岩、斑岩等）因受成矿时期的热液蚀变和构造重结晶的影响，岩体质量都较为完整。

5结论

矿山地下工程（包括巷道、硐室、采空区）的稳定性是一个非常复杂的系统工程问题，它与各种地质因素及非地质因素有关，前者包括矿山的工程地质条件、水文地质条件、矿区地应力场及岩体的力学特性等。后者则主要与矿山的开采方法和施工技术等因素有关。通过对本次维简工程中挖掘区域岩体工程地质条件的全面、系统的研究，为今后选择合理的挖掘工艺、巷道和硐室支护手段、采场顶板的暴露参数以及控制采掘成本等方面提供一定理论依据。