陡倾地层大型硐室群岩体质量评价分析.pdf
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1、第32 卷增刊12023年6 月矿业纵横文章编号:10 0 4-40 51(2 0 2 3)S1-0121-05中国矿业CHINA MINING MAGAZINED0I:10.12075/j.issn.1004-4051.20230340Vol.32,Suppl 1June2023陡倾地层大型室群岩体质量评价分析余天成1,原野2.3(1彝良驰宏矿业有限公司,云南昭通6 57 6 0 0;2.矿冶科技集团有限公司,北京10 2 6 2 8;3昆明理工大学,云南昆明6 50 0 9 3)摘要:滇东北地区毛坪铅锌矿盲竖井碉室群主要位于泥盆系及石炭系地层中,该碉室群顶板及帮部产生垮塌、解体及大变形破坏
2、。为治理该碉室群破坏问题,综合分析地质资料及以往支护方式的基础上,在裸露碉室区域采用RQD指标基本分析法、南非RMR分级法及GSI法对岩体进行评价,结合室实际工况,采用ROClab软件计算不同地层的岩体力学参数,为后期治理方案提供理论基础。关键词:大室群;岩体力学评价;工程岩体;稳定性评价中图分类号:TD353Evaluation and analysis of rock mass quality of large chamber group(1.Yihang Chihong Mining Co.,Ltd.,Zh a o t o n g 6 57 6 0 0,C h in a;2.BGRIMM
3、 Technology Group,Beijing 102628,China;3.Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093,China)Abstract:The blind shaft chamber group of Maoping lead-zinc mine in northeast Yunnan is mainly locatedin devonian and carboniferous strata.The roof and side of the chamber group collapse,disint
4、egration andlarge deformation failure occur.In order to control the failure problem of the chamber group,on the basis ofcomprehensive analysis of geological data and previous support methods,the rock mass is evaluated in theexposed chamber area by using RQD index basic analysis method,South Africa R
5、MR classification methodand GSI.Combined with the actual conditions of the chamber,the rock mass mechanical parameters ofdifferent strata are calculated by using ROC lab software,which provides a theoretical basis for the latertreatment scheme.Keywords:rock mechanics;rock mass mechanical evaluation;
6、engineering rock mass;stability evaluation目前,深部资源的提升主要利用竖井运输,竖井配套碉室的稳定性是竖井安全运营的重要保障,同时碉室群的岩体质量评价及稳定性是岩土工程界研究的热点问题之一-3。段伟强 41依托实际工程背景,进行碉室岩体质量评价,分析各因素对围岩质量文献标识码:Ain steep dip strataYU Tiancheng,YUAN Ye2-3的影响程度,并提出碉室围岩参数。谭云亮等 5 针对深部超大断面碉室群失稳现象,研发吸能装备对碉室群进行加固。傅航等 6 通过现场取样获得碉室群物理力学参数为碉室群加固提供设计依据。杨子超等7 利
7、用RMR分级法对巷道顶板进行岩体质量收稿日期:2 0 2 3-0 5-0 6基金项目:国家重点研发计划课题资助(编号:2 0 2 2 YFC2904102)第一作者简介:余天成(198 8 一),云南昆明人,工程师,E-mail:36 37 537 54 q q.c o m。引用格式:余天成,原野.陡倾地层大型碉室群岩体质量评价分析 J.中国矿业,2 0 2 3,32(S1):12 1-12 5,138.YU Tiancheng,YUAN Ye.Evaluation and analysis of rock mass quality of large chamber group in stee
8、p dip strataJJ.China Mining Magazine,2023,32(S1):121-125,138.责任编辑:宋菲122评价。张小辉等 8 1基于Q系统的岩体质量,利用便携钻机获取相应参数进而可以快速评价岩体质量。陈昌彦等91提出国内外主要岩体质量评价方法的相互直接的相关性及换算关系。以滇东北毛坪铅锌矿盲竖井上部碉室群作为研究背景,现场取芯进行岩石物理力学试验,结合现场调查,利用RMR方法评估该碉室群的岩体质量等级并提出岩体力学参数,为后续支护设计及加固工作提供理论依据。项目岩体评价RQD值参数点荷载强度/完整岩MPa石材料R1的强度单轴抗压强度/MPa指标岩芯质量RQD
9、/%R2指标节理间距/mR3指标节理状态R4指标描述R5指标2工程概况及取芯方案设计毛坪矿盲竖井碉室群在9 10 m水平,垂直埋深约50 0 m,碉室群主要包括矿仓、措施斜井、竖井上部段、天轮碉室、卷扬机碉室、绳道等工程。卷扬机碉室设计为直墙圆弧拱形,净尺寸17.0 m12.0m14.3m,外围采用钢筋网砂浆锚杆支护围岩;绳道断面为直墙三心拱形,净尺寸3.4m7.0m,其中直墙段高度5.8 6 7 m。外侧采用钢筋网砂浆锚杆支护围岩,顶板和侧墙钢筋混凝土内衬厚度0.6 m;竖井井筒9 10 m以上段净直径5.7 m,初期支护采用锚喷支护(砂浆锚杆),二次支护采用钢筋混凝土,厚度以50 0 mm
10、为主。室群主要赋存在石门坎背斜东翼的泥盆系和中国矿业1岩体分类系统介绍矿山岩体力学常用的岩体质量评价方法有RQD法、RMR法及GSI法,3种岩体质量评价方法由于参数容易获取,具有一定直观性,因此具有广泛的应用。其中RMR评价方式的主要步骤为首先按地质构造特征把巷道分成各个区段;其次按地质构造分段收集完整岩石强度、岩芯质量指标RQD、节理间距、地下水状况等原始数据;最后利用现场数据进行评分。RQD及RMR岩体评价见表1和表2。表1RQD岩体质量分级表Table 1Rock mass quality classification table of RQD很好好90%100%75%90%表2 RMR
11、岩石分类法取值标准表Table 2Value standards for RMR rock classification method102501590100202.0020表面很粗糙,不连表面微粗糙,间续,无间隙、围岩隙 1 mm,高度层 5mm,或节隙 5mm,面岩石坚硬石坚硬30完全干燥15第32 卷指标值一般50%75%数值范围410100250127590170.602.001525较干燥10石炭系地层中,其中竖井井筒一部分、措施溜井、翻研溜井以及矿仓等分布在泥盆系宰格组D33-3地层的白云岩中;卷扬机碉室、竖井井筒上部段、绳道、天轮碉室等分布在石炭系万寿山组C1炭质页岩、煤层和石英
12、砂岩夹泥页岩中。天轮碉室及上部绳道施工过程中揭露了断层渗水,每小时约6 m水量,在上部绳道施工完成后,进行了注浆并采用水管引至措施斜井;下部绳道在反井施工过程中,未发现有渗水现象。目前,碉室群整体基本施工完成后,发现卷扬机室绳道对面的侧墙已经发生了整体鼓出现象,侧墙以整体鼓出、中间鼓出更为明显,如图1所示。在施工绳道下部段时发生大区域垮塌,垮塌松散体直坏25%50%241250100255074507525501380.200.600.060.20108表面微粗糙,间镜面或泥质夹软泥质夹层,厚岩石软弱5mm,连续展布2010潮湿滴水74很坏0%25%对于低值范围宜用单轴抗压强度52515121
13、2530.065连续展布0流水00增刊1接冲到卷扬机碉室内,塌方松散体量约19 58 m另外,自竖井井筒建成以来,在竖井井筒上部段、天轮室等位置均出现不同程度的混凝土开裂等现象。通过目前的破坏状态可以看出,处于石炭系地层区域的碉室群各个单位均发生了不同程度的破坏,依据变形破坏特征可以划分为垮塌大变形和流变大变形。其中,垮塌大变形主要体现在绳道施工的跨冒区域;流变大变形主要体现在卷扬机碉室侧墙鼓出变形以及井筒上部段衬砌开裂区域。编号开孔位置A970m平巷B910m卷扬机碉室附近C910m卷扬机碉室附近D910m卷扬机碉室附近E卷扬机碉室假顶联络巷道F910m卷扬机碉室附近G970m平巷H970m
14、平巷1970m平巷余天成,等:陡倾地层大型碉室群岩体质量评价分析表3钻孔设计表Table 3Drilling design table方位角/()45250637206087162123为了充分了解碉室群区域地层的岩体质量及岩石力学物理力学参数,采用钻孔取芯方式获取岩芯,进行加工成为标准试验试件,进而开展:岩石密度试验;岩石劈裂抗拉强度试验;岩石天然单轴抗压强度试验;岩石天然单轴压缩及变形试验获得岩石天然密度o、岩石抗拉强度、岩石天然单轴抗压强度。、弹性模量E,以及泊松比共5项基本参数。根据三维模型图制定盲井9 10 m及以上碉室群区域的钻孔取芯及探测方案,见表3和图1。倾角/()长度/m-5
15、455+30509040+3050-13309040-1050+3035+3035穿过地层石炭系石炭系石炭系、泥盆系石炭系石炭系石炭系、泥盆系石炭系石炭系石炭系、泥盆系H(b)石炭系钻孔岩芯侧墙开裂BDEF(a)钻孔示意图Fig.1 Drilling design drawing and coring photo3岩体质量评价对现场取芯进行工程地质编录及现场工程地质调查,对碉室群区域地层的砂岩、炭质泥页岩和石英砂岩共3种典型岩性进行分析及试验。石炭系地层主要是碳质泥页岩、泥盆系地层主要是砂岩及石英砂岩。(c)泥盆系钻孔岩芯图1钻孔设计图及取芯照片3.1现场工程地质调查现场地质调查及利用地质强度
16、指标(GSI)表,获得碉室群区域所在的石炭系地层及泥盆系地层GSI值在2 0 2 5;岩体解理严重,岩体互相锁不牢,破碎较为严重,同时节理面光滑且局部具有致密的充填物充填。124针对取芯钻孔进行工程编录可知,砂岩钻孔RQD值为19,炭质泥页岩RQD值为38,石英砂岩RQD值为2 2,同时岩芯调查得出,泥盆系岩芯多呈现为碎块或角砾状并伴有泥状物质,少部分为短柱状,短柱状岩芯上存在细石英充填,部分破破坏以石英充填弱面开始;石炭系岩芯多呈现黑色碳质泥状,少部分为长柱状岩芯,黑色碳质泥状遇水泥化。由此可见,碉室群所在区域岩体质量较差。由于碉室群区域绝大部分均进行支护封闭,因此结构面调查在裸露区域及靠近
17、室区域的裸露岩体进行统计分析。泥盆系地层累计调查2 7 m,测网宽度为1m,通过计算得到结构面的密度为17.6 8 条/m,平均间距为0.0 58 m,属于密集的节理,节理以闭合为主,节理面粗糙度以平直光滑为主,地下水状态为潮湿,充填物厚度 5mm且连续,节理面轻微到中等风化程度;石炭系地层累计调查14m,测网宽度为1m,通过现场调查可知,表面呈泥状,节理属于及其密集,地下水状态为潮湿。3.2岩石物理力学试验对泥盆系地层及石炭系地层主要的3种岩性,开展4项岩石物理力学试验,共计获得5项基本岩石物理力学参数,具体见表4。通过岩石物理力学试验结果可知,碳质泥页岩密度、抗拉强度、单轴抗压强度及弹性模
18、型均大于砂岩和石英砂岩,砂岩和石英砂岩的物理力学参数极为相似。由于在取样标准限制条件下,两种地层的3岩性仅能取超过10 cm参数单轴抗压强度/MPa评分RQD/%评分节理间距/m评分节理性状评分地下水评分参数修正评分RMR岩体等级3.4岩体参数推荐岩体参数计算采用Hoek-Brown强度准则,该中国矿业的岩芯,该种岩芯属于完整岩芯,在进行岩体质量评价时,需重点关注。表4岩石物理力学性质试验汇总表Table 4 Summary of rock physical andmechanical properties tests天然密度抗拉强度单轴抗压岩性Po/(g/cm)砂岩2.39石英砂岩2.38炭
19、质泥页岩2.473.3岩体质量评价基于前述岩石物理力学性质试验、取样钻孔岩芯编录信息、工程地质调查及结构面分布统计分析,计算各地层岩性的RMR值。碉室群位于石炭系及泥盆系地层中,石炭系主要有碳质泥页岩,其单轴抗压强度约为30 MPa,RQD值为38;泥盆系主要有砂岩及石英砂岩,其单轴抗压强度分别为2 0 MPa、2 2 M Pa,RQ D 值分别为19及2 2。其他指标具体情况可由结构面调查分析结果确定。碉室群区域岩性RMR值见表5。通过RMR分级法获得碉室群区域不同岩体的RMR值,砂岩的RMR值为18,炭质泥页岩的RMR值为19,石英砂岩的RMR值为19,可以看出砂岩、石英砂岩的及炭质泥页岩
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