自然崩落法應用于巖體的力學分析

自然沉陷法是一種高效、低效率的采礦方法。在采礦過程中，通過拉底和其他削弱工程，改變礦山和巖體中的應力，打開和延伸礦體和巖體中的節理裂縫，形成貫穿的裂縫網。在自給自足的作用下，它自然崩潰，不依賴巖石的大傾角。可見,礦巖的可崩性是自然崩落法應用的首要問題。巖體可崩性反映了巖體在復雜的應力場作用下遭到破壞這一動力學過程所表現出的綜合力學特性。它包含了兩個方面的含義:(1)礦體在拉底、削幫等人工破壞之后,在礦巖自重和構造應力場作用下破壞崩落的難易程度,以及崩落繼續向上穩定發展的可能性;(2)在現有技術水平條件下,礦體自然崩落的塊度能否滿足出礦設備和出礦工藝的要求。本研究針對金川公司Ⅲ礦區的具體情況,采用多種可崩性評價方法,對Ⅲ礦區礦巖的可崩性進行了分析評價。1控制可崩性的因素有(1)結構面條件。包括結構面間距、結構面組數及其產狀(傾向和傾角)、結構面粗糙度以及結構面膠結強度或充填物性質。上述特性對礦體的可崩性有強烈影響。從力學觀點看,結構面產狀對于可崩性影響顯著,因為它在破壞時控制巖體運動方向的變化,決定成拱、楔固和巖塊的相互鎖定效應。(2)完整巖塊和巖體以及節理面的抗壓、抗拉和抗剪強度。不管巖石類型如何,在巖體無加固或約束的情況下,巖體在變形斷裂時總是首先沿原有裂縫產生破壞,同時,由于不連續面持續性的影響,對沒有完全貫穿的不連續面來說,巖體的破壞有時必須穿過不連續面之間的巖橋。因此,完整巖塊和巖體以及節理面的抗壓、抗拉和抗剪強度對巖體的可崩性具有重要的影響。(3)原巖應力場。在許多礦山已觀察到構造應力場對可崩性具有很大影響,其主要表現在以下兩個方面:將巖塊聯鎖在一起并抵消有利于崩落的拉應力;在拉底空間上方產生形成張力的壓倒傾向。(4)地下水情況。(5)采礦因素。自然條件和工程因素之間相互作用使礦體的崩落特性具有較大的變化,因此,礦體的可崩性還受采礦方法和開采工藝技術的影響。這些影響因素包括:放礦點間距;礦塊高度;拉底工程;出礦系統及放礦控制技術。2類方法介紹目前,可崩性分析評價主要采用巖體質量分級方法,近幾十年來,國內外提出的工程巖體分類方法有百余種,比較有代表性的有RQD法、RMR法、Q法、MRMR法等十幾種。本研究在分析前期工程地質調查數據的基礎上,開展了大量的巖體構造調查、巖石力學性質試驗和數值模擬分析,采用多種可崩性評價方法與手段,對Ⅲ礦區礦巖的可崩性進行了分析評價。2.1含礦超基性巖體的l據對Ⅲ礦區8個鉆孔和巷道調查的RQD值的統計分析,RQD平均值為27.54。表1所示,RQD值分類結果表明,礦區內的礦巖質量差異性明顯,巖體完整性較差,破碎程度高,可崩性好。從鉆孔RQD值分布可知,各類巖石質量與巖性的堅固程度有直接關系,上部圍巖一般為接觸變質混合巖,巖性比較復雜,隨著超基性巖的侵入擠壓,巖石質量明顯降低。其RQD值大部分均在15以下,最小的僅有4,因此圍巖為破碎的不穩定巖體。超基性巖體的RQD值大部分在50以上。但是在超基性巖體內含礦超基性巖體的RQD值有所降低,多在50以下。含礦超基性巖體RQD值在平面上也有較明顯的差異。一般情況下,其平均值在37～58之間。礦區中部的6行和7行之間,RQD值均在20以下。本研究中,還根據礦體三維模型,利用地質統計學方法根據RQD值對礦體和圍巖中的可崩性分布進行了分析預測。2.2金利用分級法1976年,Bieniawski在對南非沉積巖中進行地下工程開挖所得到的數據,進行分析研究后提出了巖體RMR分級方法,也稱為CSIR分級法,本次分析采用Bieniawski1989年提出的通用的版本。RMR方法的參評因素有完整巖石的強度、巖石質量指標(RQD)、節理間距、節理狀態和地下水條件5個參數。根據金川Ⅲ礦區巖體的物理力學性質,以及金川Ⅲ礦區的工程地質特征,對金川Ⅲ礦區的主要巖體進行了分類,分類結果見表2。RMR分類結果表明,超基性巖、大理巖、貧礦為中等巖體,可崩性好,混合巖為巖石質量指標較低,可崩性好于其他幾種巖體。2.3巖石力學分類1977年,Lanbscher根據從非洲許多石棉礦獲得的經驗,修正了Bieniawski的RMR方法,提出了Lanbscher巖石力學分類方法,即MRMR方法。該方法選取的參評指標與RMR方法相同,但在細節上有些改動,對5級中的每一級又分成子級A和B,并且對完整巖石強度范圍和指標進行了修正,節理間距和節理參數的條件也采用不同的評價指標。按該方法,金川Ⅲ礦區主要巖體的MRMR分類結果見表3,由表3可見,超基性巖、大理巖、貧礦和混合巖都為一般巖體,可崩性為中等易崩,其中混合巖巖體質量最差,可崩性為易崩。2.4圍巖q值及巖體質量分類該方法為Norwegian巖土工程研究所的N.Barton等人提出的圍巖分類法。其主要參評因素有RQD值、節理組數Jn、節理面粗糙度Jr、節理面蝕變程度Ja、裂隙水影響因素Jw以及地應力影響因素SRF等6項指標。根據金川Ⅲ礦區礦體及幾種圍巖的相關參數、計算出的Q值以及巖體質量分類等級等見表4。由表4可見,超基性巖、大理巖、礦體的質量很差,可崩性為易崩,混合巖的巖體質量極差,可崩性為極易崩。