基于BQ法與Q系統(tǒng)法的三山島金礦深部巖體質(zhì)量分級*

王劍波 李 釗 趙 亮

(1.山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦；2.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院)

基于BQ法與Q系統(tǒng)法的三山島金礦深部巖體質(zhì)量分級*

王劍波1李 釗2趙 亮2

(1.山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦；2.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院)

結(jié)合三山島金礦現(xiàn)場勘探資料及相關(guān)試驗數(shù)據(jù)，并綜合考慮現(xiàn)場工程地質(zhì)條件，運用BQ法和Q系統(tǒng)法對礦體深部-510，-555，-600 m中段的巖體進行質(zhì)量分級和穩(wěn)定性分析，并針對分級結(jié)果制定相應(yīng)的支護與加固措施，為確保該礦安全高效生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

BQ法 Q系統(tǒng)法 巖體質(zhì)量分級 圍巖穩(wěn)定性 支護與加固措施

對巷道圍巖進行穩(wěn)定性分析的目標(biāo)是恰當(dāng)?shù)卦u價巷道所處圍巖及環(huán)境條件下支護的難度，為確定合理的支護方案提供依據(jù)。為此，可通過對巖體進行質(zhì)量分級，深入分析巖體力學(xué)特性并合理選取力學(xué)參數(shù)，針對各級巖體制定相應(yīng)的支護與加固方式，對于確保礦山安全生產(chǎn)具有重要意義。

1 圍巖穩(wěn)定性分類方法

1.1 BQ法

BQ法綜合考慮了巖體的完整性、抗壓強度、地下水以及主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀和初始地應(yīng)力對工程的影響，將巖體的完整性和巖石堅硬程度作為分類的基本要素。巖體的質(zhì)量參數(shù)越好，則穩(wěn)定性越好，反之則穩(wěn)定性越差[1-3]。巖體的基本質(zhì)量指標(biāo)BQ公式為

BQ=90+3σcw+250Kv，

(1)

式中，σcw為巖石單軸飽和狀態(tài)下的抗壓強度，MPa；Kv為巖體完整性指標(biāo)。

由于缺少聲波資料，可根據(jù)巖體單位體積內(nèi)結(jié)構(gòu)面條數(shù)Jv，通過查表1求得Kv值。

表1 Jv與Kv的數(shù)值對應(yīng)關(guān)系

按我國工程巖體的分級標(biāo)準，可將工程巖體劃分為5個等級[3]，相應(yīng)的BQ值分級標(biāo)準見表2。

考慮各類工程穩(wěn)定性影響因素(如地下水狀態(tài)、結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、天然地應(yīng)力等)，對巖體基本質(zhì)量指標(biāo)進行修正，修正后的公式為

表2 基于BQ法的巖體質(zhì)量分級

[BQ]=BQ-100(K1+K2+K3) ，

(2)

式中，K1為地下水影響修正系數(shù)；K2為主要結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)；K3為天然地應(yīng)力影響修正系數(shù)。

1.2 Q系統(tǒng)法

Q系統(tǒng)法充分顧及了巖體完整性、節(jié)理特性、地應(yīng)力以及地下水等因素的影響[4-5]，以6個參數(shù)來確定并反映隧洞圍巖穩(wěn)定性的巖體質(zhì)量指標(biāo)Q值，公式為

(3)

式中，RQD為巖體質(zhì)量指標(biāo)，%；Jn為節(jié)理組數(shù)；Jr為節(jié)理粗糙系數(shù)；Ja為節(jié)理蝕變系數(shù)；Jw為節(jié)理水折減系數(shù)；SRF為應(yīng)力折減系數(shù)。

式(3)中，RQD/Jn反應(yīng)了巖體的完整程度；Jr/Ja為結(jié)構(gòu)面特征、充填物特點與其次生變化；Jw/SRF描述水與其他應(yīng)力對巖體質(zhì)量指標(biāo)的影響。Q值范圍為0.001～1 000，共分為9個等級，見表3。

1.3 2種方法的聯(lián)系

BQ法是一種定量與定性相結(jié)合，同時綜合經(jīng)驗判斷與實測運算的方法。定性分級僅需進行現(xiàn)場調(diào)查，而定量分級需要進行巖石的單軸抗壓強度測量以及巖體彈性波波速測試[6]。Q系統(tǒng)法除巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD外，其余幾個參數(shù)均是根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查得到的結(jié)果查表得出，主觀隨意性較強，但該方法由于僅需測量巖塊的單軸抗壓強度，因此比較簡單。

表3 Q系統(tǒng)巖體分類等級

BQ法與Q系統(tǒng)法具有較好的對應(yīng)關(guān)系。通常BQ法Ⅰ級相當(dāng)于Q系統(tǒng)的2 級及2級以上，為極好、特別好的巖體。BQ法Ⅴ級相當(dāng)于Q系統(tǒng)的6級及6 級以下，為差到特別差的巖體，其余級別二者相差約半級。該2種方法分級存在差異的原因有：①分級時參評因素和側(cè)重點不同；②分級計算的參數(shù)與現(xiàn)實之間存在偏差；③非定量參數(shù)在選擇時易受人為主觀因素影響。

2 應(yīng)用實例

三山島金礦位于膠東半島西北部，與萊州港為鄰，生產(chǎn)能力可達8 000 t/d。礦山自1984年正式開始開拓工作，開拓方式采用下盤豎井斜坡道方案，目前斜坡道已開拓至-780 m以下，盲豎井已施工至-1 180 m處。隨著開采深度的不斷增加，地下工程規(guī)模越來越大，工程地質(zhì)條件也變得越來越復(fù)雜。為此，對該礦深部-510，-555，-600 m中段礦體進行地質(zhì)條件調(diào)查，并分別運用BQ法和Q系統(tǒng)法進行質(zhì)量分級，結(jié)果見表4。

表4 BQ法、Q系統(tǒng)法分級結(jié)果

由表4可知，BQ法和Q系統(tǒng)法的分級結(jié)果近似一致，說明二者對三山島金礦深部巖體質(zhì)量分級的結(jié)果是準確可靠的。

根據(jù)巖體質(zhì)量分級結(jié)果，確定了危險區(qū)域范圍，并在該區(qū)域內(nèi)采取了支護措施：①采用錨桿支護與噴漿支護等措施來改變圍巖的構(gòu)造特性，提高其完整性，提高圍巖強度；②選取合理的巷道斷面尺寸與形狀，改善圍巖受力狀態(tài)；③加強對斷面收斂狀況以及圍巖應(yīng)力變形監(jiān)測；④加強巡視高角度裂隙區(qū)域，確保安全施工。

3 結(jié) 語

以三山島金礦深部-510，-555，-600 m中段礦體為例，分別采用BQ法與Q系統(tǒng)法進行巖體穩(wěn)定性分級，并根據(jù)分級結(jié)果，給出了有效的支護措施，為確保礦山安全生產(chǎn)提供參考。

[1] 祁建東，葉 昀，蔣仲安. 基于BQ法和RMR法的巷道圍巖穩(wěn)定性分級技術(shù)[J]. 現(xiàn)代礦業(yè)，2013(8)：23-25.

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[3] 鄔愛清，柳賦錚. 國標(biāo)《工程巖體分級標(biāo)準》的應(yīng)用與進展[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2012，31(8)：1513-1523.

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[6] 任文明，梁久正. 大型地下洞庫巖體力學(xué)參數(shù)取值及工程應(yīng)用[J]. 石油工程建設(shè)，2012，38(1)：14-17.

*“十二五”國家科技支撐計劃項目(編號：2013BAB02B08)。

2015-01-22)

王劍波(1962—)，男，工程師，261442 山東省萊州市。