滇西北普朗銅礦20～30線巖體結(jié)構(gòu)面特征分析

沈啟武，舒華偉,鐘志勇,陳明勇,沙有財,唐思宇

(1.云南迪慶有色金屬有限責(zé)任公司，云南 迪慶 674400；2.中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計研究院有限公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

滇西北普朗斑巖型銅礦地處我國西南三江成礦帶中段，位于揚(yáng)子地臺西緣義敦島弧帶的南端，是我國近年來重大的找礦成果之一。礦區(qū)位于滇西北迪慶藏族自治州東部，香格里拉市區(qū)50°方向、平距約 36 km 處，地處香格里拉縣格咱鄉(xiāng)境內(nèi)，屬高原峽谷亞區(qū)，地勢總體較高，最高海拔 4 600 m，最低 3 200 m，一般 3 600～4 200 m，相對高差達(dá)300～1 400 m，屬高山深切割地貌。主礦體KT1產(chǎn)于普朗Ⅰ號斑巖體中心部位，礦體規(guī)模大、品位低，礦體呈大透鏡狀，北西向展布。由于普朗銅礦首采區(qū)巖層破碎、完整性差，工程地質(zhì)條件惡劣，品位低，礦體較為厚大，設(shè)計采用自然崩落法開采。自然崩落法既是一種高能力、低成本的采礦方法，同時也是一種技術(shù)含量高的采礦方法。其崩落特性主要取決于礦體的地質(zhì)條件，即巖體構(gòu)造及其分布規(guī)律、巖體強(qiáng)度及地應(yīng)力狀態(tài)等因素。

首采區(qū)(7～20線)在開采前已做過詳細(xì)的礦巖可崩性分析及相關(guān)開采技術(shù)條件研究，研究結(jié)果認(rèn)為普朗銅礦適合采用自然崩落法采礦，目前已開采的一期采選工程主要集中在7～8線之間，設(shè)計的二期采選工程在8～20線之間，20～30線由于礦石品位較低，暫未進(jìn)行開采設(shè)計及礦巖可崩性等研究工作，但地質(zhì)勘探工作已陸續(xù)開展，隨著礦山生產(chǎn)的不斷推進(jìn)，有必要提前對20～30線范圍礦體進(jìn)行巖體構(gòu)造調(diào)查、巖石物理學(xué)實(shí)驗(yàn)等研究。本文旨在對鉆孔巖體構(gòu)造調(diào)查收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，為礦山今后更好地評價20～30線范圍內(nèi)的巖體質(zhì)量、礦體可崩性分級、崩落塊度預(yù)測、礦體崩落規(guī)律、含礦層位展布等提供現(xiàn)場巖體力學(xué)特性數(shù)據(jù)。

1 巖體構(gòu)造調(diào)查

1.1 巖體構(gòu)造調(diào)查方法

本次調(diào)查工作主要執(zhí)行由中南大學(xué)、長沙迪邁信息科技有限公司及云南迪慶有色金屬有限責(zé)任公司2006年聯(lián)合編制的《“普朗銅礦自然崩落法研究”巖體構(gòu)造調(diào)查技術(shù)規(guī)范》。由于在20～30范圍沒有坑道工程，本次調(diào)查以鉆孔巖心構(gòu)造調(diào)查為主，開展調(diào)查時，鉆孔巖心未進(jìn)行地質(zhì)編錄、取樣等過多的人為破壞，均為鉆進(jìn)完剛裝箱的巖心，除第四系浮土不進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，所有巖體均進(jìn)行了詳細(xì)的巖體構(gòu)造調(diào)查。

1.2 巖體構(gòu)造調(diào)查內(nèi)容

前人對普朗銅礦巖體構(gòu)造的研究表明：巖石的單軸抗壓強(qiáng)度，RQD 指標(biāo)，節(jié)理面的幾何參數(shù)、節(jié)理表面條件，節(jié)理面的強(qiáng)度特征，節(jié)理產(chǎn)狀與工程結(jié)構(gòu)之間的相互關(guān)系，地下水條件及地應(yīng)力狀態(tài)等眾多因素對礦體的可崩性、崩落礦石塊度及礦體崩落規(guī)律均有不同程度的影響，因此本次鉆孔巖心構(gòu)造調(diào)查主要為RQD、巖體結(jié)構(gòu)面位置、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀(傾角)、結(jié)構(gòu)面間距(密度)、結(jié)構(gòu)面粗糙度、結(jié)構(gòu)面張開度、結(jié)構(gòu)面充填物及結(jié)構(gòu)面風(fēng)化程度等。

1.3 構(gòu)造調(diào)查網(wǎng)的布置

構(gòu)造調(diào)查網(wǎng)的布置應(yīng)能確保獲得巖體構(gòu)造的空間分布性。由于調(diào)查范圍內(nèi)沒有已開挖的坑道工程，在井下沒有形成完整的調(diào)查網(wǎng)格，但地表探礦的鉆工程已形成一定的網(wǎng)度，因此，本次構(gòu)造調(diào)查網(wǎng)布置結(jié)合地質(zhì)探礦工程，在不同巖性以及具有不同構(gòu)造特征的巖體中都布置了調(diào)查鉆孔。具體為：選擇22、24、26、28 4條勘探線剖面的5個鉆孔開展鉆孔巖心構(gòu)造調(diào)查，使之形成一定的平面網(wǎng)格(表1)。共完成鉆孔巖體構(gòu)造調(diào)查 3 481.34 m。

表1 鉆孔巖心構(gòu)造調(diào)查布置情況Tab.1 Survey and layout of borehole core structure

2 巖體結(jié)構(gòu)面特征

本次完成鉆孔巖體構(gòu)造調(diào)查 3 481.34 m/5鉆孔，其中角巖占比較少，僅分布于ZK2209、ZK2802 2個鉆孔，共 240.73 m；石英閃長玢巖5個鉆孔均有分布，共 1 391.69 m；石英二長斑巖除ZK2209鉆孔以外，其余4個鉆孔均有分布，共 1 848.92 m。按不同巖性對巖體結(jié)構(gòu)面進(jìn)行，各巖性的結(jié)構(gòu)面特征如下。

2.1 角巖

分布于ZK2209、ZK2802 2個鉆孔，共 240.73 m，巖石具細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)、致密塊狀構(gòu)造，巖心破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，分層RQD值介于17.19%～90.48%。

1)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀(傾角)特征。240.73 m 角巖共有節(jié)理裂隙面 1 104 條，裂隙面傾角介于0～10°的有107條、11～20°有162條、21～30°有101條、31～40°有96條、41～50°有141條、51～60°有161條、61～70°有145條、71～80°有129條、81～90°有62條，角巖結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀(傾角)分布特征如圖1所示。

2)結(jié)構(gòu)面間距特征。角巖裂隙面間距介于0～0.2 m 有684條、0.2～0.4 m 有271條、0.4～0.6 m 有83條、0.6～0.8 m 有39條、0.8～1.0 m 有8條、1.0～1.2 m 有3條、1.2～1.4 m 有4條、1.4～1.6 m 有1條、1.6～2.0 m 有1條、>2 m 有2條，角巖結(jié)構(gòu)面間距分布特征如圖2所示。

圖1 角巖結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀分布直方圖Fig.1 Occurrence distribution histogram of hornfels structural plane

圖2 角巖結(jié)構(gòu)面間距分布直方圖Fig.2 Spacingdistribution histogram of hornfels structural plane

3)結(jié)構(gòu)面粗糙度特征。角巖共有節(jié)理裂隙面1 104條，裂隙面粗糙度以 “平直粗糙”為主，共有971條，“平直光滑”60條，“曲面粗糙”52條，“階梯粗糙”19條，“曲面光滑”2條，階梯光滑為0，角巖結(jié)構(gòu)面間距分布特征如圖3所示。

4)結(jié)構(gòu)面張開度特征。角巖共有節(jié)理裂隙面 1 104 條，裂隙面張開度為閉合的有67條、微張有687條、張開有253條、寬張有97條，角巖結(jié)構(gòu)面張開度分布特征如圖4所示。

圖3 角巖結(jié)構(gòu)面粗糙度分布直方圖Fig.3 Roughness distribution histogram of hornfels structural plane

圖4 角巖結(jié)構(gòu)面張開度分布直方圖Fig.4 Opening degree distribution histogram of hornfels structural plane

2.2 石英閃長玢巖

5個鉆孔均有分布，共 1 391.69 m，巖石具斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖心破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，斑晶不明顯，分層RQD值介于17.48%～83.84%。

1)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀(傾角)特征。1 391.69 m 石英閃長玢巖共有節(jié)理裂隙面 5 638 條，裂隙面傾角介于0～10°的有268條、11～20°有472條、21～30°有571條、31～40°有709條、41～50°有827條、51～60°有833條、61～70°有831條、71～80°有745條、81～90°有382條，石英閃長玢巖結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀(傾角)分布特征如圖5所示。

2)結(jié)構(gòu)面間距特征。石英閃長玢巖裂隙面間距介于0～0.2 m 的有 3 261 條、0.2～0.4 m 有 1 417 條、0.4～0.6 m 有524條、0.6～0.8 m 有226條、0.8～1.0 m 有82條、1.0～1.2 m 有60條、1.2～1.4 m 有24條、1.4～1.6 m 有9條、1.6～2.0 m 有7條、>2 m 有10條，石英閃長玢巖結(jié)構(gòu)面間距分布特征如圖6所示。

圖5 石英閃長玢巖結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀分布直方圖Fig.5 Spacing distribution histogram of quartz dioritic porphyrite structural plane

圖6 石英閃長玢巖結(jié)構(gòu)面間距分布直方圖Fig.6 Roughness distribution histogram of quartz dioritic porphyrite structural plane

3)結(jié)構(gòu)面粗糙度特征。石英閃長玢巖共有節(jié)理裂隙面 5 638 條，裂隙面粗糙度以 “平直粗糙”為主，共有 5 431 條，“平直光滑”12條，“曲面粗糙”194條，“階梯粗糙”0條，“曲面光滑”1條，階梯光滑0條，石英閃長玢巖結(jié)構(gòu)面間距分布特征如圖7所示。

4)結(jié)構(gòu)面張開度特征。石英閃長玢巖共有節(jié)理裂隙面 5 638 條，裂隙面張開度為閉合的有47條、微張有 4 202 條、張開有 1 004 條、寬張有385條，石英閃長玢巖結(jié)構(gòu)面張開度分布特征如圖8所示。

圖7 石英閃長玢巖結(jié)構(gòu)面粗糙度分布直方圖Fig.7 Roughness distribution histogram of quartz dioritic porphyrite structural plane

圖8 石英閃長玢巖結(jié)構(gòu)面張開度分布直方圖Fig.8 Opening degree distribution histogram of quartz dioritic porphyrite structural plane

2.3 石英二長斑巖

ZK2201、ZK2403、ZK2608、ZK28024 4個鉆孔有分布，共 1 848.92 m，巖石具斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖心破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，斑晶較明顯，分層RQD值介于38.08%～84.34%。

1)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀(傾角)特征。1 848.92 m 石英二長斑巖共有節(jié)理裂隙面 7 541 條，裂隙面傾角介于0～10°的有302條、11～20°有628條、21～30°有789條、31～40°有896條、41～50°有 1 057 條、51～60°有 1 200 條、61～70°有 1 089 條、71～80°有 1 062 條、81～90°有518條，石英二長斑巖結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀(傾角)分布特征如圖9所示。

2)結(jié)構(gòu)面間距特征。石英二長斑巖裂隙面間距介于0.0～0.2 m 的有 4 317 條、0.2～0.4 m 有 1 950 條、0.4～0.6 m 的有707條、0.6～0.8 m 的有310條、0.8～1.0 m 的有110條、1.0～1.2 m 的有67條、1.2～1.4 m 的有26條、1.4～1.6 m 的有13條、1.6～2.0 m 的有7條、>2 m 的有11條，石英二長斑巖結(jié)構(gòu)面間距分布特征如圖10所示。

圖9 石英二長斑巖結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀分布直方圖Fig.9 Occurrence distribution histogram of quartz monzonite porphyry structural

圖10 石英二長斑巖結(jié)構(gòu)面間距分布直方圖Fig.10 Spacing distribution histogram of quartz monzonite porphyry structural plane

3)結(jié)構(gòu)面粗糙度特征。石英二長斑巖共有節(jié)理裂隙面 7 541 條，裂隙面粗糙度以 “平直粗糙”為主，共有 7 026 條，“平直光滑”100條，“曲面粗糙”364條，“階梯粗糙”44條，“曲面光滑”6條，階梯光滑1條，石英二長斑巖結(jié)構(gòu)面間距分布特征如圖11所示。

4)結(jié)構(gòu)面張開度特征。石英二長斑巖共有節(jié)理裂隙面 7 541 條，裂隙面張開度為閉合的有180條、微張的有 5 276 條、張開的有 1 541 條、寬張的有544條，石英二長斑巖結(jié)構(gòu)面張開度分布特征如圖12所示。

圖11 石英二長斑巖結(jié)構(gòu)面粗糙度分布直方圖Fig.11 Roughness distribution histogram of quartz monzonite porphyry structural plane

圖12 石英二長斑巖結(jié)構(gòu)面張開度分布直方圖Fig.12 Opening degree distribution histogram of quartz monzonite porphyry structural plane

2.4 巖體結(jié)構(gòu)面特征分析

從上述羅列的數(shù)據(jù)可以看出，礦區(qū)20～30線巖性比較單一，鉆孔揭露到的巖性僅有角巖、石英閃長玢巖、石英二長斑巖3種，3種巖性結(jié)構(gòu)面均發(fā)育，角巖平均每m有結(jié)構(gòu)面4.58條，石英閃長玢巖平均每m有結(jié)構(gòu)面4.05條，石英二長斑巖平均每m有結(jié)構(gòu)面4.08條?，F(xiàn)場調(diào)查收集到的數(shù)據(jù)顯示：鉆孔近地表巖心較破碎，風(fēng)化程度較嚴(yán)重，多為弱風(fēng)化、微風(fēng)化，局部強(qiáng)風(fēng)化，結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，往深部巖心相對完整，RQD值高，多為未風(fēng)化、微風(fēng)化狀，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，但多為微張狀。結(jié)構(gòu)面充填物主要為綠泥石、鈣質(zhì)物質(zhì)、石英、褐鐵礦及黃鐵、黃銅等金屬礦物。

角巖結(jié)構(gòu)面傾角以11～20°、41～80°為主，石英閃長玢巖結(jié)構(gòu)面傾角主要分布在31～80°之間，石英二長斑巖結(jié)構(gòu)面傾角集中分布在41～80°之間。結(jié)構(gòu)面間距主要在 0.2 m 以下，約占85%，結(jié)構(gòu)面粗糙度主要以平直粗糙為主，占95%以上，結(jié)構(gòu)面張開度以微張為主，占90%左右。

3 礦巖單軸抗壓強(qiáng)度測試

單軸抗壓強(qiáng)度測試在干燥和飽和狀態(tài)下分別進(jìn)行。角巖在干燥和飽和狀態(tài)下分別進(jìn)行了3件實(shí)驗(yàn)，干燥狀態(tài)下角巖的單軸抗壓強(qiáng)度介于40～60 MPa 之間的有2件，介于60～80 MPa 之間的有1件。

石英閃長玢巖在干燥狀態(tài)下進(jìn)行了11件實(shí)驗(yàn)，在飽和狀態(tài)下進(jìn)行了17件實(shí)驗(yàn)。干燥狀態(tài)下，石英閃長玢巖的單軸抗壓強(qiáng)度介于40～60 MPa 之間的有1件，介于60～80 MPa 之間的有2件，介于80～100 MPa 之間的有5件，介于100～120 MPa 之間的有2件，介于120～140 MPa 之間的有1件；飽和狀態(tài)下，石英閃長玢巖的單軸抗壓強(qiáng)度介于40～60 MPa 之間的有3件，介于60～80 MPa 之間的有7件，介于80～100 MPa 之間的有5件，介于100～120 MPa 之間的有2件。

石英二長斑巖在干燥狀態(tài)下進(jìn)行了9件實(shí)驗(yàn)，在飽和狀態(tài)下進(jìn)行了15件實(shí)驗(yàn)。干燥狀態(tài)下，石英二長斑巖的單軸抗壓強(qiáng)度介于40～60 MPa 之間的有1件，介于60～80 MPa 之間的有5件，介于80～100 MPa 之間的有0件，介于100～120 MPa 之間的有3件；飽和狀態(tài)下，石英二長斑巖的單軸抗壓強(qiáng)度介于20～40 MPa 之間的有2件，介于40～60 MPa 之間的有5件，介于60～80 MPa 之間的有2件，介于80～100 MPa 之間的有4件，介于100～120 MPa 之間的有1件，介于120～140 MPa 之間的有1件。詳見表2。

表2 巖石單軸抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計表Tab.2 Statistical table of experimental results of rock uniaxial compressive strength

從表2可以看出，巖石在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度普遍介于60～120 MPa，飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度普遍介于40～100 MPa，屬堅硬、較堅硬巖類。

4 結(jié) 論

采用現(xiàn)場鉆孔巖體構(gòu)造調(diào)查，結(jié)合巖石單軸抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果，綜合各類數(shù)據(jù)后，從工程地質(zhì)及巖石力學(xué)的角度，對普朗銅礦20～30線巖體結(jié)構(gòu)面特征及巖石質(zhì)量得出如下結(jié)論：

1)普朗銅礦20～30線巖性單一，鉆孔揭露到的巖性僅有角巖、石英閃長玢巖、石英二長斑巖3種，以石英閃長玢巖及石英二長斑巖為主，角巖分布范圍、規(guī)模較小，但3種巖性結(jié)構(gòu)面均發(fā)育。

2)20～30線礦體傾角多在50～70°之間，調(diào)查結(jié)果顯示：結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀主要集中在40～80°之間，且結(jié)構(gòu)面發(fā)育，平均每m發(fā)育結(jié)構(gòu)面在4條左右，結(jié)構(gòu)面張開度以微張為主。從結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度、空間展布特征與礦體產(chǎn)出位置、產(chǎn)狀(傾角)等影響因素來看，整體情況是符合自然崩落法條件的。

3)從礦巖單軸抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果來看，礦區(qū)巖礦石屬堅硬、較堅硬巖類。

4)本次工作收集了20～30線大量鉆孔巖體結(jié)構(gòu)面數(shù)據(jù)，為今后評價區(qū)內(nèi)巖體質(zhì)量、礦體可崩性分級、崩落塊度預(yù)測、礦體崩落規(guī)律、含礦層位展布等提供現(xiàn)場巖體力學(xué)特性數(shù)據(jù)，但礦體可崩性分級、崩落塊度預(yù)測、礦體崩落規(guī)律等工作僅僅依靠鉆孔巖體結(jié)構(gòu)面數(shù)據(jù)是有一定的局限性的。今后工作還應(yīng)對坑道開展巖體構(gòu)造調(diào)查工作，并結(jié)合地應(yīng)力測試、鉆孔測井等資料加強(qiáng)綜合研究，充分利用好本次所收集到的數(shù)據(jù)，合理評價礦山開采技術(shù)條件。