凌源日興金礦巖體結構面調查及特征分析

高永春 王從雨 范文亮 繆國衛 劉亞東

摘要：隨著凌源日興金礦采深不斷增大，工程地質和礦體賦存條件越來越復雜，開展巖體結構面調查等地質工作十分必要。介紹了凌源日興金礦地質條件和結構面調查方法，對不同中段巖體結構面進行了調查及統計，采用直方圖及Dips軟件生成的極點圖、等密圖、玫瑰圖等方法對結構面調查數據進行了特征分析，確定了優勢結構面的產狀，并分析了巖體結構面對巖體質量的影響，為巖體工程穩定性分析評價及采礦方案設計提供了依據。

關鍵詞：深部開采;工程地質;結構面;巖體質量;穩定性

中圖分類號：TD863+.1文獻標志碼：A開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2020）04-0042-04doi：10.11792/hj20200409

凌源日興礦業有限公司（原柏杖子金礦，下稱“凌源日興金礦”）位于遼寧省凌源市南部與河北省承德市交界處，現為中國黃金集團有限公司全資子公司。目前，隨著礦山開拓工程和采礦作業不斷向深部發展，工程地質和礦體賦存條件變得越來越復雜。為了在復雜的工程地質條件下維護采礦工程的穩定性，保證礦山安全、高效的生產，必須對影響地下采礦系統穩定性的各種地質和工程因素進行評價[1-3]。調查結構面的分布特征、測量相關參數已成為巖體工程穩定性分析評價及采礦方案設計的基礎工作。

1 地質條件

凌源日興金礦區域上位于中朝準地臺北緣。該礦床產出于柏杖子花崗巖體及外接觸帶，礦帶和礦體的空間分布受巖體的形態、斷層、圍巖性質等因素制約。目前，該礦區內已知礦體絕大部分賦存于北東向、北北東向斷裂中，少量賦存于北西向及近東西向斷裂內，北東向礦體構成該礦床的主體。北東東向、北西向及近東西向的礦體，延長、延深多在數十米左右，規模不大。

根據現有工程的控制情況，礦區內共圈出49條礦體，礦體產狀變化較大。礦體類型為石英脈型和蝕變花崗巖型。石英脈型大多產于大紅峪組石英砂巖的破碎帶內，蝕變花崗巖型主要產于花崗巖體中。

2 結構面調查方法

本次研究以井下巷道幫壁為巖體出露面進行工程地質調查[4-5] ，即在巖體出露面上布設一條測線，用來測量和描述與測線相交的結構面的特征。測線布置在坑道壁面，測尺距底板1 m，沿坑道壁面水平拉緊，測尺一端為該測線的基點，從基點開始沿測線方向對各構造因素進行測定，測尺上、下1 m作為測量范圍，測線布置見圖1。現場對各出露的結構面進行觀察，記錄其與測線相交的位置及結構面類型、基距、產狀、位置、持續性、粗糙度、張開度、滲水性等指標。

3 結構面調查及特征分析

本次巖體結構面工程地質調查在凌源日興金礦90中段、60中段、-30中段、-110中段共選取8條穿脈布設了8條測線，總長375.5 m。統計所得到的結構面信息可知：現場調查共得到節理和結構面307條，結構面分布密度0.82個/m。其中，90中段共獲得結構面產狀數據66條，60中段共獲得結構面產狀數據78條，-30中段（中部）共獲得結構面產狀數據94條，-110中段（下部）共獲得節理產狀數據69條。

根據現場調查，主要圍巖類型為石英砂巖、花崗巖及細粒閃長巖，巖石較破碎，穩定性較差，斷層、節理發育較多，斷層面多充填黏土，節理持續性比較好，部分呈張開狀態，零星發育碳酸巖脈或石英細脈。結構面整體以貫通性好的節理和斷層為主。張開度以微張和張開為主，充填物以角礫和石英為主，堅硬度以堅硬和較堅硬為主，除個別地點出現少量結構面風化及滲水外，其余地點均極少出現風化及滲水現象。

3.1 結構面傾角分布

節理裂隙的產狀在很大程度上控制著巖塊和巖體的破壞機制，并影響巖塊和巖體的變形和強度性能，全區域結構面傾角分布見圖2。由圖2可以看出，整個調查區域傾角集中在30°～90°，占比達到96.1 %左右。其中，傾角40°～80°所占比例最大，為74.3 %，且在40°～50°、50°～60°、60°～70°、70°～80°分布比較平均。

3.2 結構面特征

為了得到優勢結構面的產狀信息，對結構面進行特征分析[6-7]，將統計的結果導入 Dips 地質結構分析軟件進行統計處理[3]。Dips軟件是一款基于地質數據的方位交互分析軟件。它具有多種應用，既適合

做簡單的地質數據分析，也可為熟練赤平投影的用戶在地質數據分析時提供更多的高級工具。Dips軟件用于描述結構面和結構面分布的統計分析，通過輸入后的數據分析可以得到極點圖、玫瑰圖、等值線圖等，并可通過極點等值線確定出優勢結構面的產狀。各中段及全區域結構面極點圖、玫瑰圖和等值線圖分別見圖3、圖4和圖5。

對圖3～ 5的結構面產狀進行統計分析可以看出：結構面主要有斷層（TF）、節理（JN）、巖脈（VN）、剪切面（SR）和巖性接觸面（BD）5種類型，以貫通性好的節理和斷層為主，零星發育碳酸巖脈或石英細脈，巖性接觸面和剪切面發育較少。結構面傾角相對比較集中，傾向比較分散，在這一區域內結構面的傾向傾角大體分布在幾個區域內。傾向分散分布在60°～160°、290°～10°，傾角集中在50°～80°。從圖3可以看出各極點分布在相對集中的幾個區域內。

在等值線圖（見圖5）上占比較高的地區添加窗口，生成赤平投影大圓，該圓的產狀就是優勢結構面產狀。通過該方法統計及分析可知：90中段優勢結構面產狀為291°∠44°、253°∠47°、147°∠83°、95°∠51°;60中段優勢結構面產狀為2°∠68°、67°∠77°、75°∠43°、105°∠52°、131°∠37°;-30中段優勢結構面產狀為93°∠70°、329°∠79°、310°∠61°;-110中段優勢結構面產狀為140°∠81°、271°∠75°、266°∠40°、1°∠54°、325°∠62°;全區域優勢結構面產狀為330°∠79°、309°∠60°、1°∠67°、140°∠80°、77°∠48°、119°∠48°;結構面整體較陡，50°～90°的傾角所占比例達到了70 %，局部出現較緩的結構面。

4 巖體結構面對巖體質量的影響

為了使本次工程地質調查對礦山設計有更好的指導意義，本文討論和分析了不同的結構面情況可能對巖體質量產生的影響。

4.1 平巷工程的影響

當結構面發育程度較小且間距較大時，其對地下開挖工程的影響較小;而當結構面發育程度好且密集時，這一區域發生頂板冒落或片幫的可能性較大[8]。其中，當結構面的走向與平巷的走向垂直或夾角較大，且傾角較大時，對巖體的影響最小，垮塌的范圍集中在破碎帶內，或者頂板沿著破碎帶發生局部的冒落;而當結構面傾角較小與平巷相交時，則平巷掘進時需要在支護條件下方能進行。

當結構面的走向與平巷的走向平行或夾角很小，且結構面傾角較大時，對巖體穩定性最為不利。結構面與平巷的相交位置在頂板或兩幫都會造成較大范圍的巖體破壞：在頂板容易發生錯位移動破壞，在兩幫則易沿結構面傾向發生滑動破壞，具體破壞程度由結構面的張開度、充填物類型及破碎程度等因素控制。施工時需要特別注意和避免這種情況。

4.2 采場的影響

結構面的弱面控制巖體穩定性，因此結構弱面是影響采場穩定的主控因素之一。空區圍巖在原巖應力、圍巖應力及結構構造作用下，首先在穩定性最差的結構弱面出現變形;然后，重新分布的圍巖應力又加劇弱面的應力集中和圍巖變形，從而加劇圍巖的破壞。當采場遇到延深較大、含破碎帶、錯動較大的結構面時，開采過程中或開采結束后發生巖體垮塌的可能性較大。

5 結 論

1）本次工程地質調查范圍為凌源日興金礦90中段、60中段、-30中段、-110中段，測線總長375.5 m，結構面307個，結構面分布密度0.82個/m，結構面主要有5種類型：斷層、節理、巖脈、剪切面和巖性接觸面，以貫通性好的節理和斷層為主。張開度以微張和張開為主，充填物以角礫和石英為主，堅硬度以堅硬和較堅硬為主，除個別地點出現少量結構面風化及滲水外，其余地點均極少出現風化及滲水現象。

2）整個調查區域傾角集中在30°～90°，占比達96.1 %左右，傾角40°～80°所占比例最大，為74.3 %，且分布比較平均。傾向比較分散，傾向分散分布在60°～160°、290°～10°。

3）全區域內優勢結構面產狀為330°∠79°、309°∠60°、1°∠67°、140°∠80°、77°∠48°、119°∠48°。

4）結構面整體較陡，傾角50°～90°占比達到70 %，局部出現較緩的結構面。由于全區域結構面傾角較陡，在沿結構面特別是沿優勢結構面走向開挖時，較易發生片幫事故，在采場開采過程中，結構弱面容易先發生變形，施工時要多加注意，及時采取支護措施。

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Abstract：With increasing mining depth of Lingyuan Rixing Gold Mine，the engineering geology and ore body occurrence conditions in Lingyuan Rixng Gold Mine are becoming more complicated，making it necessary to carry out such geological work as investigation of the structural face of the rock mass.The paper introduced the method to investigate the geological conditions and structural face in Lingyuan Rixing Gold Mine，carried out investigation and did statistics of the structural face of the rock mass in different levels，analyzed the characteristics of the structural face investigation characteristics with the histogram and the point diagram，contour diagram，rose diagram generated with Dips software，decided the preferred structural face occurrence，analyzed the influence of rock mass structural face on rock mass，and provided basis for the stability analysis and evaluation for rock mass engineering and mining plan design.

Keywords：deep mining;engineering geology;structural face;rock mass;stability