眼前山铁矿深部矿岩结构特征分析

眼前山铁矿深部矿岩结构特征分析
王恒涛;陈晓云;刘育明;李文;赵战锋;李光
【摘要】为了探索眼前山铁矿实现自然崩落法开采的可行性,需要对矿区深部矿岩特性有深入了解.采用人工测线法对眼前山铁矿现场岩体结构面进行了调查,并采用Dips软件开展了节理裂隙特征分析.研究结果表明:该矿区存在3组优势节理组,节理裂隙间距体密度为1.79 ～ 2.53条/m3;眼前山铁矿东部区域节理裂隙虽不够发育,但调查发现的缓倾角节理对自然崩落法的实施具有一定的影响作用.
【期刊名称】《现代矿业》
【年(卷),期】2019(000)006
【总页数】4页(P74-77)
【关键词】节理裂隙;测线法;Dips软件;铁矿
【作者】王恒涛;陈晓云;刘育明;李文;赵战锋;李光
【作者单位】中国恩菲工程技术有限公司;鞍钢集团矿业有限公司眼前山分公司;中国恩菲工程技术有限公司;中国恩菲工程技术有限公司;中国恩菲工程技术有限公司;鞍钢集团矿业有限公司眼前山分公司
【正文语种】中文
眼前山铁矿位于辽宁省鞍山市千山镇境内，为沉积变质型矿床，始建于1960年，是鞍钢集团公司主要铁矿石原料生产基地之一［1］。

该矿山早期采用露天方式进行开采，目前已完全转为地下开采，所采用的采矿方法为无底柱分段崩落法。

考虑
到现阶段矿石价格及开采成本等因素，探索采用更加经济、高效的自然崩落法
［2-4］进行开采可能是未来类似矿山的发展方向之一。

然而，自然崩落法对矿床的矿岩条件有较高的要求，即需要矿体较破碎或完整性较差。

为了探索眼前山铁矿采用自然崩落法开采的可行性，需要对井下深部矿岩条件进行深入地了解。

因此本次对眼前山铁矿进行工程地质调查，获取岩体节理裂隙结构面的各项特征，为岩体质量的评价奠定基础，同时为后期自然崩落法的运用以及崩落块度控制［5］提供至关重要的基础数据。

目前岩体结构面调查方法较多，有传统人工方法，如测线法、统计窗法等;基于数
字图像方法，如激光扫描［6］、摄影测量［7］等。

前人学者对矿山岩体结构调
查已开展了很多工作，并采用不同的分析方法(传统统计法、非线性方法等)开展了岩体结构特性分析［8-9］。

李莉［10］等对宏观岩体结构面测试方法进行了评述，并详细介绍了每种方法的优势和不足、应用范围和使用程度。

常来山［11］等采
用节理极点图、等密度图及模糊ISODATA聚类算法等分析技术，对眼前山铁矿南帮边坡岩体进行了合理的聚类分析，确定了岩体节理的优势方位，建立了节理倾向、倾角及迹长的概率分布函数，为评价南帮边坡稳定性奠定了基础。

考虑到现有地质资料对眼前山铁矿深部矿岩特性揭示较少，在分析总结前人针对矿山岩体结构面调查及分析方法基础上，开展了眼前山铁矿井下巷道的结构面调查，并进行了岩体结构面统计分析，为将来开展采矿方法研究提供基础资料。

1 眼前山铁矿矿区地质特征
1.1 矿区概况
眼前山铁矿位于鞍山复向斜北部的胡家庙子向斜东南翼区域出露地层以震旦系变质岩系为主，并有震旦系、寒武系及第四系，同时还有不同时期的火成岩侵入。

该矿区与齐大山、王家堡子、胡家庙子以及关宝山等铁矿床构成了1条走向东西、长
约14 km的狭长铁矿带。

眼前山铁矿采区内出露3层矿层，编号为1号、2号和3号矿体。

1号矿体赋存于鞍山群中部，下部为薄层千枚岩和混合岩，上部千枚岩及2号、3号薄层矿体，总体呈直立的单斜构造，主要有磁铁石英岩型铁矿体和夹有各种片岩、脉岩及少量的富铁矿组成。

3个矿体彼此间平行分布，均呈直立单斜构造走向270°～300°，倾
向北东，倾角一般为70°～90°，1号矿体长1 747 m，厚75～225 m，2号矿体长430 m，厚6～14 m，3号矿体长1 020 m，厚6～27 m。

1.2 矿区构造特征
受区域构造的影响，矿区基本构造格局为陡倾斜单斜构造，在此格局上产生一系列断裂构造，矿区规模较大的断裂构造有:走向断层F13、斜交断层F20以及横断层
F19、Fm－1(见图 1)。

图1 眼前山铁矿矿区地质略图
走向断层F13:分布在矿体内和矿体的顶底板处。

多被中性岩脉充填焊接，走向290°～320°，倾向NE，倾角67°～90°。

斜交断层F20:是矿区最发育的1组断裂，对矿体破坏亦较大，呈315°～320°方向展布，倾向 NE，倾角45°～80°。

断裂带中多为蚀变成千枚岩所充填。

横断层F19、Fm－1:是矿区内最晚的一期断裂，它切割走向和斜交2组断层，其
中F19位于矿区西部，走向26°，SE 倾，倾角74°，断层宽 0.5～7 m，由千枚岩、铁矿角砾充填。

水平断距40～130 m。

Fm－1断层位于矿区东部，走向呈N20°E 展布，总体倾向SE，局部倾向 NW，倾角83°～90°，断裂宽 14～20 m;被正长
斑岩贯入。

水平断距30～100 m。

2 矿区节理裂隙调查统计和分析研究
2.1 调查方法
采用测线法调查矿区节理裂隙分布情况。

测线法基本原理是在岩体天然或人工露头
上布置一定长度的测线，测量与测线相交的节理裂隙的特征参数。

结合眼前山矿区实际情况，此次调查主要是巷道一壁进行调查，需调查的节理裂隙参数包括节理面产状、节理裂隙在测线上的位置、有无充填物、节理面产状、节理裂隙在测线上的位置，有无充填物、节理的延续性情况、节理的张开度情况以及地下水状况等。

2.2 巷道节理裂隙调查区域及工作量
本次巷道调查主要针对矿区Fm－1以东区域开展节理裂隙调查，选取了3个中段，即－159 m水平中段、－177 m水平中段以及－195 m水平中段，其主要为穿脉以及联络巷，对矿体以及部分围岩内节理发育情况、节理裂隙产状、充填物、节理间距等进行了测量调查。

表1 各中段调查巷道情况统计?
本次调查测线主要位于东部矿体内，岩性以磁铁石英岩为主，偶夹千枚岩或片岩。

本次调查中在同一位置一般只有1～3条节理，节理以闭合为主;无地下水渗出，－159 m水平中段岩壁较湿润，可能与地表雨水渗入有关，－177 m以及－195 m
水平中段绝大部分岩壁干燥;节理面主要为平面粗糙型。

2.3 调查结果分析
2.3.1 巷道节理裂隙优势结构面
将调查统计的结构面产状数据运用Rocscience公司的Dips软件进行交互式分析，绘制各中段结构面极点图、等密图、玫瑰花图等(图2～图4)。

图2 －159 m中段结构面极点等密图及玫瑰花图
(1)－159 m中段节理裂隙。

－159 m中段共统计745条节理裂隙，通过极点图、等密图等可知，其中段节理裂隙按倾向大体上分为3组优势结构面:第一组倾向167°～220°，共统计 144条，平均倾向193°，平均倾角82°;第二组倾向259°～287°，共统计67条，平均倾向273°，平均倾角73°;第三组倾向12°～44°，共统计 73 条，平均倾向26°，平均倾角75°。

(2)－177 m中段节理裂隙。

－177 m中段共统计655条节理裂隙，通过极点图、等密图等可知，其中段节理裂隙按倾向大体上分为3组:第一组倾向173°～203°，共统计 141 条，平均倾向187°，平均倾角80°;第二组倾向270°～293°，共统计41 条，平均倾向280°，平均倾角36°;第三组倾向357°～41°，共统计99条，平均倾向20°，平均倾角79°。

图3 －177 m中段结构面极点等密图及玫瑰花图
(3)－195 m中段节理裂隙。

－195 m中段共统计670条节理裂隙，通过极点图、等密图等可知，其中段节理裂隙按倾向大体上分为3组:第一组倾向168°～209°，共统计 199 条，平均倾向188°，平均倾角81°;第二组倾向257°～300°，共统计65 条，平均倾向278°，平均倾角32°;第三组倾向17°～31°，共统计49条，平
均倾向24°，平均倾角70°。

图4 －195 m中段结构面极点等密图及玫瑰花图
2.3.2 巷道节理裂隙间距
在确定上述各中段优势节理组的基础上，根据《工程岩体分级标准》(GB/T 50218—2014)［12］，对调查的各中段巷道进行节理裂隙间距的统计，其统计结果见表2。

表2 各中段调查巷道节理裂隙密度统计?
－159 m水平中段，线密度为0.11～1.49条/m，平均为0.50条/m，体密度为1.79条/m3，此岩体完整性好。

－177 m水平中段，线密度为0.24～1.10条/m，平均为0.53条/m，体密度为1.96条/m3，此岩体完整性好。

－195 m水平中段，线密度为0.24～1.18条/m，平均为0.63条/m，体密度为2.53条/m3，此岩体
完整性较好。

2.3.3 巷道节理裂隙结构面及地下水特征
本次工作亦对巷道节理裂隙持续性、粗糙度、张开度以及渗水性特征进行研究分析。

节理裂隙持续性特征:根据测线法测量原理可将节理分成3类，即:Ⅰ两端均隐蔽型;Ⅱ一端揭露、一端隐蔽型;Ⅲ两端均揭露型。

表3为不同水平中段节理持续度特征统计表，从表3中数据可知，各水平中段节理裂隙持续性以两端均隐蔽型为主，其次为一端揭露、一端隐蔽型，最后为两端均揭露型。

表3 水平中段节理持续度特征统计?
巷道的结构面粗糙度:各水平中段结构面粗糙度以平面粗糙型为主，其次为波浪粗
糙型和平面平坦型为主。

张开度:各水平中段结构面多以闭合型为主，其次为张开型，最后为愈合型。

渗水性:－159 m水平中段结构面透水性以潮湿性为主，－177 m水平中段和－195 m水平中段结构面透水性以干燥性为主，各水平中段少
有渗水性结构面。

3 结论
(1)眼前山铁矿东部区域巷道内普遍存在3组优势节理组，其优势节理组产状分别
如下:－159 m水平中段，优势节理组为193°∠82°、273°∠73°、26°∠75°;－177 m 水平中段，优势节理组为:187°∠80°、280°∠36°、20°∠79°;－195 m 水平中段，优势节理组为:188°∠81°、278°∠32°、24°∠70°。

(2)眼前山铁矿巷道内统计节理裂隙间距体密度为 1.79～2.53 条/m3，区域岩体完整性较好。

(3)眼前山铁矿节理裂隙持续性以两端均隐蔽型为主;粗糙度类型以平面粗糙型为主，其次为波浪粗糙型和平面平坦型;张开度类型以闭合型为主。

(4)眼前山铁矿东部区域节理裂隙虽不够发育，但调查发现存在倾角较缓的节理，
此对自然崩落法的实施具有一定的影响作用。

参考文献
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