矿体及围岩的工程地质条件

Question

如题所述

Answer 1

总的来说，矿物资源可以分为三大类（1）气体矿物资源——天然气；（2）液体矿物资源——石油、地下水；（3）固体矿物资源——煤炭、各类金属矿物等。本文主要讨论与固体矿物资源开发相关的矿山地质工程问题。
1.煤矿
煤矿是一种典型的层状矿床，主要为陆相、海陆交互相（湖相、沼泽相、冲积相等）。从成煤时代上来说，从石炭纪到第三纪都有。第一石炭—二叠成煤期主要为滨海及海陆交互相及湖相建造。其建造特点是粘土岩、砂岩、页岩、砾岩互层存在，有的地区还存在有石灰岩。岩相比较稳定，除因构造断裂破坏外，相变不大。煤矿的主要地质工程问题包括：（1）软岩：特别是铝土页岩，不仅软，而且易风化、膨胀，巷道变形极为常见；（2）地应力：由于地应力比较高，随着采深加大，冲击地压及巷道收敛变形极为显著；（3）地下水：这些煤矿下部一般直接与奥陶纪石灰岩接触。中国奥陶纪石灰岩中喀斯特比较发育，地下水比较丰富，即俗称奥灰水。煤炭开采中由于底板隔水层薄、断层切割、陷落柱连通等原因，极易引起突水，这些问题在华北地区极为常见。
2.菱铁矿
菱铁矿分布极为广泛，从地质时代上来说，除新生代外，从古生代到太古宙都有分布。从建造上看，主要为沉积的和变质的碎屑岩—泥质岩—碳酸岩建造及火山—沉积岩系和陆相碎屑—泥质岩—有机岩建造。从成因来说，大体可分为沉积型、火山—沉积型、沉积—热液改造型、变质沉积型和接触交代—热液型矿床。由此决定了这类矿体大部分呈层状和层控结构特征，矿床与围岩整合产出，局限于含矿围岩中顺层延伸，与围岩同步褶皱和错断，少部分与热液活动有关的呈脉状、束状和透镜体状。这类矿床在沉积—改造和变质过程中，由于后期热液活动和构造作用的影响，形成了一些不规则矿体，交切原生沉积层状矿体和围岩层（片）理发育，甚至某些呈矿巢、矿瘤和不规则矿体。层状及层控矿床构成的矿山在开发过程中遇到的问题与煤炭矿山工程地质问题比较类似；脉状、束状、透镜体状等不规则矿体的矿床尽管具有热液作用特征，但近矿体围岩蚀变很弱或没有蚀变，矿体与围岩呈硬接触。除由采矿形成架空结构使岩体恶化外，原岩体的工程地质条件还是比较好的。
3.与火山岩有关的铁矿
对地质工程来说，我们最关心的是矿体形状与围岩接触和蚀变关系，前者控制着矿山工程特征；后者对矿山工程稳定性影响极大。根据国内外资料统计，这类铁矿体约有80%为层状或似层状与围岩整合产出，少部分为透镜体状，穿插于裂隙中的脉状，围岩有的破碎，有的完整，大部分围岩遭受蚀变，也有的无蚀变现象；围岩蚀变作用主要为矽卡岩、绢云母化、黑云母化、高岭土化，一般强度低，它们构成的接触带为软弱结构面或软弱夹层，岩体易产生失稳现象；另外还有硅化、方柱石化、钠长石化，岩体有强化作用，但范围不大。蚀变带厚度一般不大，约为数米至数十米，它们构成一种特殊的工程地质岩组。
4.围岩蚀变
在金属矿山工程地质研究中，围岩蚀变是一个极为重要的工程地质问题。有色金属及与火山岩有关的黑色金属矿床绝大部分都伴有围岩蚀变作用，实际上，这是岩浆活动的伴生产物。早期形成的岩石在气化—热液作用下，两者之间产生新的化学平衡发生的一系列旧物质为新物质所代替的交代作用。围岩蚀变是多种多样的，是由许多因素决定的，其中主要的因素有：①围岩成分；②气化—热液成分和浓度、酸碱度；③温度；④压力。由于形成条件所决定，常见的围岩蚀变方式和类型有两种：（1）气化高温热液蚀变：矽卡岩化、云英岩化、白云母化、电气石化、黑云母化、方柱石化、阳起石化、绿帘石化、黝帘石化、钾长石化、钠长石化、霞石化、霓石化、萤石化等。（2）中低温热液蚀变有：绢云母化、硅化、石髓化、绢英化、黄铁矿化、绿泥石化、碳酸盐化、白云石化、粘土化、赤铁矿化、蛇纹石化、钠黝帘石化、泡沸石化、石膏化等。上列蚀变产物下划有“——”者，对岩体都具有强度弱化作用，由它们构成的蚀变带大部分都属于软弱接触带或软弱结构面，这在研究矿山地质工程，特别是有色金属矿山地质工程时应当注意的，如矽卡岩化，其形成温度约为900～200℃，压力约为数十兆帕，其形成环境约距地表数百米至两公里深度范围内。这一范围内的岩石易遭受破坏。蚀变范围可达数十米至数百米。少数情况下可伸展至1～2 km。一般来说，这一带的岩石强度比较低。上述有限资料表明，在研究矿山工程地质条件时必须认真研究矿床形成给地质体带来的特殊条件和对地质体改造形成的特殊条件。