陸 娟，陳向華，繆應(yīng)理，唐紹輝

(1.云南華聯(lián)礦產(chǎn)勘探有限責(zé)任公司， 云南 曲靖市 655000；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410012)

都龍錫鋅礦露天邊坡工程地質(zhì)條件研究

陸 娟1，陳向華1，繆應(yīng)理1，唐紹輝2

(1.云南華聯(lián)礦產(chǎn)勘探有限責(zé)任公司， 云南 曲靖市 655000；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410012)

都龍錫鋅礦采場邊坡服務(wù)年限長、高度大，為保證露天開采安全，根據(jù)礦區(qū)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、礦巖物理力學(xué)性質(zhì)等,采用巖石質(zhì)量系數(shù)法和巖體質(zhì)量指標(biāo)法開展巖體穩(wěn)固性評價(jià)。結(jié)合露天邊坡布置情況，分析工程地質(zhì)條件對各段邊坡穩(wěn)定性的影響情況，揭示了不同區(qū)域邊坡的破壞模式及不良地質(zhì)構(gòu)造對邊坡穩(wěn)定性的影響程度。

工程地質(zhì);露天邊坡;破壞模式;穩(wěn)固性評價(jià);地質(zhì)構(gòu)造

0 前 言

都龍鋅錫礦位于云南省東南部的文山壯族苗族自治州馬關(guān)縣都龍鎮(zhèn)。自1997年礦山開采以來先后形成銅街露天采場、老電廠露天采場、興發(fā)露天采場、曼家寨露天采場4個(gè)采區(qū)。目前，主要開采銅街露天采場和曼家寨露天采場2個(gè)采區(qū),其中銅街露天采場長746 m，寬360 m，面積0.19 km2，開采境界垂高227 m。曼家寨露天采場長1985 m，寬830 m，面積1.25 km2，開采境界垂高538 m。礦區(qū)內(nèi)與地層走向一致的縱斷層較發(fā)育，一般錯(cuò)距不大，以層間錯(cuò)動(dòng)和多期次繼承性活動(dòng)為特征。其中，以F0、F1斷層規(guī)模較大，是控制礦區(qū)的骨干斷層。由于采場邊坡服務(wù)年限長，邊坡高度較大，為保證露天開采安全，開展了礦區(qū)露天邊坡工程地質(zhì)條件研究。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

銅街—曼家寨錫鋅礦區(qū)位于華南褶皺系西南，滇東南褶皺帶文山—馬關(guān)隆起南端的老君山花崗巖復(fù)式背斜西翼。地層走向南北，向西傾斜，傾角一般10°～35°，主要出露中寒武統(tǒng)田蓬組(∈2t)區(qū)域變質(zhì)巖，變質(zhì)程度中等，錫鋅多金屬礦賦存于田蓬組中下部。田蓬組分為5個(gè)巖性段。

(1) 第五段(∈2t5)為淺灰、灰綠色石英云母片巖、綠泥石石英片巖，夾薄至中厚層狀含云母白云石大理巖扁豆體。

(2) 第四段(∈2t4)為深灰色薄至中厚層狀細(xì)至粗晶方解石大理巖、夾鈣質(zhì)片巖、云母石英片巖。

(3) 第三段(∈2t3)為灰綠色石英云母片巖、夾方解石大理巖、矽卡巖扁豆體，矽卡巖中有鉛、鋅、銀、錫礦化。

(4) 第二段(∈2t2)為石英云母片巖、大理巖、矽卡巖、變粒巖及少量片麻巖組成的復(fù)合巖性段，巖相變化頻繁，巖類組合復(fù)雜，矽卡巖地質(zhì)體成群成帶出現(xiàn)，是礦區(qū)錫鋅工業(yè)礦體最主要的賦存層位。劃分為上亞段(∈2t2—2)、下亞段(∈2t2—1)，上、下亞段為層間斷層(F1)接觸，∈2t2—1與下伏層位∈2t1為斷層(F0)接觸。

(5) 第一段(∈2t1)頂部為鈣泥質(zhì)斷層泥，含透鏡狀大理巖角礫，上部為大理巖透鏡體及深灰色黑云母斜長片麻巖、黑云斜長角閃片麻巖、斜長變粒巖，夾少量石榴石矽卡巖、硅質(zhì)大理巖扁豆體，下部為花崗片麻巖。

2 巖體結(jié)構(gòu)分類

2.1 巖體結(jié)構(gòu)面類型

銅街—曼家寨錫鋅礦，原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面發(fā)育，按其規(guī)模則可將結(jié)構(gòu)面分為3級，其工程地質(zhì)特征分述如下。

Ⅱ級結(jié)構(gòu)面：F0、F1斷層。F0斷層為區(qū)域性斷層，切割深，延伸長數(shù)十千米，從采場東幫境界邊緣通過。上盤為∈2t2片巖、大理巖、矽卡巖，下盤為∈2t1片麻巖。斷層面走向N5°E～N10°W，傾向NW或SW，傾角40°～55°，與地層展布方向基本—致，破碎帶或構(gòu)造角礫巖幅寬數(shù)米至十余米;F1斷層：為礦區(qū)主要控礦斷層，縱貫采場，長約8 km。上盤為∈2t2-2大理巖，下盤為∈2t2-1片巖，斷層產(chǎn)狀變化較大，產(chǎn)狀受上盤大理巖體形態(tài)的制約，走向?yàn)镹NE—SN—NNW，向西傾斜，地表傾角較陡，深部較緩，傾角15°～30°，局部可達(dá)75°。

Ⅲ級結(jié)構(gòu)面：礦段受多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，延伸數(shù)十至數(shù)百米的小斷層及層間滑動(dòng)較發(fā)育。以垂直或斜交巖層最為發(fā)育，走向N50°E，傾向NW或SE，傾角>45°。影響工程的局部失穩(wěn)及較大規(guī)模的冒頂、塌方，為影響采場穩(wěn)定的不利因素。

Ⅳ級結(jié)構(gòu)面：礦段節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂隙率1.58%～2.48%，主要發(fā)育N30°～60°W、N35°～55°E、SN、EW等4組。破壞了巖體的完整性和強(qiáng)度，大大降低了巖體力學(xué)性質(zhì)。

2.2 巖體結(jié)構(gòu)類型

主要巖體結(jié)構(gòu)類型可劃分為2類、3個(gè)亞類(見表1)。

表1 巖體結(jié)構(gòu)類型及其特征

3 巖體質(zhì)量評價(jià)

根據(jù)礦區(qū)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、礦巖物理力學(xué)性質(zhì)、巖體完整系數(shù)及結(jié)構(gòu)面磨擦系數(shù)等，采用巖石質(zhì)量系數(shù)法和巖體質(zhì)量指標(biāo)法對礦區(qū)范圍內(nèi)片巖、大理巖、矽卡巖3種巖體質(zhì)量進(jìn)行了評價(jià)。

3.1 巖石質(zhì)量系數(shù)法

Z=I·F·S

(1)

式中:Z—巖體質(zhì)量系數(shù)；I—巖體完整系數(shù)(可用RQD值)；F—結(jié)構(gòu)面磨擦系數(shù)；S—巖塊堅(jiān)硬系數(shù)，S=RW/100；RW—巖塊飽和軸向抗壓強(qiáng)度。片巖、大理巖、矽卡巖的RW值分別為23.5,40.1,59.6MPa。

計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 巖石質(zhì)量系數(shù)計(jì)算表

3.2 巖體質(zhì)量指標(biāo)法

按式(2)粗略估算巖體質(zhì)量指標(biāo)，按巖體質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)表評價(jià)巖體質(zhì)量的優(yōu)劣，其巖石質(zhì)量情況見表3。

M=Rw/300

(2)

式中:Rw—巖塊飽和軸向抗壓強(qiáng)度。

表3 巖體質(zhì)量指標(biāo)計(jì)算表

4 工程地質(zhì)條件對露天邊坡穩(wěn)定性影響

銅街—曼家寨礦段目前為露天開采，隨著礦山開采，露天采場邊坡增高，會產(chǎn)生一系列的邊坡穩(wěn)定性工程地質(zhì)問題。為此，開展了工程地質(zhì)條件對露天采場邊坡穩(wěn)定性影響評價(jià)。

4.1 采場東幫邊坡穩(wěn)定性評價(jià)

東幫邊坡處于F0斷層上盤、F1斷層下盤，分布地層以∈2t2-1為主，巖層走向NW60°～NE60°，總體向西傾，傾角25°～45°，層面呈波狀起伏。節(jié)理裂隙較發(fā)育，主要發(fā)育3組：走向N85°E，傾向NW，傾角75°；走向N40°W，傾向NE，傾角68°；走向近EW，傾向S，傾角55°；線裂隙率3條/m。巖體結(jié)構(gòu)類型為層狀碎裂結(jié)構(gòu)。

采場東幫邊坡面與結(jié)構(gòu)面總體上為不利組合：層面與邊坡面小角度順層斜交；節(jié)理面與邊坡面順層斜交；層面、節(jié)理面的組合棱體交線與邊坡面順層斜交，交角小于邊坡角。

銅街采場東幫境界鄰近F0，局部地段處于F0斷層破碎帶內(nèi)，F(xiàn)0傾向與東幫邊坡一致，傾角變化于臺階邊坡角與終了邊坡角之間，與邊坡面形成不利組合，惡化了邊坡穩(wěn)定性；可能導(dǎo)致部分地段邊坡沿?cái)鄬用婊蚱扑閹к浫踅Y(jié)構(gòu)面的蠕滑變形或順層滑坡，影響該段終了邊坡的穩(wěn)定性。

F1斷層通過曼家寨采場東幫，在邊坡局部出露，由于F1傾向與邊坡同向，且深部傾角較緩，受降雨下滲及施工爆破震動(dòng)影響，可能誘發(fā)處于斷層破碎帶的局部工作臺階的蠕動(dòng)變形或順層滑坡災(zāi)害，造成上部邊坡的變形破壞。

綜上所述，東幫邊坡巖體以石英云母片巖為主，強(qiáng)度低、易風(fēng)化、遇水易軟化膨脹，邊坡面與節(jié)理、裂隙結(jié)構(gòu)面為不利組合；處于F0與F1夾持的地段，受構(gòu)造影響，巖體較破碎，F(xiàn)0、F1斷層的存在，惡化了邊坡穩(wěn)定性。東幫邊坡穩(wěn)定性一般，在不利因素作用下，可能沿層面發(fā)生滑坡、崩塌，沿?cái)鄬用婊蚱扑閹к浫踅Y(jié)構(gòu)面發(fā)生蠕滑變形或順層滑坡。

4.2 采場西幫邊坡穩(wěn)定性評價(jià)

西幫邊坡處于F1斷層上盤，分布地層以∈2t2-2為主，巖層走向NW35°～NE60°，總體向西傾，傾角30°～65°，層面呈波狀起伏。節(jié)理裂隙較發(fā)育，主要發(fā)育3組：走向N30°～70°E，傾向SE或NW，傾角62°～78°；走向N10°～80°W，傾向NE或SW，傾角40°～80°；走向近SN，傾向E，傾角50°；線裂隙率2～6條/m。巖體結(jié)構(gòu)類型為層狀碎裂結(jié)構(gòu)。

采場西幫邊坡面與結(jié)構(gòu)面總體上為不利組合：層面、節(jié)理面與邊坡面小角度順層斜交，二者的組合棱體交線與邊坡面順層相交，傾角小于邊坡角；層面、節(jié)理面的組合棱體交線與邊坡面順層斜交，傾角小于邊坡角。

F1斷層通過曼家寨采場西幫，在西幫邊坡的中下部邊坡出露。F1深部傾角較緩，與邊坡傾向相反，其斷層面對邊坡穩(wěn)定性的影響較小。

綜上所述，西幫邊坡巖體以白云質(zhì)、泥質(zhì)大理巖夾石英云母片巖為主，其中的片巖強(qiáng)度低、易風(fēng)化、遇水易軟化膨脹；邊坡面與節(jié)理、裂隙結(jié)構(gòu)面為不利組合；處于F1上盤，鄰近斷層面，受構(gòu)造影響，巖體較破碎，結(jié)構(gòu)面較復(fù)雜，惡化工作臺階邊坡穩(wěn)定性。西幫邊坡穩(wěn)定性一般，在不利因素作用下，可能沿層面發(fā)生滑坡、崩塌。

4.3 評價(jià)結(jié)果

邊坡穩(wěn)定性評價(jià)詳見表4

表4 邊坡穩(wěn)定性評價(jià)結(jié)果

5 結(jié) 論

露天邊坡穩(wěn)定性是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程問題，它是與各種地質(zhì)因素及非地質(zhì)因素有關(guān)，前者包括礦山的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、礦區(qū)地應(yīng)力場及巖體的力學(xué)特性等，后者包括開采方法及施工工藝技術(shù)等因素有關(guān)。通過對曼家寨露天采場工程地質(zhì)條件分析及其對露天邊坡穩(wěn)定性影響程度研究，確定了露天邊坡的穩(wěn)定性狀況及失穩(wěn)機(jī)理，為合理選擇和優(yōu)化露天采場回采工藝、邊坡角、采剝工作面等技術(shù)參數(shù)及施工工藝提供了依據(jù)，同時(shí)，為露天轉(zhuǎn)井下開采提供了參考。

[1]陳向華，張世奎，唐紹輝,等.會澤鉛鋅礦6號礦體穩(wěn)定性工程地質(zhì)研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2002(4).

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2015￣02￣02)

陸 娟(1985- )，女，云南曲靖人，工程師，主要從事礦山地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)勘查研究,Email:py8129@163.com。