都龍錫鋅礦露天邊坡工程地質條件研究

陸 娟，陳向華，繆應理，唐紹輝

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

都龍錫鋅礦露天邊坡工程地質條件研究

陸 娟1，陳向華1，繆應理1，唐紹輝2

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

都龍錫鋅礦采場邊坡服務年限長、高度大，為保證露天開采安全，根據礦區工程地質、水文地質條件、礦巖物理力學性質等,采用巖石質量系數法和巖體質量指標法開展巖體穩固性評價。結合露天邊坡布置情況，分析工程地質條件對各段邊坡穩定性的影響情況，揭示了不同區域邊坡的破壞模式及不良地質構造對邊坡穩定性的影響程度。

工程地質;露天邊坡;破壞模式;穩固性評價;地質構造

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縣都龍鎮。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、興發露天采場、曼家寨露天采場4個采區。目前，主要開采銅街露天采場和曼家寨露天采場2個采區,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。礦區內與地層走向一致的縱斷層較發育，一般錯距不大，以層間錯動和多期次繼承性活動為特征。其中，以F0、F1斷層規模較大，是控制礦區的骨干斷層。由于采場邊坡服務年限長，邊坡高度較大，為保證露天開采安全，開展了礦區露天邊坡工程地質條件研究。

1 礦區地質概況

銅街—曼家寨錫鋅礦區位于華南褶皺系西南，滇東南褶皺帶文山—馬關隆起南端的老君山花崗巖復式背斜西翼。地層走向南北，向西傾斜，傾角一般10°～35°，主要出露中寒武統田蓬組(∈2t)區域變質巖，變質程度中等，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至粗晶方解石大理巖、夾鈣質片巖、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合巖性段，巖相變化頻繁，巖類組合復雜，矽卡巖地質體成群成帶出現，是礦區錫鋅工業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、硅質大理巖扁豆體，下部為花崗片麻巖。

2 巖體結構分類

2.1 巖體結構面類型

銅街—曼家寨錫鋅礦，原生結構面、構造結構面發育，按其規模則可將結構面分為3級，其工程地質特征分述如下。

Ⅱ級結構面：F0、F1斷層。F0斷層為區域性斷層，切割深，延伸長數十千米，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，破碎帶或構造角礫巖幅寬數米至十余米;F1斷層：為礦區主要控礦斷層，縱貫采場，長約8 km。上盤為∈2t2-2大理巖，下盤為∈2t2-1片巖，斷層產狀變化較大，產狀受上盤大理巖體形態的制約，走向為NNE—SN—NNW，向西傾斜，地表傾角較陡，深部較緩，傾角15°～30°，局部可達75°。

Ⅲ級結構面：礦段受多次構造運動的影響，延伸數十至數百米的小斷層及層間滑動較發育。以垂直或斜交巖層最為發育，走向N50°E，傾向NW或SE，傾角>45°。影響工程的局部失穩及較大規模的冒頂、塌方，為影響采場穩定的不利因素。

Ⅳ級結構面：礦段節理裂隙較發育，裂隙率1.58%～2.48%，主要發育N30°～60°W、N35°～55°E、SN、EW等4組。破壞了巖體的完整性和強度，大大降低了巖體力學性質。

2.2 巖體結構類型

主要巖體結構類型可劃分為2類、3個亞類(見表1)。

表1 巖體結構類型及其特征

3 巖體質量評價

根據礦區工程地質、水文地質條件、礦巖物理力學性質、巖體完整系數及結構面磨擦系數等，采用巖石質量系數法和巖體質量指標法對礦區范圍內片巖、大理巖、矽卡巖3種巖體質量進行了評價。

3.1 巖石質量系數法

Z=I·F·S

(1)

式中:Z—巖體質量系數；I—巖體完整系數(可用RQD值)；F—結構面磨擦系數；S—巖塊堅硬系數，S=RW/100；RW—巖塊飽和軸向抗壓強度。片巖、大理巖、矽卡巖的RW值分別為23.5,40.1,59.6MPa。

計算結果見表2。

表2 巖石質量系數計算表

3.2 巖體質量指標法

按式(2)粗略估算巖體質量指標，按巖體質量分級標準表評價巖體質量的優劣，其巖石質量情況見表3。

M=Rw/300

(2)

式中:Rw—巖塊飽和軸向抗壓強度。

表3 巖體質量指標計算表

4 工程地質條件對露天邊坡穩定性影響

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，會產生一系列的邊坡穩定性工程地質問題。為此，開展了工程地質條件對露天采場邊坡穩定性影響評價。

4.1 采場東幫邊坡穩定性評價

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。節理裂隙較發育，主要發育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。巖體結構類型為層狀碎裂結構。

采場東幫邊坡面與結構面總體上為不利組合：層面與邊坡面小角度順層斜交；節理面與邊坡面順層斜交；層面、節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，F0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，惡化了邊坡穩定性；可能導致部分地段邊坡沿斷層面或破碎帶軟弱結構面的蠕滑變形或順層滑坡，影響該段終了邊坡的穩定性。

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影響，可能誘發處于斷層破碎帶的局部工作臺階的蠕動變形或順層滑坡災害，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，強度低、易風化、遇水易軟化膨脹，邊坡面與節理、裂隙結構面為不利組合；處于F0與F1夾持的地段，受構造影響，巖體較破碎，F0、F1斷層的存在，惡化了邊坡穩定性。東幫邊坡穩定性一般，在不利因素作用下，可能沿層面發生滑坡、崩塌，沿斷層面或破碎帶軟弱結構面發生蠕滑變形或順層滑坡。

4.2 采場西幫邊坡穩定性評價

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。節理裂隙較發育，主要發育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。巖體結構類型為層狀碎裂結構。

采場西幫邊坡面與結構面總體上為不利組合：層面、節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，其斷層面對邊坡穩定性的影響較小。

綜上所述，西幫邊坡巖體以白云質、泥質大理巖夾石英云母片巖為主，其中的片巖強度低、易風化、遇水易軟化膨脹；邊坡面與節理、裂隙結構面為不利組合；處于F1上盤，鄰近斷層面，受構造影響，巖體較破碎，結構面較復雜，惡化工作臺階邊坡穩定性。西幫邊坡穩定性一般，在不利因素作用下，可能沿層面發生滑坡、崩塌。

4.3 評價結果

邊坡穩定性評價詳見表4

表4 邊坡穩定性評價結果

5 結 論

露天邊坡穩定性是一個非常復雜的系統工程問題，它是與各種地質因素及非地質因素有關，前者包括礦山的工程地質條件、水文地質條件、礦區地應力場及巖體的力學特性等，后者包括開采方法及施工工藝技術等因素有關。通過對曼家寨露天采場工程地質條件分析及其對露天邊坡穩定性影響程度研究，確定了露天邊坡的穩定性狀況及失穩機理，為合理選擇和優化露天采場回采工藝、邊坡角、采剝工作面等技術參數及施工工藝提供了依據，同時，為露天轉井下開采提供了參考。

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[2]張倬元,王士天,王蘭生,等.工程地質分析原理[M].北京：地質出版社，2009.

[3]曹 紅.南露天邊坡工程地質特征及分區穩定性評價[J].現代礦業，2013(5)：54-56.

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[6]唐紹輝.安慶銅礦巖體穩定性的工程地質研究[J].礦業研究與開發，1997(1)：30-33.

2015￣02￣02)

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