青海夏日哈木礦區露天開采工程地質條件分析

賈小龍，趙洪菊，黃 鑫，嚴慧珺

（1.青海省水文地質工程地質勘察院，青海西寧810008；2.青海省地質調查院，青海西寧810012）

青海夏日哈木礦區露天開采工程地質條件分析

賈小龍*1，趙洪菊2，黃 鑫1，嚴慧珺1

（1.青海省水文地質工程地質勘察院，青海西寧810008；2.青海省地質調查院，青海西寧810012）

通過對夏日哈木礦區地形地貌、構造特征及工程地質的特征調查，對礦區巖體類型進行了劃分，結合工程地質編錄、圍巖物理力學性質及工程地質性質影響因素的分析研究，評價了礦區工程地質條件，為開采階段礦坑設計提供了工程地質依據。

夏日哈木；工程地質特征；露天開采

青海夏日哈木礦區為硫化型鎳礦床，伴生鈷、銅礦，2013年詳查階段探明鎳金屬量為107.17×104t，平均品位為0.65%，為特大型鎳礦床，主礦體礦體長1260m，呈似層狀，平均厚度82.57m，礦體走向北東—南西向，傾向西，傾角21°。礦體形態單一，連續性較好，大部分礦體淺埋地下，因此開采方式適合露天階梯狀開采。礦區地處柴達木盆地南緣，屬東昆侖山脈的分支，呈北西西-南東東向橫貫，總體地勢西、南高，北東低，地形起伏高度小于500m，屬小起伏中山區，礦區最高海拔3891m，北部盆地邊緣海拔在3250m左右。本區年降水量125mm，年蒸發量2661mm，年平均氣溫3.8℃。

1 礦區地質概況

1.1 礦區地層

區內前第四紀地層主要為古元古代金水口群白沙河組，巖性一套中深變質巖系，其原巖建造為泥砂質沉積碎屑巖—基性火山巖—碳酸鹽巖建造，具有海相陸源碎屑巖為主的活動性沉積建造特點，變質程度達角閃巖相，可進一步劃分為片巖段[Pt1b（mis）]和片麻巖段[Pt1b（al）]，傾向NW，傾角21°～64°。該地層多被后期花崗巖體所侵蝕，呈斷塊或侵入巖中殘留體展布。第四紀沖洪積層、殘坡積層廣泛分布于溝谷、山體，殘坡積層厚度小于3.0m，沖積層厚度大于10m（圖1）。

圖1 礦區地質略圖

1.2 礦區構造

區內構造主要為斷裂及巖漿活動。礦區主要發育近東西向斷裂，分布于礦區南、北側，延伸長度約5km，地表形成寬數米的破碎帶，破碎帶內構造巖以壓性特征為主，破碎帶及兩側綠泥石化、褐鐵礦化較為發育，為區內Ⅲ級結構面。區內巖漿活動具多期次，不同規模活動的特點，以印支期晚志留世和早泥盆紀2個時期侵入活動為主，侵入巖體為鎂鐵—超鎂鐵雜巖體，呈巖盆狀或巖墻狀侵入于古元古代金水口群白沙河組地層中，巖石類型為橄欖巖、輝石巖和輝長巖，三者為同一巖漿分異的產物，呈脈動侵入接觸關系，普遍發生鎳黃鐵礦化，為主要含礦體。

2 巖體類型及工程地質特征

依照巖體強度、巖體結構、巖體性質將區內巖體工程地質類型劃分為堅硬—較堅硬塊狀輝長巖—輝石巖—花崗巖巖組；堅硬—較堅硬層狀、薄層狀片麻巖—石英片巖巖組2個工程地質巖組。

2.1 堅硬—較堅硬塊狀輝長巖—輝石巖—花崗巖巖組

該巖組與下元古界層狀巖類呈侵入接觸關系，為主要含礦巖組，塊狀輝長巖、輝石巖、閃長巖及花崗巖。巖體內Ⅱ、Ⅲ級結構面不發育，節理裂隙較發育，屬Ⅳ級結構面，對礦體的工程地質性質有影響，節理范圍較寬，發育密度0.3～1.0m，應為構造節理及風化裂隙，節理面較光滑。該巖組新鮮巖體呈塊狀結構，新鮮巖石致密較堅硬，主要力學性質見表1，據工程地質編錄測定的巖石質量指標(RQD)平均為65.63%～71.6%，巖石質量等級Ⅲ級，巖石質量中等，巖體完整性中等完整（表2）。

表1 巖石力學性質試驗成果統計表

表2 巖石質量指標(RQD)成果統計表

2.2 堅硬—較堅硬層狀、薄層狀片麻巖—片巖巖組

該巖組巖性主要為中薄層狀深灰色、灰黑色片麻巖、片巖。該套巖性分布廣泛，為礦區主要地層，為礦體次要頂底板。巖體內發育延伸長數百米至數、寬數米的小斷裂及節理裂隙，節理裂隙發育密度0.2～0.5m，屬Ⅲ—Ⅳ級結構面。該巖組新鮮巖體呈層狀結構，新鮮巖石致密較堅硬，巖石單軸飽和抗壓強度31.6～86.6MPa(表1)，巖體構造裂隙發育，風化剝蝕強烈，本次編錄測定的巖石質量指標(RQD)平均為63.5%～65.77%，巖石質量等級Ⅲ級，巖石質量中等，巖體完整性中等完整(表2)。

3 礦區工程地質評價

3.1 邊坡穩定性自然影響因素

①塊狀侵入巖邊坡穩定性自然影響因素：據礦區地質資料可知，在礦區中該巖組巖性為輝石巖、輝長巖、閃長巖及花崗巖等，含礦巖性為輝石巖，輝石巖普遍具有綠泥石化、透閃石化、蛇紋石化，巖體內僅發現一個Ⅲ級結構面，位于開采境界北東角，結構面性質不明，區域上位于Ⅰ、Ⅱ級結構面附近，發育構造裂隙，無軟弱夾層，有基巖裂隙水賦存。因此對礦區首采段侵入巖類邊坡穩定性的主要影響因素為Ⅳ級構面及地下水，局部地段為Ⅲ、Ⅳ級結構面和地下水。

②層狀變質巖類邊坡穩定性自然影響因素：據礦區地質資料可知，礦區發育2個Ⅲ級結構面，位于開采境界以外，在區域上位于Ⅰ、Ⅱ級結構面附近，發育構造裂隙，無軟弱夾層，有基巖裂隙水賦存。因此對礦區首采段層狀變質巖類邊坡穩定性的主要影響因素為Ⅳ構面及地下水，局部地段為Ⅲ、Ⅳ級結構面和地下水。

3.2 邊坡變形破壞類型

采區的四條邊界均為巖質邊坡構成，巖質邊坡為塊狀侵入巖組及層狀變質巖組。本文采用霍克的邊坡破壞類型分類對采區四條邊界邊坡的破壞類型進行分類：以滑動面的形態及其組合特征及邊坡破壞力學機理為依據，對巖體邊坡破壞類型進行劃分。

圖2是本次地面調查所取得的74組塊狀侵入巖及層狀變質巖發育的節理裂隙而繪制的節理走向、傾向玫瑰圖，礦區節理裂隙較發育，共發育4組節理面。其中2組優勢節理面，產狀分別為315°～10°∠60°～80°、130°～170°∠55°～80°，傾向NW、SE，傾角角度較大，屬高角度產出。巖層傾向NW，傾角21°～64°。據此，可得以下結論：①采區東、西邊界邊坡的坡面傾向與層狀變質巖巖層傾向斜交，與巖層發育的優勢節理裂隙傾向斜交，因此東、西側邊坡的穩定性較好，其破壞形式應以平面滑動重力剪切破壞為主；②采區南邊界邊坡的坡面傾向與層狀變質巖巖層傾向相同，且巖層傾角較小，與巖層發育的優勢節理裂隙傾向相反或相同，且節理裂隙傾角為高角度產出，因此該側邊坡的穩定性較差，楔形狀滑動重力剪切破壞為主；③采區北邊界邊坡傾向與層狀變質巖巖層傾向相反，與巖層發育的優勢節理裂隙傾向相同或相反，因此該側邊坡的穩定性較差，其破壞形式應以楔形狀滑動重力剪切破壞為主。

圖2 節理裂隙玫瑰圖

3.3 邊坡穩定性評價

本次評價僅根據目前研究程度做出的現狀評價，隨著工程地質工作程度加深，該工作也會更加精確。本次采用《工程地質手冊》中的查表法（經驗數據法）評價邊坡穩定性，確定單階坡高及最終邊坡角。本次工程地質編錄顯示，礦區巖層總體較完整，破碎帶厚度較薄，但節理裂隙較發育。因此，最終邊坡角時均考慮到節理裂隙影響較大因素，且均為單階邊坡角。

①西邊界邊坡穩定性評價：邊坡的坡面傾向與層狀變質巖巖層傾向斜交，與巖層發育的優勢節理裂隙傾向斜交，賦存地下水在開挖后將沿層理、裂隙排出，該邊界邊坡穩定性受地下水影響小，開挖形成的邊坡為新鮮巖石構成。根據地質編錄資料，該邊界由層狀變質巖及塊狀侵入巖組成，自北至南3460～3200m水平以下均為塊狀侵入巖體或巖脈，侵入巖體或巖脈向邊界南端下傾。據手冊經驗數據，層狀變質巖坡高15m時，最終坡角63°～53°；坡高30m時，最終坡角53°～45°；塊狀侵入巖坡高15m時，最終坡角63°，坡高30m時，最終坡角53°。

②東邊界邊坡穩定性評價：邊坡的坡面傾向與層狀變質巖巖層傾向斜交，與巖層發育的優勢節理裂隙傾向斜交，賦存地下水在開挖后將沿層理、裂隙排出，該邊界邊坡穩定性受地下水影響小，開挖形成的邊坡為新鮮巖石構成。根據地質編錄資料，該邊界主要由塊狀侵入巖組成。據手冊經驗數據，坡高15m時，最終坡角63°，坡高30m時，最終坡角53°。

③南邊界邊坡穩定性評價：邊坡的坡面傾向與層狀變質巖巖層傾向相同，層理面會形成楔形滑動面，且巖層傾角較小，與巖層發育的優勢節理裂隙傾向相反或相同，且節理裂隙傾角為高角度產出，節理面將可能滑動體切割成塊體，對邊坡穩定性影響較大，賦存地下水在開挖后將沿層理、裂隙排出，該邊界邊坡穩定性受地下水影響小。根據地質編錄資料，該邊界自11勘探線以東由塊狀侵入巖組成邊坡，11線以西下傾，由層狀變質巖及塊狀侵入巖組成邊坡。據手冊經驗數據，層狀變質巖坡高15m時，最終坡角53°～45°；坡高30m時，最終坡角45°～38°；塊狀侵入巖坡高15m時，最終坡角63°，坡高30m時，最終坡角53°。

④北邊界邊坡穩定性評價：邊坡傾向與層狀變質巖巖層傾向相反，與巖層發育的優勢節理裂隙傾向相同或相反，節理面將可能滑動體切割成塊體，邊坡穩定性較差，開挖形成的邊坡為新鮮巖石構成。根據地質編錄資料，該邊界自11勘探線以東由塊狀侵入巖組成邊坡，11線以西向南西下傾，由層狀變質巖及塊狀侵入巖組成邊坡。據手冊經驗數據，層狀變質巖坡高15m時，最終坡角53°～45°，坡高30m時，最終坡角45°～38°；塊狀侵入巖坡高15m時，最終坡角63°，坡高30m時，最終坡角53°。

當挖到巖體結構破碎帶時，如碎裂化巖體、含礦蝕變帶，地下水對巖石有一定軟化作用。應減小其開挖邊坡角，并進行適當加固。

4 結語

礦區圍巖巖石質量指標(RQD)60%～70%，巖石質量等級Ⅲ級，巖石質量中等，巖體完整性中等完整，巖體發育4組優勢節理面，成為影響礦區工程地質性質的主要因素；主礦體產于雜巖體中，重要含礦巖性為輝石巖、橄欖巖等，礦體出露地表或潛藏地下，礦體適合露天梯級開采；巖體節理裂隙、蝕變帶發育，開采最終邊坡角確定均考慮節理裂隙影響較大因素，其最終坡角在38°～63°間變化，單階坡高以15～30m為宜，但注意地下水對巖石軟化后，坡角應當減小，以保持邊坡的穩定。開采過程中應注意各邊界上主要巖體邊坡的破壞類型發生導致危害安全生產。

[1]賈小龍，趙洪菊，王軍，等.青海納日貢瑪礦區水文地質特征及充水因素分析[J].西部探礦工程，2010（12）：152-154.

[2] 青海水文地質工程地質勘察院.青海省夏日哈木鎳鈷礦礦區水工環地質勘查報告[R].2013.

[3] 常士驃，張蘇民.工程地質手冊[M].4版.中國建筑工業出版社，2007.

TD82

A

1004-5716(2015)04-0106-04

2014-04-04

賈小龍（1983-），男（漢族），甘肅玉門人，工程師，現從事水文地質、工程地質工作。