甘肅禮縣金山金礦區工程地質特征及注意的問題

李希洲

（甘肅省有色金屬地質勘查局白銀礦產勘查院，甘肅 白銀 730900）

1 礦區工程地質特征

（1）工程地質巖組的劃分及其特征。根據礦區出露地層的時代、成因、堅硬程度、結構特征、建造類型可將其劃分為三類工程地質巖組：①第四系松散巖類極軟巖組(土體)。該巖組包括第四系上更新統風積黃土（Q3eol）、第四系全新統殘坡積物（Q4el+dl）、沖、洪積物（Q4al+pl）及人工堆積物（Q4ml）。人工堆積物分布在采場附近的山坡、溝底處，為采礦、探礦及修路剝離的土石方及礦渣，結構松散，巖性混雜，厚度一般在1m～80m之間。該類巖組（土體）為不良地質現象的物質來源，屬松散軟弱巖組（土體）。②泥盆系中統李壩群（D2lb）中硬巖～堅硬巖巖組。主要巖性為粉砂質千枚巖、斑點狀千枚巖（含礦層）、千枚狀板巖等組成，灰白～青灰色，變晶或變余結構，千枚狀或板狀構造，呈互層狀產出，厚度不均一，廣泛分布于礦區。所有巖芯的RQD值介于4%～100%之間，平均值為52%，巖石質量中等。巖石地表風化強烈，裂隙發育。板巖中裂隙面較平整，其他裂隙面凸凹不平，其組合多為“V”、“X”、“井”字型，裂隙率最大可達10.16%、最小僅為1.33%、裂隙由泥質、硅質、方解石脈或石英脈等充填，根據鉆孔巖芯工程地質編錄統計，其巖石質量指標RQD值平均為47.38%，巖石質量差。③巖漿巖脈堅硬巖巖組。礦區巖漿巖脈形成時期主要為印支～燕山期，巖性為石英閃長巖、閃長玢巖和煌斑巖，呈條帶狀產出，零星分布于礦區的西部及東北部，多以南北走向為主，規模較小，其巖石堅硬，裂隙不發育。該組巖石強度高，工程性質好，產狀近于直立，是對工程施工有利的巖組。

（2）結構面分級及其特征。礦區發育的主要結構面有：原生結構面及次生結構面。原生結構面由各種構造結構面和層間錯動面組成；次生結構面主要由風化結構面和爆破結構面組成。由于結構面性質和規模的不同，結構面的力學效應、力學作用特征有著明顯的差異，結構面類型及發育特征見表1。

表1 結構面類型及分級一覽表

在構造破碎帶及其附近，巖石裂隙發育、完整程度低、巖體質量等級亦較低，加之地下水對巖石起軟化及潤滑作用，若構造破碎帶寬度大于1米時，應及時加以支護加固，以防止掉塊、坍塌等現象的發生。當斷層帶的傾角大于30°時，則更應引起高度重視，以防不良工程地質現象的發生。

（3）巖石強風化帶工程地質特征。由于礦山開采已久，區內基巖強風化層大部分已被剝離。從鉆孔工程地質編錄看，只有少部分鉆孔揭露了強風化層[1]。由于風化帶裂隙發育，充填物以粘性礦物為主，而粘性礦物吸水性較強，吸水后具一定膨脹性，因此，風化帶充填較好的地段具有再生阻水的特性。但因為這些礦物的膠結性差，在未來開采中，應及時注意邊坡滾石或崩塌現象的發生。

2 工程地質分區

根據礦區工程地質條件，結合巖、土體工程地質特性，將礦區劃分為三個區，分別為第四系松散軟弱區（Ⅰ區）、泥盆系中統李壩群基巖區（Ⅱ區）及印支～燕山期巖漿巖脈區（Ⅲ區），其中，第四系松散軟弱區（Ⅰ區）又分為3個亞區。現分述如下：

（1）第四系松散軟弱區（Ⅰ區）。根據巖性成因及特征，該區可分為三個亞區，即第四系全新統沖洪區（Ⅰ1）、第四系上更新統風積黃土濕陷區（Ⅰ2）及第四系全新統人工填土區（Ⅰ3）。第四系全新統沖洪區（Ⅰ1）：主要分布在小峪河河床、河漫灘及階地，老溝及竹園溝等支溝的溝心也有分布。小峪河流域骨架由卵（漂）石等組成，母巖多為變質巖或火成巖，充填物為粗～細砂。具明顯的沉積韻律，分選性較差，磨圓度中等，層厚2m～30m左右。第四系上更新統風積黃土濕陷區（Ⅰ2）：主要分布于礦區北部的山頂，成分為黃褐色粉質粘土，可塑～硬塑，垂直裂隙發育，含大蟲孔，厚度約1m～15m。為自重濕陷性黃土，具Ⅰ～Ⅱ級自重濕陷性，最大濕陷深度約15m，為礦區特殊性巖土。其承載力特征值120Kpa，變形模量2Mpa（以上為經驗值）。根據現場試坑法注水試驗，其天然重度γ=16KN/m3。人工填土區（Ⅰ3）：主要分布于采場附近的山坡、溝底處，為采礦、探礦及修路剝離的土石方及礦渣，張皮溝溝心也有大面積分布，結構松散，巖性混雜，厚度一般在1m～50m之間。該區土體為泥（水）石流災害的主要物質來源，屬松散軟弱巖組。其承載力特征值200Mpa～250Mpa，自然安息角φ=25°～30°。

（2）泥盆系中統李壩群（D2lb）基巖區（Ⅱ區）。主要巖性為粉砂質千枚巖、斑點狀千枚巖（含礦層）、千枚狀板巖等組成，灰白～青灰色，變晶或變余結構，千枚狀或板狀構造，呈互層狀產出，厚度不均一，廣泛分布于礦區。根據室內試驗成果，礦區主要巖石的飽和抗壓強度多在5.5MPa～25.1MPa之間，為中硬巖類～硬巖類；軟化系數在0.28～0.70之間，屬易軟化巖石；抗剪斷強度C=5 Mpa，φ=34.5°，其天然重度γ=27KN/m3（依據小體重），松散系數1.50～1.80。根據地區，其經驗承載力特征值500Kpa～800Kpa。

（3）印支～燕山期巖漿巖脈區（Ⅲ區）。巖性多為石英閃長巖，呈條帶狀產出，零星分布于礦區的西部及東北部，多以南北走向為主，規模較小，其巖石堅硬，裂隙不發育。厚度介于1.06m～14.02m，層頂最大埋深為419.25m（ZK28-13），其承載力特征值＞1000Mpa。

3 工程地質評價

（1）巖體質量評價。統計主要巖性的RQD值及室內試驗，依據巖體質量指標M法，將巖體質量及巖體優劣評價如下：

M=Rc×RQD/300

式中M——巖體質量系數；Rc——巖石飽和單軸抗壓強度（Mpa）；RQD——巖體質量指標（%）。

表2 巖石質量分級表

經計算，巖體質量指標的最大最小值分別為4.02及0.28，平均值介于1.87～2.05之間，根據巖石質量分級表，巖石質量等級為Ⅲ～Ⅰ級，以Ⅲ～Ⅱ級為主。

（2）露天邊坡穩定性評價。礦山生產運營中，將形成一定高度的人工巖質邊坡，根據邊坡發生滑坡及崩塌所造成的危害程度和經濟損失劃分，邊坡災害等級為Ⅱ級，結合邊坡高度（100＜H≤300m）。通過對采坑邊坡進行穩定性驗算，各評價點邊坡均處于穩定狀。局部采坑邊坡形成的楔形體，是發生邊坡災害的主要隱患。從室內試驗可知，巖石力學抗剪斷強度φ為31.5°～37.5°。經多處實測，礦區巖石的穩定邊坡角介于41°～64°之間。開采時，建議采用折線式放坡開挖，強風化部位每級邊坡高度原則上不大于8m，馬道寬2m～3m，高寬比1:1.1；中風化地段每級邊坡高度原則上不大于15m，馬道寬2m～3m，高寬比1:1，坡角≤45°。馬道內側布設排水渠，外側預留安全警戒線。在開采中，如遇其他特殊工程地質問題，建議展開專門性邊坡工程勘查。

（3）圍巖穩固性評價。礦區共分布11層礦體，統計中，各主礦體的直接頂、底板巖性變化較大，不太統一，無規律性可尋。即：在不同的勘探線中，其頂底板巖性不盡相同，厚度也很不均一。根據鉆孔巖芯工程地質編錄，各礦體頂底板巖芯較完整～完整，局部裂隙發育，除1#礦體13線頂板的穩固性較差外，其他地段頂底板的穩固性均較好。

總之，除斷層帶頂底板穩固性較差外，其他地段的穩固性均較好。在未來的開采中，應對斷層破碎帶做以必要的簡易支護，以防止工程地質問題的發生。

4 工程地質勘探類型

依據《有色金屬礦山水文地質勘探規范》（GB 51060-2014）有關條款，將礦區工程地質勘探復雜程度分類評價如下表3：

表3 工程地質勘探復雜程度分類及評價表

礦區地形地貌以構造侵蝕低中山和侵蝕堆積溝谷為主，地形條件中等；礦區地層巖性除第四系松散層外，基巖巖性單一，建造類型清楚，巖體質量等級為Ⅲ～Ⅱ級；構造復雜，斷層發育，斷層帶主要成分為斷層泥；強風化帶完全褪色，深度不大于15m，風化作用中等；礦區有軟弱夾層，局部破碎帶影響巖體的穩定性；局部易發生工程地質問題；根據有關規范，礦區工程地質勘探類型歸劃為工程地質條件中等型。

5 結語

礦坑邊坡穩定性始終是開采過程中所面臨的最主要的工程地質問題，對于可能引發的基巖順層（或沿其他結構面、斷層破碎帶）滑動等地質現象，應引起高度的重視，必須采取相應的支護措施。