舒瑞清(攀鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司蘭尖鐵礦，四川 攀枝花 617025)

蘭山采場(chǎng)南幫邊坡巖體結(jié)構(gòu)面探討

Discussion on structural plane of slope rock mass in south side of Lanshan stope

舒瑞清(攀鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司蘭尖鐵礦，四川 攀枝花 617025)

通過對(duì)蘭家火山露天礦邊坡巖體中結(jié)構(gòu)面的探討，論述了不同類型的結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響程度，從而闡述了露天邊坡開展巖體結(jié)構(gòu)面調(diào)查研究的重要性。

巖體結(jié)構(gòu)面；工程地質(zhì)；力學(xué)性質(zhì)

1 前言

蘭家火山露天礦是攀鋼主要礦石原料供應(yīng)基地。礦山自1970年投產(chǎn)來，年產(chǎn)鐵礦石500萬(wàn)t；目前1 735m至1 360m近400余米高的固定邊坡已形成，礦區(qū)最低開拓水平為1 300m，露天底標(biāo)高在1 210～1 180m，礦區(qū)已進(jìn)入中深部開采，采場(chǎng)封閉邊坡線長(zhǎng)大于3km，是我國(guó)大型的露天礦山之一。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外許多礦山露天邊坡失穩(wěn)的經(jīng)驗(yàn)得知，失穩(wěn)最主要的原因是沒有查清楚存在于邊坡巖體中的各種結(jié)構(gòu)面的工程地質(zhì)性質(zhì)，也就是潛在的原因，從而造成礦山邊坡失穩(wěn)或其它重大的經(jīng)濟(jì)損失。蘭家火山礦區(qū)加上自然邊坡，最高達(dá)800余米，這樣高大的邊坡，如果不將制約邊坡穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面工程地質(zhì)性質(zhì)調(diào)查清楚，將是礦山邊坡工程地質(zhì)工作中的最大失誤。因此研究礦區(qū)邊坡巖體的結(jié)構(gòu)面特征對(duì)露天邊坡穩(wěn)定性的影響，才能確保礦山安全、經(jīng)濟(jì)的開采。

2 礦區(qū)邊坡巖體工程地質(zhì)概況

組成礦區(qū)邊坡的巖體從南向北主要有大理巖（M）、角閃片巖（ω6）、細(xì)粒流層狀輝長(zhǎng)巖（ω3+5）、釩鈦磁鐵礦（Fe）、流層輝長(zhǎng)巖（ω1）五個(gè)巖組。

M由于受多期巖漿侵入的影響，變質(zhì)較深，產(chǎn)狀也比較復(fù)雜，呈北東45°±5°走向，傾向北西，傾角在 36°～50°間，是組成下盤邊坡的主要地質(zhì)體；ω6是輝長(zhǎng)巖動(dòng)力變質(zhì)作用的產(chǎn)物，巖石最大特點(diǎn)是節(jié)理、劈理極為發(fā)育，50～100條/m，節(jié)理產(chǎn)狀與下盤邊坡的產(chǎn)狀基本一致，巖體的工程地質(zhì)條件最差；ω3+5是攀枝花輝長(zhǎng)巖巖體的底部巖石、是釩鈦磁鐵礦的底板圍巖，巖體為層狀結(jié)構(gòu)或板塊狀結(jié)構(gòu)；Fe組成的邊坡其穩(wěn)定性均較好，通過分析研究下盤邊坡掛幫的礦石主要為底部的Ⅸ礦帶，在1 300m水平下的邊坡上有零星分布；上盤從1510m至1210m水平均有掛幫；ω1是攀枝花輝長(zhǎng)巖巖體的頂部巖石、是攀枝花釩鈦磁鐵礦的頂板巖石，同時(shí)也是組成上盤邊坡的主要巖體。

3 礦區(qū)邊坡巖體的結(jié)構(gòu)面分析

存在于巖體中的不同類型的結(jié)構(gòu)面，不但破壞了巖體的完整性，而且直接影響了巖體的力學(xué)性質(zhì)。礦區(qū)邊坡巖體中的結(jié)構(gòu)面主要為原生結(jié)構(gòu)面及次生結(jié)構(gòu)面。

3.1 原生結(jié)構(gòu)面

原生結(jié)構(gòu)面指在成巖過程中或巖漿侵入活動(dòng)及冷凝過程中形成的結(jié)構(gòu)面。該區(qū)主要有輝長(zhǎng)巖中流層理及大理巖與花崗閃長(zhǎng)巖的侵入接觸面。

（1）輝長(zhǎng)巖體中流層理結(jié)構(gòu)面。巖漿在凝固過程中淺色礦物與暗色礦物沿著其長(zhǎng)軸方向成定向排列而形成的一種構(gòu)造現(xiàn)象。特點(diǎn)是：柱狀或片狀的暗色礦物與淺色的斜長(zhǎng)石相間出現(xiàn)，形成明顯的條帶或“層理”，延伸長(zhǎng)達(dá)幾米到十幾米不等，產(chǎn)狀在（325°～345°）/（∠40°～∠50°）之間。主要存在于ω3+5和ω1巖體中。結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，延伸性、連續(xù)性均較好，與下盤大邊坡的產(chǎn)狀接近，因而對(duì)下盤邊坡穩(wěn)定性的影響很不利。

（2）混熔性結(jié)構(gòu)面。礦區(qū)離下盤邊坡掌子面200余米的大理巖與花崗閃長(zhǎng)巖的接觸帶是一個(gè)混熔性結(jié)構(gòu)面。

3.2 次生結(jié)構(gòu)面

次生結(jié)構(gòu)面是指巖體形成后，由于次生作用而形成的結(jié)構(gòu)面。采礦最關(guān)心的是構(gòu)造應(yīng)力作用形成的斷裂構(gòu)造結(jié)構(gòu)面的規(guī)模、性質(zhì)與露天礦坑邊坡幾何形狀的組合關(guān)系。

3.2.1 礦區(qū)構(gòu)造破裂性結(jié)構(gòu)面——斷層

礦區(qū)的斷層比較發(fā)育，且復(fù)雜。對(duì)礦區(qū)影響較大的是NW向斷層，它把礦區(qū)所有的巖體和礦體都切割，斷層上盤一律向北推移，是區(qū)內(nèi)最晚的一組壓扭性結(jié)構(gòu)面。各斷層的性質(zhì)見表1。

表1 礦區(qū)主要斷層性質(zhì)

礦區(qū)內(nèi)斷層結(jié)構(gòu)面除具有表1的特征外，還有以下共同的特征：結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)都具有扭性；斷層破碎帶除F205與F206外均不發(fā)育，往往僅表現(xiàn)為一條窄縫，且較隱蔽；斷層面上綠泥石化、擦痕很明顯，除巖脈充填外，其它結(jié)構(gòu)面膠結(jié)性較差；結(jié)構(gòu)面都比較平直光滑，傾角較陡。斷層走向與邊坡夾角大于40°，單個(gè)結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響不大。

3.2.2 構(gòu)造動(dòng)力變質(zhì)帶

構(gòu)造動(dòng)力變質(zhì)帶就是前面談到的角閃片巖巖組。在攀枝花露天礦區(qū)的下盤邊坡上均有出露，厚度0.1～20m。從巖體的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及物質(zhì)組成分析，其工程性質(zhì)特別差。該巖層處于細(xì)粒流層狀輝長(zhǎng)巖和大理巖之間，它是由ω3+5在動(dòng)力地質(zhì)作用下變質(zhì)形成的，整個(gè)巖帶發(fā)育有極為密集的節(jié)理、片理和劈理。且成迭瓦狀、魚鱗片，互相貫通，形成了一個(gè)較大的破裂面。

3.2.3 構(gòu)造破裂性結(jié)構(gòu)面——節(jié)理

節(jié)理在礦區(qū)內(nèi)十分發(fā)育，為了系統(tǒng)地收集和統(tǒng)計(jì)各巖體中節(jié)理發(fā)育規(guī)律，在已靠幫的邊坡（約1km2）掌子面內(nèi)，布置了節(jié)理詳細(xì)線調(diào)查線21條，每條線長(zhǎng)23～60m，總計(jì)長(zhǎng)度1 808m左右，用地質(zhì)羅盤儀沿詳細(xì)線2m寬的范圍內(nèi)將0.3m以上的節(jié)理逐條測(cè)得方位，根據(jù)節(jié)理出露的長(zhǎng)度分A級(jí)（5m以上）、B級(jí)（1～5m）、C級(jí)（0.3～1m）記錄，總計(jì)有6218條節(jié)理，本文將從三方面分析研究它們的工程地質(zhì)特征。

（1）不連續(xù)面產(chǎn)狀的等密度數(shù)值圖及極點(diǎn)等值線圖分析。不連續(xù)面產(chǎn)狀的等密度數(shù)值圖和極點(diǎn)等值線圖分析，這種方法過去是采用手工整理，其工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，難免產(chǎn)生人為誤差。本次是采用計(jì)算機(jī)編程進(jìn)行分析整理，這樣不但省時(shí)省工，而且精度很高。圖1、圖2、圖3就是用計(jì)算機(jī)整理出的不連續(xù)面產(chǎn)狀的極點(diǎn)等值線圖的代表圖。根據(jù)這些圖，又整理出不同巖體中的優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀，詳細(xì)情況見表2。

（2）不連續(xù)面產(chǎn)狀傾向、傾角直方圖分析。這是一種類似于不連續(xù)面產(chǎn)狀概率分布分析圖，是本次工作的創(chuàng)新。按結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的傾向劃分組距并求出相應(yīng)傾向組的平均傾角值作的直方見圖，圖4、圖5、圖6就是利用詳細(xì)線調(diào)查的資料整理出的礦區(qū)邊坡節(jié)理的傾向傾角節(jié)理直方圖。

圖1 礦區(qū)邊坡詳細(xì)線節(jié)理極點(diǎn)等值線圖（M）

圖2 礦區(qū)邊坡詳細(xì)線節(jié)理極點(diǎn)等值線圖（ω3+5）

圖3 礦區(qū)邊坡詳細(xì)線節(jié)理極點(diǎn)等值線圖（M+ω3+5）

表2 礦區(qū)詳細(xì)線調(diào)查節(jié)理裂隙分析

從圖4可以看出，邊坡巖體中的節(jié)理傾角較陡，傾角在75°±5°的節(jié)理最發(fā)育，占調(diào)查節(jié)理數(shù)的50%。而此圖只能說明傾角的變化情況，不能反映傾向與傾角的對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)又用計(jì)算機(jī)作了傾向傾角直方圖。

傾向在0°～360°之間變化，分組間距為12°，共分了30組。圖5反映的是0°～180°的傾向傾角的變化情況。從該圖中可以看出最高頻率節(jié)理產(chǎn)狀為84°～102°，對(duì)應(yīng)的傾角為57°，與邊坡走向呈直交，有利于邊坡的穩(wěn)定；圖6反映的是192°～360°的傾向傾角的變化情況，從圖中看出324°～360°之間的節(jié)理最發(fā)育，對(duì)應(yīng)的傾角為45°～60°，這組節(jié)理就是前面論述的輝長(zhǎng)巖體中流層理，也是順坡向節(jié)理，這組節(jié)理與上面84°～102°節(jié)理的組合，常常造成小臺(tái)階邊坡的并段，因而在邊坡爆破中要采用控制爆破。

圖4 礦區(qū)邊坡詳細(xì)線節(jié)理傾向、傾角直方圖

圖5 邊盤邊坡詳細(xì)線節(jié)理傾向、傾角直方圖

圖6 礦區(qū)邊坡詳細(xì)線節(jié)理傾向、傾角直方圖

（3）詳細(xì)線節(jié)理裂隙特征分析。表2是邊坡詳細(xì)線調(diào)查節(jié)理面的物理形態(tài)綜合分析，從表中看出，壓扭性的結(jié)構(gòu)面占調(diào)查結(jié)構(gòu)面的67.7%，光滑的結(jié)構(gòu)面占調(diào)查結(jié)構(gòu)面的55%，這些數(shù)據(jù)是和地區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)作用是一致的。

對(duì)邊坡巖體中不同類型結(jié)構(gòu)面進(jìn)行分析研究，目的是獲得各類型結(jié)構(gòu)面的空間分布規(guī)律、力學(xué)特征等參數(shù)，從而更好地評(píng)價(jià)邊坡巖體的穩(wěn)定性。

4 邊坡巖體結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)分析

結(jié)構(gòu)面存在巖體中，所以討論結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)，從某種意義講就是在研究巖體的力學(xué)性質(zhì)。蘭家火山露天礦巖體的力學(xué)試驗(yàn)從建礦初期就在開展，經(jīng)過三十多年研究試驗(yàn)工作，歸納起來主要進(jìn)行過結(jié)構(gòu)面中型剪切試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)的原位力學(xué)試驗(yàn)和三軸剪切試驗(yàn)等，各時(shí)期和各種類型的試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 礦區(qū)巖體（層）力學(xué)試驗(yàn)匯總

通過對(duì)各類巖體（石）試驗(yàn)表明，除ω6帶外，其它各類型結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度都比較高，力學(xué)性質(zhì)都很好。實(shí)際出露的邊坡巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)、物理力學(xué)特征很好，由ω1、M、ω3+5、Fe巖體組成的邊坡是很穩(wěn)定的，各時(shí)期所做的巖體（面）的力學(xué)試驗(yàn)，反映了礦區(qū)邊坡巖體結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)蘭家采場(chǎng)南幫邊坡巖體結(jié)構(gòu)面探討，基本上確定了蘭家火山礦區(qū)邊坡巖體中結(jié)構(gòu)面空間的分布規(guī)律及各類型的結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，其結(jié)論是：構(gòu)造動(dòng)力變質(zhì)帶——軟弱夾層對(duì)礦區(qū)邊坡穩(wěn)定的影響危害最大，是整個(gè)下盤邊坡潛在的滑動(dòng)面；礦山生產(chǎn)過程中要加強(qiáng)此控制性結(jié)構(gòu)面的中深部調(diào)查研究，建議采用邊坡位移觀測(cè)網(wǎng)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制，確保礦山安全、經(jīng)濟(jì)、高效、持續(xù)穩(wěn)定的生產(chǎn)。另外在臨近靠幫的邊坡要采取預(yù)裂爆破或控制爆破來減輕對(duì)順坡向節(jié)理及流層理的破壞，從而確保小臺(tái)階邊坡的穩(wěn)定。

TD854.6

B

2010-01-19

舒瑞清（1965-），女，四川遂寧人，地質(zhì)工程師，從事礦山邊坡水文地質(zhì)和礦山實(shí)物質(zhì)量管理工作。

Abstract:By discussing the structural plane of slope rock mass in Lanjia Huoshan open-pit mine,the influence of different types of structural planes on slope stability are discussed,and the importance of implementing investigation and research on structural plane of rock mass to the final pit slope is introduced.

Key words:structural plane of rock mass;engineering geology;mechanical property

1672-609X（2011）01-0025-04