白 冰

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，甘肅 張掖 734000）

礦產(chǎn)資源的開發(fā)與利用是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，也是科學(xué)技術(shù)賴以持續(xù)發(fā)展的原材料之一。因此，合理規(guī)劃資源的開采進(jìn)度是至關(guān)重要的[1]。資源的開發(fā)與利用離不開工程地質(zhì)的勘察，如何有效地提高礦山巖土工程勘察質(zhì)量是降低采礦風(fēng)險的前提。鑒于此，本文結(jié)合礦山巖土工程勘察實(shí)例，分析土工試驗(yàn)在該項(xiàng)工作中的要點(diǎn)，以期為提高土工試驗(yàn)質(zhì)量提供參考依據(jù)。

1 礦山土工試驗(yàn)主要內(nèi)容

礦山土工試驗(yàn)的主要目的是查明礦山范圍內(nèi)各個巖土體的物理力學(xué)參數(shù)，為進(jìn)一步制定資源開采方案等提供數(shù)據(jù)支撐[2，3]。因此，礦山土工試驗(yàn)就是利用專業(yè)儀器設(shè)備對礦山范圍內(nèi)開采資源可能涉及到的巖土體進(jìn)行測試分析，對各個巖土體結(jié)構(gòu)以及物理力學(xué)性能等進(jìn)行綜合評價，如含水量、密度、壓縮強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和放射性等。常見的礦山土工試驗(yàn)方法包括滲透試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)等，應(yīng)結(jié)合礦山巖土體類型等選擇合理的試驗(yàn)方法[4，5]。如某礦山為了確定各個巖土體物理力學(xué)參數(shù)，對涉及到的風(fēng)化花黑云母二長花崗巖、半風(fēng)化黑云母二長花崗巖和未風(fēng)化的黑云母二長花崗巖進(jìn)行了測試分析，其結(jié)果見表1。由表1可知：風(fēng)化黑云母二長花崗巖的壓縮強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度均較低，不宜作為開采過程中的持力層；未風(fēng)化黑云母二長花崗巖的壓縮強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度均較大，滿足堅(jiān)硬巖組的基本要求，可以將其作為平硐以及采空區(qū)的持力層。

2 礦山土工試驗(yàn)主要用途

為充分說明礦山土工試驗(yàn)的適用用途等，本文結(jié)合某礦山工程地質(zhì)調(diào)查進(jìn)行論述。

2.1 工程巖組劃分

工程巖組劃分是土工試驗(yàn)的主要目的，是對不同巖土體樣品進(jìn)行測試后，根據(jù)各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行工程巖組的劃分，如根據(jù)表1測試結(jié)果，可將該礦山內(nèi)的各個巖土體劃分為如下幾個工程巖組。

表1 某礦山不同巖土體物理力學(xué)參數(shù)一覽表

2.1.1 松散堆積巖組

該組主要為第四系殘坡積層，整體較軟，可塑狀態(tài)，土體結(jié)構(gòu)松散，由它構(gòu)成的土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性較差，但其厚度較薄，分布范圍較少，因此不會引發(fā)成規(guī)模的滑坡、崩塌等災(zāi)害。此外，該巖組主要分布于礦區(qū)周邊沖溝及兩側(cè)20m范圍內(nèi)，推測厚度2m～3m，對礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用影響不大。

2.1.2 較堅(jiān)硬巖組

主要為風(fēng)化的黑云母二長花崗巖。風(fēng)化的黑云母二長花崗巖呈灰白色、白色，花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，風(fēng)化程度較弱，巖石硬度較大，質(zhì)脆。巖石的出露面積較大，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，完整性較好，沿溝谷呈高聳山包狀，局部呈陡坎狀，巖石裂隙發(fā)育較弱。該巖組是礦體的頂板，屬于較穩(wěn)定巖組，根據(jù)少量的物理力學(xué)參數(shù)可知（表1），其壓縮強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度均不能滿足持力層的需求。

2.1.3 堅(jiān)硬巖組

主要為未風(fēng)化的黑云母二長花崗巖。黑云母二長花崗巖總體呈灰白色，花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，未風(fēng)化，巖石硬度較大，堅(jiān)硬。該組可作為資源開采的主要持力層，其壓縮強(qiáng)度一般大于100MPa。

2.2 工程地質(zhì)條件現(xiàn)狀評價

根據(jù)土工試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造特征等，對礦區(qū)的工程地質(zhì)條件現(xiàn)狀進(jìn)行評價，如礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較弱，巖石較為完整，山體穩(wěn)定，自然斜坡現(xiàn)狀穩(wěn)定，區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)滑坡、崩塌等災(zāi)害，工程地質(zhì)條件較好。但在暴雨、地震、采場邊坡在不利組合條件下，可能引起采場邊坡的局部崩塌、掉塊現(xiàn)象。

2.3 工程地質(zhì)條件預(yù)測評價

由于礦區(qū)的巖石較硬，力學(xué)強(qiáng)度高，屬較堅(jiān)硬巖石，礦山開采而引發(fā)山體崩塌、滑坡、泥石流的可能性小，導(dǎo)致環(huán)境惡化可能性小。但受到節(jié)理面和風(fēng)化作用的切割影響，采場邊坡在不利的組合條件下，易引起采場邊坡局部崩塌、掉塊現(xiàn)象；采場內(nèi)形成的危巖若未能及時清除，在降雨季和爆破力震動影響下，該區(qū)域存在崩塌的可能性，將危及施工人員及設(shè)備的安全，可能性中等，危險性中等。

對于采礦活動可能引發(fā)的邊坡崩塌、掉石等隱患，建議采場開采順序應(yīng)自上而下的分臺階開采，階段高度10m，階段邊坡角60°，安全平臺寬度6m，最終邊坡角采用55°。對不穩(wěn)定邊坡應(yīng)長期進(jìn)行監(jiān)測，并采取支擋、加固等措施。對危巖、坡面浮石及時清除，防止其墜落，危及施工人員及設(shè)備的安全。

2.4 工程地質(zhì)類型

根據(jù)土工測試結(jié)果，結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)特征等，對礦區(qū)的工程地質(zhì)類型進(jìn)行評價，為進(jìn)一步編制開采方案提供依據(jù)[6]。如礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單，巖石力學(xué)強(qiáng)度高，幾乎無軟弱夾層，解理裂隙發(fā)育較弱，其完整性和穩(wěn)定性均相對較好，露天開采時需將采場邊坡角控制在合理范圍之內(nèi)，并及時清除坡面浮石、危巖，防止其墜落。因此，礦區(qū)的工程地質(zhì)類型為層狀結(jié)構(gòu)的中等類型。

3 土工試驗(yàn)要點(diǎn)分析

3.1 樣品的采集

樣品的采集質(zhì)量對土工試驗(yàn)結(jié)果影響較大，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①應(yīng)按照不同的巖土體類型進(jìn)行分別采集樣品，如黑云母二長花崗巖可根據(jù)風(fēng)化程度等分為全風(fēng)化黑云母二長花崗巖、半風(fēng)化黑云母二長花崗巖、弱風(fēng)化黑云母二長花崗巖和未風(fēng)化黑云母二長花崗巖等類型，若在測試過程中未按照不同類型采集樣品，則所獲得的測試結(jié)果是不可靠的；②樣品的采集應(yīng)避免原始狀態(tài)的擾動，即樣品采集不宜使用大錘等擊打取樣，這是因?yàn)檫@種方式會導(dǎo)致所采集的樣品因擊打而產(chǎn)生大量的微裂隙，雖然在肉眼現(xiàn)狀下無法識別出，但是顯著降低了各類巖土體的壓縮強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，同時降低了巖土體的耐磨性，提高了樣品的吸水率，所獲取的測試結(jié)果也是無法滿足實(shí)際需求的。因此，為了確保樣品采集合格，可采用小型切割機(jī)對所需樣品進(jìn)行切割，再經(jīng)過鋼釬等工具在切割裂縫部位輕輕敲打即可完成樣品的采集工作（圖1）。

圖1 未風(fēng)化黑云母二長花崗巖樣品照片

3.2 樣品的加工

對于礦山土工試驗(yàn)來說，樣品的加工質(zhì)量對測試結(jié)果的影響極為明顯，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①樣品測試大小的確定，對于細(xì)粒花崗巖來說，如切割成3cm×3cm×3cm的標(biāo)準(zhǔn)樣品可進(jìn)行試驗(yàn)，所獲測試結(jié)果基本一致；但是對于巨斑狀黑云母花崗巖等樣品來說，巖石中的斜長石、鉀長石等斑晶的長度可大于3cm，此時若繼續(xù)切割成3cm×3cm×3cm的標(biāo)準(zhǔn)樣品，則在測試過程中因樣品尺度范圍內(nèi)礦物差異而導(dǎo)致壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等顯著降低，此時需要根據(jù)巖石的均一程度適當(dāng)調(diào)整樣品的大?。▓D2），才能獲得更加可靠的測試結(jié)果；②巖土體樣品的壓縮強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度等分為干燥和飽和兩種狀態(tài)，即在標(biāo)準(zhǔn)樣品制備完成后，飽和樣品需要在水中浸泡，此時需要根據(jù)測試樣品的基本巖性進(jìn)行判斷，確定樣品的浸泡時間，這是由于不同巖性的巖石具有不一致的吸水性和保水性，只有在充分飽水的條件下，所獲的飽水壓縮強(qiáng)度和飽水彎曲強(qiáng)度等才更加可靠。

圖2 巨斑狀黑云母二長花崗巖標(biāo)準(zhǔn)樣品

3.3 樣品的測試過程

樣品的測試過程對土工試驗(yàn)結(jié)果影響也較為明顯，尤其是壓縮強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，這是由于壓縮強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度是在壓力機(jī)的作用下進(jìn)行試驗(yàn)的，此時對壓力的施加至關(guān)重要，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①在壓縮強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度測試過程中，壓力的施加不宜過慢，若緩慢增加靜載壓力，則所獲取的巖石強(qiáng)度是不真實(shí)的，一般所獲取的壓縮強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度略大；②若在靜載壓力過快時，則容易對標(biāo)準(zhǔn)樣品施加巨大的壓力，此時導(dǎo)致巖石內(nèi)部的礦物顆粒之間還未適應(yīng)壓力的變化時就已經(jīng)使得部分礦物破碎，進(jìn)而導(dǎo)致所獲取的壓縮強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度值是遠(yuǎn)小于實(shí)際值的。

3.4 試驗(yàn)設(shè)備的選擇

在土工試驗(yàn)過程中試驗(yàn)設(shè)備的選擇較為重要，這是由于不同廠家生產(chǎn)的儀器設(shè)備的穩(wěn)定性是不一致的[7，8]。因此，為了確保土工試驗(yàn)結(jié)果的可靠性和穩(wěn)定性，一般宜選擇國家規(guī)定的相關(guān)儀器設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)，對于不符合標(biāo)準(zhǔn)的儀器設(shè)備不宜作為礦山土工試驗(yàn)使用。

此外，儀器設(shè)備在使用過程中受多種因素的影響，導(dǎo)致出現(xiàn)各類隱患，故做好儀器設(shè)備的定期檢修、維護(hù)與保養(yǎng)是提高設(shè)備性能的基礎(chǔ)。如刮土刀在使用時間較長的情況下容易因缺口而導(dǎo)致刀刃不平整，容易造成試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)不必要的誤差。

4 結(jié)語

綜上所述，土工試驗(yàn)在礦山巖土工程勘察中的應(yīng)用極為廣泛，與礦產(chǎn)資源的開發(fā)與利用息息相關(guān)，與礦山的安全生產(chǎn)緊密的聯(lián)系在一起，因此如何提高礦山巖土工程勘察過程中的土工試驗(yàn)結(jié)果的可靠性和穩(wěn)定性，是當(dāng)前一直探索的熱點(diǎn)問題之一。本文通過實(shí)例的方式講述了礦山土工試驗(yàn)的主要用途，同時根據(jù)土工試驗(yàn)流程對各個環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)失誤的操作進(jìn)行了簡要的總結(jié)，為同類型礦山土工試驗(yàn)質(zhì)量的提高提供參考。