舒瑞清(攀鋼集團礦業(yè)有限公司蘭尖鐵礦，四川 攀枝花 617025)

蘭山采場南幫邊坡巖體結構面探討

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

舒瑞清(攀鋼集團礦業(yè)有限公司蘭尖鐵礦，四川 攀枝花 617025)

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

巖體結構面；工程地質(zhì)；力學性質(zhì)

1 前言

蘭家火山露天礦是攀鋼主要礦石原料供應基地。礦山自1970年投產(chǎn)來，年產(chǎn)鐵礦石500萬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，露天底標高在1 210～1 180m，礦區(qū)已進入中深部開采，采場封閉邊坡線長大于3km，是我國大型的露天礦山之一。

根據(jù)國內(nèi)外許多礦山露天邊坡失穩(wěn)的經(jīng)驗得知，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構面的工程地質(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)濟損失。蘭家火山礦區(qū)加上自然邊坡，最高達800余米，這樣高大的邊坡，如果不將制約邊坡穩(wěn)定的結構面工程地質(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)邊坡巖體的結構面特征對露天邊坡穩(wěn)定性的影響，才能確保礦山安全、經(jīng)濟的開采。

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）、細粒流層狀輝長巖（ω3+5）、釩鈦磁鐵礦（Fe）、流層輝長巖（ω1）五個巖組。

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是輝長巖動力變質(zhì)作用的產(chǎn)物，巖石最大特點是節(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，巖體為層狀結構或板塊狀結構；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是攀枝花輝長巖巖體的頂部巖石、是攀枝花釩鈦磁鐵礦的頂板巖石，同時也是組成上盤邊坡的主要巖體。

3 礦區(qū)邊坡巖體的結構面分析

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

3.1 原生結構面

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

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

（2）混熔性結構面。礦區(qū)離下盤邊坡掌子面200余米的大理巖與花崗閃長巖的接觸帶是一個混熔性結構面。

3.2 次生結構面

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

3.2.1 礦區(qū)構造破裂性結構面——斷層

礦區(qū)的斷層比較發(fā)育，且復雜。對礦區(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構面。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)斷層結構面除具有表1的特征外，還有以下共同的特征：結構面的力學性質(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，其它結構面膠結性較差；結構面都比較平直光滑，傾角較陡。斷層走向與邊坡夾角大于40°，單個結構面對邊坡穩(wěn)定性影響不大。

3.2.2 構造動力變質(zhì)帶

構造動力變質(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。從巖體的結構、構造及物質(zhì)組成分析，其工程性質(zhì)特別差。該巖層處于細粒流層狀輝長巖和大理巖之間，它是由ω3+5在動力地質(zhì)作用下變質(zhì)形成的，整個巖帶發(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，形成了一個較大的破裂面。

3.2.3 構造破裂性結構面——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)理詳細線調(diào)查線21條，每條線長23～60m，總計長度1 808m左右，用地質(zhì)羅盤儀沿詳細線2m寬的范圍內(nèi)將0.3m以上的節(jié)理逐條測得方位，根據(jù)節(jié)理出露的長度分A級（5m以上）、B級（1～5m）、C級（0.3～1m）記錄，總計有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)值圖和極點等值線圖分析，這種方法過去是采用手工整理，其工作費時費力，難免產(chǎn)生人為誤差。本次是采用計算機編程進行分析整理，這樣不但省時省工，而且精度很高。圖1、圖2、圖3就是用計算機整理出的不連續(xù)面產(chǎn)狀的極點等值線圖的代表圖。根據(jù)這些圖，又整理出不同巖體中的優(yōu)勢結構面的產(chǎn)狀，詳細情況見表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。按結構面產(chǎn)狀的傾向劃分組距并求出相應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)邊坡詳細線節(jié)理極點等值線圖（M）

圖2 礦區(qū)邊坡詳細線節(jié)理極點等值線圖（ω3+5）

圖3 礦區(qū)邊坡詳細線節(jié)理極點等值線圖（M+ω3+5）

表2 礦區(qū)詳細線調(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應關系，同時又用計算機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°，對應的傾角為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，對應的傾角為45°～60°，這組節(jié)理就是前面論述的輝長巖體中流層理，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)邊坡詳細線節(jié)理傾向、傾角直方圖

圖5 邊盤邊坡詳細線節(jié)理傾向、傾角直方圖

圖6 礦區(qū)邊坡詳細線節(jié)理傾向、傾角直方圖

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

對邊坡巖體中不同類型結構面進行分析研究，目的是獲得各類型結構面的空間分布規(guī)律、力學特征等參數(shù)，從而更好地評價邊坡巖體的穩(wěn)定性。

4 邊坡巖體結構面的力學性質(zhì)分析

結構面存在巖體中，所以討論結構面的力學性質(zhì)，從某種意義講就是在研究巖體的力學性質(zhì)。蘭家火山露天礦巖體的力學試驗從建礦初期就在開展，經(jīng)過三十多年研究試驗工作，歸納起來主要進行過結構面中型剪切試驗、現(xiàn)場的原位力學試驗和三軸剪切試驗等，各時期和各種類型的試驗結果見表3。

表3 礦區(qū)巖體（層）力學試驗匯總

通過對各類巖體（石）試驗表明，除ω6帶外，其它各類型結構面強度都比較高，力學性質(zhì)都很好。實際出露的邊坡巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)、物理力學特征很好，由ω1、M、ω3+5、Fe巖體組成的邊坡是很穩(wěn)定的，各時期所做的巖體（面）的力學試驗，反映了礦區(qū)邊坡巖體結構面的力學性質(zhì)。

5 結語

通過對蘭家采場南幫邊坡巖體結構面探討，基本上確定了蘭家火山礦區(qū)邊坡巖體中結構面空間的分布規(guī)律及各類型的結構面對邊坡穩(wěn)定性的影響，其結論是：構造動力變質(zhì)帶——軟弱夾層對礦區(qū)邊坡穩(wěn)定的影響危害最大，是整個下盤邊坡潛在的滑動面；礦山生產(chǎn)過程中要加強此控制性結構面的中深部調(diào)查研究，建議采用邊坡位移觀測網(wǎng)對其進行監(jiān)測控制，確保礦山安全、經(jīng)濟、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裂爆破或控制爆破來減輕對順坡向節(jié)理及流層理的破壞，從而確保小臺階邊坡的穩(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