三道莊礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造對礦山工程安全的影響分析

楊敬國

（洛陽欒川鉬業(yè)集團股份有限公司， 河南欒川縣 471500）

三道莊礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造對礦山工程安全的影響分析

楊敬國

（洛陽欒川鉬業(yè)集團股份有限公司， 河南欒川縣 471500）

礦山地質(zhì)構(gòu)造主要有褶皺、斷層、破碎帶構(gòu)造、節(jié)理、解理等類型，地質(zhì)構(gòu)造對于礦山工程的安全具有很大影響。對三道莊礦區(qū)各種地質(zhì)構(gòu)造對礦山工程安全的影響進行分析，為礦山安全生產(chǎn)提供參考。

地質(zhì)構(gòu)造；礦山工程；安全性；三道莊礦區(qū)

1 礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造與地層

三道莊礦區(qū)位于秦嶺緯向構(gòu)造帶的南亞帶，受淮陽山字型構(gòu)造干擾影響，礦床賦存在向南拖移呈弧形轉(zhuǎn)折的部位。區(qū)內(nèi)地層、構(gòu)造、變質(zhì)帶及巖漿巖均呈北西西—北西向分布。本區(qū)自晚元古代以來，經(jīng)歷了多次地殼運動，又由于伏?！髣e弧型及新華夏系構(gòu)造的干擾和影響，不同方向、不同性質(zhì)、不同時期的構(gòu)造形跡廣泛發(fā)育，斷層結(jié)構(gòu)面有過多次力學性質(zhì)的轉(zhuǎn)變，造成了區(qū)內(nèi)錯綜復(fù)雜的形變。

整個區(qū)域跨3個一級褶皺帶。北部為熊耳山隆褶帶；南部為伏牛山隆褶帶；中部主體為三川－欒川陷褶斷帶，礦區(qū)位于該帶中部。

三川－欒川陷褶斷帶南以叫河－陶灣－后坪斷裂（F1）為界，北出測區(qū)至馬超營斷裂。主要由欒川群及陶灣群一套淺變質(zhì)巖組成。褶皺緊密、形態(tài)復(fù)雜。帶內(nèi)大部分褶曲由于走向斷裂的破壞，殘缺不全。在該陷褶斷帶內(nèi)，主要褶曲有：

（1）青和堂－莊科背斜，該背斜兩翼產(chǎn)狀較陡，核部產(chǎn)狀較緩，軸面近直立，為一較對稱的箱狀背斜；

（2）黃背嶺－石寶溝背斜，背斜北翼產(chǎn)狀變化較大，時北時南，南翼地層大部分倒轉(zhuǎn)，為一倒轉(zhuǎn)的復(fù)式背斜；

（3）包頭寨－三道莊向斜，東端略向南偏轉(zhuǎn)，核部由南泥湖組、煤窯溝組地層組成，兩翼由三川組、白術(shù)溝組地層組成。

三川組（Pt3s）主要分布在礦區(qū)東部南莊、北莊及北部十八盤一帶，根據(jù)巖性組合特征和沉積旋回，可分上、下兩個巖性段。下段（Pt3s1）以含石英細礫的變質(zhì)砂巖為主，夾千枚巖，經(jīng)熱力接觸變質(zhì)作用形成長英角巖、黑云母長英角巖夾石英巖，厚度大于140m。上段（Pt3s2）巖性以大理巖為主，夾薄層鈣質(zhì)片巖。經(jīng)熱接觸變質(zhì)作用，形成各種鈣硅酸角巖。后受接觸交代作用，鈣硅酸角巖大部分變成透輝石、石榴子石矽卡巖，厚度136～260m。根據(jù)原巖礦物成分及接觸交代作用的程度不同，由下而上可分3層：

（1）透輝石斜長石角巖（Pt3s2－1），地表出露于南莊、北莊一帶，巖性變化較大，有二云母片巖、黑云母片巖、云母石英片巖等，因受熱接觸變質(zhì)及接觸交代作用，已變成磁黃鐵礦透輝石長英角巖或透輝石斜長石角巖，厚3～15m；

（2）硅灰石大理巖、條帶狀石榴子石硅灰石角巖夾透輝石斜長石角巖（Pt3s2－2）；

（3）透輝石斜長石角巖（Pt3s2－3），呈淺綠色，具顯微花崗變晶結(jié)構(gòu)，塊狀、條帶狀構(gòu)造，主要由斜長石、透輝石組成。

南泥湖組下段（Pt3n1）分布于太保山、祖師廟、三道莊嶺、南泥湖及上東溝腦一帶，多形成陡壁，以石英巖為主，夾絹云母黑云母片巖。角巖化后變?yōu)槭r及長英角巖夾黑云母長英角巖。

巖層經(jīng)過褶皺作用后，在褶皺不同部位的巖石結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性具有較大的差別，在背斜軸部節(jié)理以張性為主，因此，穩(wěn)定能力明顯減弱。在向斜軸部，節(jié)理以壓性或壓扭性為主，因此，穩(wěn)定能力介于背斜軸部和向斜軸部之間。此外，背斜傾伏端埋深相對大，穩(wěn)定能力也相應(yīng)增強，而向斜仰起端埋深相對減少，穩(wěn)定能力也相對減弱。特別是在箱狀背斜的頂翼，加之有上下部的采空區(qū)，其穩(wěn)定性很差，跨度大的采空區(qū)很容易塌陷。

2 地質(zhì)構(gòu)造對礦山工程的影響

2.1 斷層對礦山工程的影響

斷層穩(wěn)定性隨斷裂性質(zhì)的不同而具有顯著的差異。壓性斷層因受到較大壓應(yīng)力作用，內(nèi)部充填結(jié)構(gòu)致密的斷層泥、糜棱巖，地表降水不易滲入，相對而言在雨季安全性較好，其傾角一般較緩，產(chǎn)生垮塌的可能性小。張性斷層則相反，一般來說，張性斷層引起兩盤巖層產(chǎn)生層間錯動的規(guī)模很小，結(jié)構(gòu)松散的碎裂隙巖、斷層泥不發(fā)育，其穩(wěn)定性差，在雨季由于雨水滲入減小了巖層之間的摩擦力，產(chǎn)生空區(qū)垮塌的可能性很大。其它斷層穩(wěn)定性則按壓扭性、扭性、張扭性的順序逐漸減弱。此外，斷層對巖石的穩(wěn)定還明顯受到構(gòu)造作用的強烈程度影響，隨著地質(zhì)構(gòu)造作用的加強，斷層泥、糜棱巖進一步發(fā)育，其穩(wěn)定性更差。另外斷層的寬度、傾角破碎程度對巖體的穩(wěn)定性也有極大的影響，近于直立的斷層就容易使采空區(qū)垮塌，破碎帶越寬其穩(wěn)定性就越差。斷層交匯對于礦山工程的影響是不可忽視的，在溜井設(shè)計、運輸?shù)涝O(shè)計時，要避開斷層交匯地段，不然，易造成大面積垮塌，例如三道莊礦4＃破碎站的建設(shè)，就出現(xiàn)過這種情況，最后不得改動溜井位置，重新建設(shè)，還有該礦1＃破碎站也出現(xiàn)過這種情況，在井筒邊上有一個破碎帶穿過，結(jié)果造成井壁快速磨損，不得不利用鉆孔用水泥砂漿重新澆筑，經(jīng)過兩次大修才可使用。

2.2 斷層對永久邊坡的影響

永久邊坡在斷層破碎帶上的情況有以下幾種：

（1）斷層走向垂直于臺階坡頂線，這種情況易引起邊坡局部垮塌；

（2）斷層破碎帶走向與邊坡坡頂線走向相同或相交，一種是大于臺階坡面角，另一種是小于臺階坡面角，小于臺階坡面角的情況最容易垮塌。

2.3 節(jié)理解理劈理對礦巖穩(wěn)定性的影響

三道莊礦區(qū)內(nèi)不同方向、不同性質(zhì)的節(jié)理裂隙十分發(fā)育，最為發(fā)育的裂隙有兩組：一組走向280°～31°，另一組走向為20°～40°，其次為南北向與北東東向兩組。在南泥湖組下段（Pt3n1），角巖化后變?yōu)槭r及長英角巖夾黑云母長英角巖，經(jīng)風化后層理節(jié)理發(fā)育，因此在采空區(qū)暴露面積大時易產(chǎn)生垮塌。

2.4 降雨對地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定性的影響

由于降雨使大量的雨水灌入構(gòu)造帶內(nèi)，從而使巖層之間的摩擦力減小，在這些受力薄弱面，往往容易產(chǎn)生塌落現(xiàn)象。

2.5 構(gòu)造對于礦山工程穩(wěn)定性的破壞

三道莊露天礦的4＃破碎站地段主要地層為三川組地層（Pt3s），分上下兩個巖性段，下段（Pt3s1）為黑云母長英角巖，上段主要為長英角巖（Pt3s2－1）、透輝石石榴子石矽卡巖（Pt3s2－2），含石榴子石硅灰石大理巖（Pt3s2－2G＋T）。巖層傾向北東，傾角10°～15°。4＃破碎站現(xiàn)出露4條比較大的斷層，寬度1.5～5.0m不等，走向北東，其中F1斷層充填物為黃褐色圍巖角礫，F(xiàn)2、F3、F4斷層充填物為淡黃色土狀物質(zhì)。受斷層影響，裂隙，層理十分發(fā)育，產(chǎn)狀與斷層基本一致，裂隙開口較大。其中較大的裂隙有4條，全分布在F1與F2斷層之間，寬度為10～30cm，走向東西，傾角57°～75°。層理十分發(fā)育，寬10cm左右，具體分布見圖1。從工程地質(zhì)鉆施工來看，除71.5～80m處有1條較寬的破碎帶，實際上多處揭露了寬0.2～1.0mm的裂隙、層理和破碎帶，說明了此處裂隙、層理十分發(fā)育，構(gòu)造十分復(fù)雜，經(jīng)過進一步的編錄，鉆孔柱狀圖所標示的應(yīng)是F4破碎帶。

圖1 地表平面

1310措施平巷現(xiàn)已揭露3條破碎帶，分別對應(yīng)原來的F3、F4破碎帶，F(xiàn)5破碎帶層理發(fā)育，在1310平巷開口處揭露，寬20m左右，傾向南東，對下部建筑物無影響，對向西皮帶道將產(chǎn)生影響。F4破碎帶現(xiàn)對向西掘進的皮帶道產(chǎn)生了極大的破壞作用，在西道左側(cè)現(xiàn)已揭露一條寬0.14m厚的層理（層間破碎），傾向北東，傾角45°左右，對西道下滑塌方起到很大的作用，在西道道頭可見“X”形節(jié)理4條，“X”形節(jié)理呈西南和東西方向，與F3和F4破碎帶方向一致，傾角約80°，是導致巷道頂塌落的主要因素。受F3、F4破碎帶影響，在旁邊產(chǎn)生次級構(gòu)造，具體破碎帶空間關(guān)系見圖2。由于構(gòu)造的影響，造成1260水平巷道溜井位坍塌，因無法施工改動溜井位置，直接經(jīng)濟損失大于50萬元。

圖2 不同水平破碎帶水平投影

3 結(jié) 語

各種地質(zhì)構(gòu)造對于礦山安全有著不可忽視的地位。大到斷裂，小到解理劈理，以及巖石的各種力學性質(zhì)，都決定著礦山的安全開采和工程施工。特別是對于有老采空區(qū)的礦山尤為重要。

［1］尚建崗，等.地質(zhì)條件對頂板事故的影響［J］.礦業(yè)工程，2006（3）：33－36.

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［5］馮 明，張 先，吳繼偉.構(gòu)造地質(zhì)學［M］.北京：地質(zhì)出版社，2007.

2011－11－20）

楊敬國（1978－），男，河南嵩縣人，助理工程師，主要從事礦山地質(zhì)金屬礦產(chǎn)勘查，Email：343235767＠qq.com。