青海夏日哈木礦區(qū)露天開采工程地質(zhì)條件分析

賈小龍，趙洪菊，黃 鑫，嚴慧珺

（1.青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，青海西寧810008；2.青海省地質(zhì)調(diào)查院，青海西寧810012）

青海夏日哈木礦區(qū)露天開采工程地質(zhì)條件分析

賈小龍*1，趙洪菊2，黃 鑫1，嚴慧珺1

（1.青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，青海西寧810008；2.青海省地質(zhì)調(diào)查院，青海西寧810012）

通過對夏日哈木礦區(qū)地形地貌、構(gòu)造特征及工程地質(zhì)的特征調(diào)查，對礦區(qū)巖體類型進行了劃分，結(jié)合工程地質(zhì)編錄、圍巖物理力學性質(zhì)及工程地質(zhì)性質(zhì)影響因素的分析研究，評價了礦區(qū)工程地質(zhì)條件，為開采階段礦坑設計提供了工程地質(zhì)依據(jù)。

夏日哈木；工程地質(zhì)特征；露天開采

青海夏日哈木礦區(qū)為硫化型鎳礦床，伴生鈷、銅礦，2013年詳查階段探明鎳金屬量為107.17×104t，平均品位為0.65%，為特大型鎳礦床，主礦體礦體長1260m，呈似層狀，平均厚度82.57m，礦體走向北東—南西向，傾向西，傾角21°。礦體形態(tài)單一，連續(xù)性較好，大部分礦體淺埋地下，因此開采方式適合露天階梯狀開采。礦區(qū)地處柴達木盆地南緣，屬東昆侖山脈的分支，呈北西西-南東東向橫貫，總體地勢西、南高，北東低，地形起伏高度小于500m，屬小起伏中山區(qū)，礦區(qū)最高海拔3891m，北部盆地邊緣海拔在3250m左右。本區(qū)年降水量125mm，年蒸發(fā)量2661mm，年平均氣溫3.8℃。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

1.1 礦區(qū)地層

區(qū)內(nèi)前第四紀地層主要為古元古代金水口群白沙河組，巖性一套中深變質(zhì)巖系，其原巖建造為泥砂質(zhì)沉積碎屑巖—基性火山巖—碳酸鹽巖建造，具有海相陸源碎屑巖為主的活動性沉積建造特點，變質(zhì)程度達角閃巖相，可進一步劃分為片巖段[Pt1b（mis）]和片麻巖段[Pt1b（al）]，傾向NW，傾角21°～64°。該地層多被后期花崗巖體所侵蝕，呈斷塊或侵入巖中殘留體展布。第四紀沖洪積層、殘坡積層廣泛分布于溝谷、山體，殘坡積層厚度小于3.0m，沖積層厚度大于10m（圖1）。

圖1 礦區(qū)地質(zhì)略圖

1.2 礦區(qū)構(gòu)造

區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要為斷裂及巖漿活動。礦區(qū)主要發(fā)育近東西向斷裂，分布于礦區(qū)南、北側(cè)，延伸長度約5km，地表形成寬數(shù)米的破碎帶，破碎帶內(nèi)構(gòu)造巖以壓性特征為主，破碎帶及兩側(cè)綠泥石化、褐鐵礦化較為發(fā)育，為區(qū)內(nèi)Ⅲ級結(jié)構(gòu)面。區(qū)內(nèi)巖漿活動具多期次，不同規(guī)?；顒拥奶攸c，以印支期晚志留世和早泥盆紀2個時期侵入活動為主，侵入巖體為鎂鐵—超鎂鐵雜巖體，呈巖盆狀或巖墻狀侵入于古元古代金水口群白沙河組地層中，巖石類型為橄欖巖、輝石巖和輝長巖，三者為同一巖漿分異的產(chǎn)物，呈脈動侵入接觸關(guān)系，普遍發(fā)生鎳黃鐵礦化，為主要含礦體。

2 巖體類型及工程地質(zhì)特征

依照巖體強度、巖體結(jié)構(gòu)、巖體性質(zhì)將區(qū)內(nèi)巖體工程地質(zhì)類型劃分為堅硬—較堅硬塊狀輝長巖—輝石巖—花崗巖巖組；堅硬—較堅硬層狀、薄層狀片麻巖—石英片巖巖組2個工程地質(zhì)巖組。

2.1 堅硬—較堅硬塊狀輝長巖—輝石巖—花崗巖巖組

該巖組與下元古界層狀巖類呈侵入接觸關(guān)系，為主要含礦巖組，塊狀輝長巖、輝石巖、閃長巖及花崗巖。巖體內(nèi)Ⅱ、Ⅲ級結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，節(jié)理裂隙較發(fā)育，屬Ⅳ級結(jié)構(gòu)面，對礦體的工程地質(zhì)性質(zhì)有影響，節(jié)理范圍較寬，發(fā)育密度0.3～1.0m，應為構(gòu)造節(jié)理及風化裂隙，節(jié)理面較光滑。該巖組新鮮巖體呈塊狀結(jié)構(gòu)，新鮮巖石致密較堅硬，主要力學性質(zhì)見表1，據(jù)工程地質(zhì)編錄測定的巖石質(zhì)量指標(RQD)平均為65.63%～71.6%，巖石質(zhì)量等級Ⅲ級，巖石質(zhì)量中等，巖體完整性中等完整（表2）。

表1 巖石力學性質(zhì)試驗成果統(tǒng)計表

表2 巖石質(zhì)量指標(RQD)成果統(tǒng)計表

2.2 堅硬—較堅硬層狀、薄層狀片麻巖—片巖巖組

該巖組巖性主要為中薄層狀深灰色、灰黑色片麻巖、片巖。該套巖性分布廣泛，為礦區(qū)主要地層，為礦體次要頂?shù)装?。巖體內(nèi)發(fā)育延伸長數(shù)百米至數(shù)、寬數(shù)米的小斷裂及節(jié)理裂隙，節(jié)理裂隙發(fā)育密度0.2～0.5m，屬Ⅲ—Ⅳ級結(jié)構(gòu)面。該巖組新鮮巖體呈層狀結(jié)構(gòu)，新鮮巖石致密較堅硬，巖石單軸飽和抗壓強度31.6～86.6MPa(表1)，巖體構(gòu)造裂隙發(fā)育，風化剝蝕強烈，本次編錄測定的巖石質(zhì)量指標(RQD)平均為63.5%～65.77%，巖石質(zhì)量等級Ⅲ級，巖石質(zhì)量中等，巖體完整性中等完整(表2)。

3 礦區(qū)工程地質(zhì)評價

3.1 邊坡穩(wěn)定性自然影響因素

①塊狀侵入巖邊坡穩(wěn)定性自然影響因素：據(jù)礦區(qū)地質(zhì)資料可知，在礦區(qū)中該巖組巖性為輝石巖、輝長巖、閃長巖及花崗巖等，含礦巖性為輝石巖，輝石巖普遍具有綠泥石化、透閃石化、蛇紋石化，巖體內(nèi)僅發(fā)現(xiàn)一個Ⅲ級結(jié)構(gòu)面，位于開采境界北東角，結(jié)構(gòu)面性質(zhì)不明，區(qū)域上位于Ⅰ、Ⅱ級結(jié)構(gòu)面附近，發(fā)育構(gòu)造裂隙，無軟弱夾層，有基巖裂隙水賦存。因此對礦區(qū)首采段侵入巖類邊坡穩(wěn)定性的主要影響因素為Ⅳ級構(gòu)面及地下水，局部地段為Ⅲ、Ⅳ級結(jié)構(gòu)面和地下水。

②層狀變質(zhì)巖類邊坡穩(wěn)定性自然影響因素：據(jù)礦區(qū)地質(zhì)資料可知，礦區(qū)發(fā)育2個Ⅲ級結(jié)構(gòu)面，位于開采境界以外，在區(qū)域上位于Ⅰ、Ⅱ級結(jié)構(gòu)面附近，發(fā)育構(gòu)造裂隙，無軟弱夾層，有基巖裂隙水賦存。因此對礦區(qū)首采段層狀變質(zhì)巖類邊坡穩(wěn)定性的主要影響因素為Ⅳ構(gòu)面及地下水，局部地段為Ⅲ、Ⅳ級結(jié)構(gòu)面和地下水。

3.2 邊坡變形破壞類型

采區(qū)的四條邊界均為巖質(zhì)邊坡構(gòu)成，巖質(zhì)邊坡為塊狀侵入巖組及層狀變質(zhì)巖組。本文采用霍克的邊坡破壞類型分類對采區(qū)四條邊界邊坡的破壞類型進行分類：以滑動面的形態(tài)及其組合特征及邊坡破壞力學機理為依據(jù)，對巖體邊坡破壞類型進行劃分。

圖2是本次地面調(diào)查所取得的74組塊狀侵入巖及層狀變質(zhì)巖發(fā)育的節(jié)理裂隙而繪制的節(jié)理走向、傾向玫瑰圖，礦區(qū)節(jié)理裂隙較發(fā)育，共發(fā)育4組節(jié)理面。其中2組優(yōu)勢節(jié)理面，產(chǎn)狀分別為315°～10°∠60°～80°、130°～170°∠55°～80°，傾向NW、SE，傾角角度較大，屬高角度產(chǎn)出。巖層傾向NW，傾角21°～64°。據(jù)此，可得以下結(jié)論：①采區(qū)東、西邊界邊坡的坡面傾向與層狀變質(zhì)巖巖層傾向斜交，與巖層發(fā)育的優(yōu)勢節(jié)理裂隙傾向斜交，因此東、西側(cè)邊坡的穩(wěn)定性較好，其破壞形式應以平面滑動重力剪切破壞為主；②采區(qū)南邊界邊坡的坡面傾向與層狀變質(zhì)巖巖層傾向相同，且?guī)r層傾角較小，與巖層發(fā)育的優(yōu)勢節(jié)理裂隙傾向相反或相同，且節(jié)理裂隙傾角為高角度產(chǎn)出，因此該側(cè)邊坡的穩(wěn)定性較差，楔形狀滑動重力剪切破壞為主；③采區(qū)北邊界邊坡傾向與層狀變質(zhì)巖巖層傾向相反，與巖層發(fā)育的優(yōu)勢節(jié)理裂隙傾向相同或相反，因此該側(cè)邊坡的穩(wěn)定性較差，其破壞形式應以楔形狀滑動重力剪切破壞為主。

圖2 節(jié)理裂隙玫瑰圖

3.3 邊坡穩(wěn)定性評價

本次評價僅根據(jù)目前研究程度做出的現(xiàn)狀評價，隨著工程地質(zhì)工作程度加深，該工作也會更加精確。本次采用《工程地質(zhì)手冊》中的查表法（經(jīng)驗數(shù)據(jù)法）評價邊坡穩(wěn)定性，確定單階坡高及最終邊坡角。本次工程地質(zhì)編錄顯示，礦區(qū)巖層總體較完整，破碎帶厚度較薄，但節(jié)理裂隙較發(fā)育。因此，最終邊坡角時均考慮到節(jié)理裂隙影響較大因素，且均為單階邊坡角。

①西邊界邊坡穩(wěn)定性評價：邊坡的坡面傾向與層狀變質(zhì)巖巖層傾向斜交，與巖層發(fā)育的優(yōu)勢節(jié)理裂隙傾向斜交，賦存地下水在開挖后將沿層理、裂隙排出，該邊界邊坡穩(wěn)定性受地下水影響小，開挖形成的邊坡為新鮮巖石構(gòu)成。根據(jù)地質(zhì)編錄資料，該邊界由層狀變質(zhì)巖及塊狀侵入巖組成，自北至南3460～3200m水平以下均為塊狀侵入巖體或巖脈，侵入巖體或巖脈向邊界南端下傾。據(jù)手冊經(jīng)驗數(shù)據(jù)，層狀變質(zhì)巖坡高15m時，最終坡角63°～53°；坡高30m時，最終坡角53°～45°；塊狀侵入巖坡高15m時，最終坡角63°，坡高30m時，最終坡角53°。

②東邊界邊坡穩(wěn)定性評價：邊坡的坡面傾向與層狀變質(zhì)巖巖層傾向斜交，與巖層發(fā)育的優(yōu)勢節(jié)理裂隙傾向斜交，賦存地下水在開挖后將沿層理、裂隙排出，該邊界邊坡穩(wěn)定性受地下水影響小，開挖形成的邊坡為新鮮巖石構(gòu)成。根據(jù)地質(zhì)編錄資料，該邊界主要由塊狀侵入巖組成。據(jù)手冊經(jīng)驗數(shù)據(jù)，坡高15m時，最終坡角63°，坡高30m時，最終坡角53°。

③南邊界邊坡穩(wěn)定性評價：邊坡的坡面傾向與層狀變質(zhì)巖巖層傾向相同，層理面會形成楔形滑動面，且?guī)r層傾角較小，與巖層發(fā)育的優(yōu)勢節(jié)理裂隙傾向相反或相同，且節(jié)理裂隙傾角為高角度產(chǎn)出，節(jié)理面將可能滑動體切割成塊體，對邊坡穩(wěn)定性影響較大，賦存地下水在開挖后將沿層理、裂隙排出，該邊界邊坡穩(wěn)定性受地下水影響小。根據(jù)地質(zhì)編錄資料，該邊界自11勘探線以東由塊狀侵入巖組成邊坡，11線以西下傾，由層狀變質(zhì)巖及塊狀侵入巖組成邊坡。據(jù)手冊經(jīng)驗數(shù)據(jù)，層狀變質(zhì)巖坡高15m時，最終坡角53°～45°；坡高30m時，最終坡角45°～38°；塊狀侵入巖坡高15m時，最終坡角63°，坡高30m時，最終坡角53°。

④北邊界邊坡穩(wěn)定性評價：邊坡傾向與層狀變質(zhì)巖巖層傾向相反，與巖層發(fā)育的優(yōu)勢節(jié)理裂隙傾向相同或相反，節(jié)理面將可能滑動體切割成塊體，邊坡穩(wěn)定性較差，開挖形成的邊坡為新鮮巖石構(gòu)成。根據(jù)地質(zhì)編錄資料，該邊界自11勘探線以東由塊狀侵入巖組成邊坡，11線以西向南西下傾，由層狀變質(zhì)巖及塊狀侵入巖組成邊坡。據(jù)手冊經(jīng)驗數(shù)據(jù)，層狀變質(zhì)巖坡高15m時，最終坡角53°～45°，坡高30m時，最終坡角45°～38°；塊狀侵入巖坡高15m時，最終坡角63°，坡高30m時，最終坡角53°。

當挖到巖體結(jié)構(gòu)破碎帶時，如碎裂化巖體、含礦蝕變帶，地下水對巖石有一定軟化作用。應減小其開挖邊坡角，并進行適當加固。

4 結(jié)語

礦區(qū)圍巖巖石質(zhì)量指標(RQD)60%～70%，巖石質(zhì)量等級Ⅲ級，巖石質(zhì)量中等，巖體完整性中等完整，巖體發(fā)育4組優(yōu)勢節(jié)理面，成為影響礦區(qū)工程地質(zhì)性質(zhì)的主要因素；主礦體產(chǎn)于雜巖體中，重要含礦巖性為輝石巖、橄欖巖等，礦體出露地表或潛藏地下，礦體適合露天梯級開采；巖體節(jié)理裂隙、蝕變帶發(fā)育，開采最終邊坡角確定均考慮節(jié)理裂隙影響較大因素，其最終坡角在38°～63°間變化，單階坡高以15～30m為宜，但注意地下水對巖石軟化后，坡角應當減小，以保持邊坡的穩(wěn)定。開采過程中應注意各邊界上主要巖體邊坡的破壞類型發(fā)生導致危害安全生產(chǎn)。

[1]賈小龍，趙洪菊，王軍，等.青海納日貢瑪?shù)V區(qū)水文地質(zhì)特征及充水因素分析[J].西部探礦工程，2010（12）：152-154.

[2] 青海水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院.青海省夏日哈木鎳鈷礦礦區(qū)水工環(huán)地質(zhì)勘查報告[R].2013.

[3] 常士驃，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊[M].4版.中國建筑工業(yè)出版社，2007.

TD82

A

1004-5716(2015)04-0106-04

2014-04-04

賈小龍（1983-），男（漢族），甘肅玉門人，工程師，現(xiàn)從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)工作。