廣東省恩平市某鉬礦工程地質(zhì)巖組劃分及邊坡穩(wěn)定性評價

李健平

摘要：通過研究礦區(qū)地層巖性、厚度和分布規(guī)律，劃分巖（土）體工程地質(zhì)巖組，查明對礦床開采不利的軟弱巖組的性質(zhì)、產(chǎn)狀與分布，確定礦床工程地質(zhì)條件，預(yù)測評價露天開采礦床開采邊坡穩(wěn)定性，以廣東省恩平市某鉬礦為例，通過礦區(qū)鉆孔工程地質(zhì)編錄、巖（土）體力學(xué)實(shí)驗(yàn)等方法，確定礦區(qū)工程地質(zhì)條件為中等，確定開采邊坡穩(wěn)定角不大于43°。

關(guān)鍵詞：鉬礦；工程地質(zhì)巖組；邊坡穩(wěn)定性

Division of Engineering Geological Groups and Evaluation of Slope Stability of a Molybdenum Mine in Enping City，Guangdong Province

Li Jianping

The Fifth Geological Brigade of Bureau of Geology of Guangdong Province，Zhao Qing，China 526020

Abstract：By studying the lithology，thickness and distribution，classifying the rock（soil）engineering geological rock group，we have identified the property，occurrence and distribution of the weak rock group which is unfavorable to the mining of the ore deposits，determined the engineering geological conditions，and predicted the slope stability of open-pit mining. Illustrated by the example of a molybdenum mine in Enping city，Guangdong province. By means of drilling engineering geological logging and rock（soil）body mechanics experiment，the engineering geological condition of mining area is determined to be medium，and the stability angle of mining slope is not more than 43 degrees.

Key words：Molybdenum Mine；Engineering Geological Groups；Slope Stability

礦區(qū)工程地質(zhì)勘查工作的基本任務(wù)是：查明礦區(qū)的工程地質(zhì)條件，評價露天采礦場的巖體質(zhì)量和邊坡的穩(wěn)定性，預(yù)測可能發(fā)生的主要工程地質(zhì)問題[1]。本研究以廣東省恩平市某鉬礦為例，對礦體及其圍巖工程地質(zhì)巖組進(jìn)行了科學(xué)詳細(xì)劃分，并運(yùn)用“圓弧法”求取礦床露天開采邊坡穩(wěn)定角度。為查明礦床開采技術(shù)條件提供工程地質(zhì)依據(jù)。

1.區(qū)域地質(zhì)

本礦區(qū)位于粵中斷塊區(qū)，吳川～四會區(qū)域性斷裂帶南段，屬陽春盆地構(gòu)造體系，東鄰恩開斷陷、粵東北斷塊，位于恩平復(fù)式向斜、恩平晚古生盆地東側(cè)。出露地層為寒武系、石炭系、泥盆系和第四系，區(qū)域地層總體走向?yàn)榻麼EE—SWW向。區(qū)域內(nèi)巖漿巖極為發(fā)育，巖漿巖為燕山三期、燕山四期花崗巖。成礦地質(zhì)條件有利。

礦區(qū)鉬礦體賦存于花崗斑巖體與泥盆系砂巖的接觸帶，礦體和圍巖均為變質(zhì)砂巖類巖石和斑巖類巖石，其劃分標(biāo)準(zhǔn)是達(dá)到工業(yè)品位邊界指標(biāo)的巖石為礦體，而未達(dá)工業(yè)品位邊界指標(biāo)的巖石為圍巖。

2.工程地質(zhì)巖組劃分

根據(jù)礦體和圍巖的巖性、巖（土）體的力學(xué)性質(zhì)特征等，將礦區(qū)巖（土）體劃分為松散巖組、軟弱巖組、半堅硬巖組和堅硬巖組四種類型，各類巖組特征性質(zhì)分述如下：

2.1松散巖組

由第四系坡殘積層的礫質(zhì)黏性土、砂質(zhì)黏性土和礫砂質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土及強(qiáng)風(fēng)化的變質(zhì)砂巖類和斑巖類巖石組成，散體結(jié)構(gòu)。其中：坡殘積土以硬塑狀態(tài)為主，局部呈可塑狀態(tài)；黏聚力（C）24.5～53.7KPa，平均34.8KPa，內(nèi)摩擦角（φ）13.5°～17.1°，平均15.7°，壓縮系數(shù)（av）0.31～ 0.45MPa-1，平均0.39MPa-1；壓縮模量（Es）4.13～5.82MPa，平均4.84MPa；強(qiáng)風(fēng)化巖石以土狀為主，局部呈半巖半土狀，巖芯遇水易散開。

2.2軟弱巖組

主要為半風(fēng)化變質(zhì)砂巖類巖石和半風(fēng)化斑巖類巖石，其次為局部分布的構(gòu)造角礫巖和碎裂巖，碎裂結(jié)構(gòu)，以塊狀為主，局部呈碎塊狀，風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙發(fā)育，并斷續(xù)見石英脈或碳酸鹽細(xì)脈充填裂隙。其中：半風(fēng)化巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度（frk）2.9MPa～10.8MPa，平均6.05MPa，內(nèi)摩擦角（Φ）為41.4，凝聚力（C）為2.3MPa，泊桑比（μ）0.35～0.38，平均值0.37，巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD）0%～18%，平均3%，屬質(zhì)量極劣的Ⅴ級巖石，巖體破碎，巖體質(zhì)量指標(biāo)（M）0.006，巖體質(zhì)量壞，屬Ⅴ類巖體。局部分布的構(gòu)造角礫巖和碎裂巖，巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD）0%～80%，平均18%，屬質(zhì)量極劣的Ⅴ級巖石，巖體破碎，巖體質(zhì)量指標(biāo)（M）0.036，巖體質(zhì)量差，屬Ⅳ類巖體。

2.3半堅硬巖組

由微風(fēng)化變質(zhì)砂巖類巖石和微風(fēng)化斑巖類巖石組成。巖石風(fēng)化程度較弱，以層狀、塊狀結(jié)構(gòu)為主。巖芯較完整，以短柱狀為主，裂隙較發(fā)育。巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度（frk）7.2MPa～76.1MPa，平均36.7MPa，內(nèi)摩擦角（Φ）為42.3，凝聚力（C）為5.2MPa，泊桑比（μ）0.22～0.24，平均值0.23。巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD）32%～85%，平均46%，屬質(zhì)量中等的Ⅲ級巖體，巖體完整性中等完整，巖體質(zhì)量指標(biāo)（M）0.563，巖體質(zhì)量中等，屬Ⅲ類巖體。endprint

2.4堅硬巖組

由變質(zhì)砂巖類和斑巖類新鮮巖石組成。為層狀、塊狀結(jié)構(gòu)，巖芯完整，以長柱狀、短柱狀，裂隙多為充填閉合狀，巖石總體較堅硬致密。巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度（frk）在52MPa～141MPa之間，平均64.6MPa，內(nèi)摩擦角（Φ）為42.7，凝聚力（C）7.0MPa，泊桑比（μ）0.22～0.25，平均0.24。巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD）62%～99%，平均78%，為質(zhì)量好的Ⅱ級巖石，巖體較完整，巖體質(zhì)量指標(biāo)（M）1.680，巖體質(zhì)量良，屬Ⅱ類巖體。

3.工程地質(zhì)分層及礦體、圍巖穩(wěn)定性評價

3.1工程地質(zhì)分層

根據(jù)礦體和圍巖的巖石質(zhì)量，礦區(qū)在垂向上可分為四個工程地質(zhì)層（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ層）。各分層情況及穩(wěn)固性評價如下：

Ⅰ層：分布于礦體及圍巖頂部，由松散巖組組成，結(jié)構(gòu)松散，穩(wěn)固性差，層底埋深2.2m～53.27m，厚度2.2m～47.35m，平均15.78m。由于該層厚度大，物理力學(xué)性質(zhì)較差，采坑邊坡在降水等因素影響下易出現(xiàn)失穩(wěn)，引發(fā)崩塌、滑坡等礦山工程地質(zhì)問題，其邊坡穩(wěn)定性差，對礦山開采影響大，必須采取相應(yīng)的防治措施。

Ⅱ?qū)樱悍植加诘V體及圍巖的上部，主要由軟弱巖組中的半風(fēng)化巖石組成，巖石質(zhì)量等級為極劣的，巖體質(zhì)量等級壞。層底埋深5.32m～114.18m，厚度1.10m～98.33m，平均29.42m。開采時局部易引發(fā)崩塌、滑坡等礦山工程地質(zhì)問題，其邊坡穩(wěn)定性較差，對礦山開采影響較大，應(yīng)采取相應(yīng)的防治措施。

Ⅲ層：為礦體及其直接頂?shù)装鍑鷰r，主要由半堅硬巖組的微風(fēng)化巖石組成，局部夾構(gòu)造角礫巖、碎裂巖和綠泥石化巖石，巖石質(zhì)量等級為中等的，巖體質(zhì)量等級中等。層底埋深13.18m～189.56m，厚度2.16m～139.19m，平均31.54m。開采時局部地段，主要是構(gòu)造裂隙帶、構(gòu)造角礫巖、碎裂巖、綠泥石化巖石部位或巖層傾向與坡向一致的部位，可能會發(fā)生崩塌、滑坡等礦山工程地質(zhì)問題，其邊坡穩(wěn)定性一般較差，對礦山開采有一定的影響，需采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。

Ⅳ層：為礦體及其直接頂?shù)装鍑鷰r，主要由堅硬巖組的新鮮巖石組成，巖石質(zhì)量等級好，巖體質(zhì)量等級中等～良，巖體較完整，邊坡穩(wěn)定性較好，礦山開采時無須支護(hù)。但局部地段所夾的軟弱巖組中的構(gòu)造角礫巖、碎裂巖和強(qiáng)綠泥石化巖石，該巖組巖石質(zhì)量等級為劣和巖體質(zhì)量等級差，邊坡穩(wěn)定性較差，對礦山開采安全有一定的影響，需采取一定的防治措施。

3.2礦體、圍巖穩(wěn)定性評價

開采期間礦坑邊坡以巖質(zhì)邊坡為主，松散巖組與軟弱巖組組成的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性差，存在發(fā)生崩塌、滑坡等礦山工程地質(zhì)問題；半堅硬巖組與堅硬巖組組成的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性一般較好，局部構(gòu)造角礫巖、碎裂巖發(fā)育部位以及綠泥石化蝕變強(qiáng)穩(wěn)定性差。

另外，邊坡穩(wěn)定性還受裂隙傾向與邊坡坡向之間相互關(guān)系的影響。

由圖1可知：礦區(qū)中西部發(fā)育的兩組裂隙，分別為傾向?yàn)?00°～120°，傾角40°～80°及傾向?yàn)?0°～30°，傾角為50°～70°裂隙，兩組裂隙均與開采礦坑邊坡傾向一致，穩(wěn)定性差，存在邊坡失穩(wěn)的可能，開采時應(yīng)予重視；其余地段邊坡坡向與裂隙面傾向多呈正交或斜交關(guān)系，邊坡穩(wěn)定性一般較好。

設(shè)計開采礦坑邊坡標(biāo)高多在400m～800m，礦床正西部和南西部局部標(biāo)高可達(dá)900m，屬高邊坡，開采礦坑邊坡以巖質(zhì)邊坡為主，構(gòu)成邊坡巖性為變質(zhì)細(xì)粒石英砂巖及花崗斑巖，據(jù)其物理力學(xué)指標(biāo)各參數(shù)平均值，以800m坡高為依據(jù)，計算過程見表1，分別以40°、43°、45°的邊坡角計算分析開采礦坑邊坡的自然狀態(tài)邊坡穩(wěn)定性，系數(shù)分別為1.121、1.013、0.944，當(dāng)邊坡角為不大于43°時，其穩(wěn)定系數(shù)一般大于1.0，屬穩(wěn)定性邊坡，因此建議開采礦坑最終邊坡角不大于43°。

4.結(jié)論

綜上所述，礦區(qū)地層及巖性較簡單，巖組結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，礦體及其圍巖以半堅硬巖組～堅硬巖組巖石為主，但礦床上部巖石風(fēng)化較強(qiáng)，尤其礦區(qū)西南部及西北部沿山脊一帶巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，風(fēng)化層較厚；局部地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，各類結(jié)構(gòu)面發(fā)育，上部分布的松散巖組和軟弱巖組巖石，以及局部分布的破碎軟弱夾層形成的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面，露天開采時邊坡潛在沿軟弱結(jié)構(gòu)面易發(fā)生或可能發(fā)生崩塌、滑坡等礦山工程地質(zhì)問題。

綜合礦床工程地質(zhì)條件屬中等類型。

5.建議

（1）未來采場邊坡為高邊坡，開采時邊坡可沿軟弱夾層或不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生局部滑移，易發(fā)生或可能發(fā)生崩塌、滑坡等礦山工程地質(zhì)問題，礦山開采設(shè)計應(yīng)設(shè)計好相應(yīng)的防治措施；

（2）礦山設(shè)計和開采時應(yīng)結(jié)合開采礦坑周邊不同的地形標(biāo)高的地貌情況，以及巖性結(jié)構(gòu)組成等，進(jìn)行專項的邊坡工程地質(zhì)勘查，以確定設(shè)計的礦山露天采場的最終穩(wěn)定邊坡角以及開采臺階坡角。

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