都龙锡锌矿露天边坡工程地质条件研究

陆 娟，陈向华，缪应理，唐绍辉

(1.云南华联矿产勘探有限责任公司， 云南 曲靖市 655000；2.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012)

都龙锡锌矿露天边坡工程地质条件研究

陆 娟1，陈向华1，缪应理1，唐绍辉2

(1.云南华联矿产勘探有限责任公司， 云南 曲靖市 655000；2.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012)

都龙锡锌矿采场边坡服务年限长、高度大，为保证露天开采安全，根据矿区工程地质、水文地质条件、矿岩物理力学性质等,采用岩石质量系数法和岩体质量指标法开展岩体稳固性评价。结合露天边坡布置情况，分析工程地质条件对各段边坡稳定性的影响情况，揭示了不同区域边坡的破坏模式及不良地质构造对边坡稳定性的影响程度。

工程地质;露天边坡;破坏模式;稳固性评价;地质构造

0 前 言

都龙锌锡矿位于云南省东南部的文山壮族苗族自治州马关县都龙镇。自1997年矿山开采以来先后形成铜街露天采场、老电厂露天采场、兴发露天采场、曼家寨露天采场4个采区。目前，主要开采铜街露天采场和曼家寨露天采场2个采区,其中铜街露天采场长746 m，宽360 m，面积0.19 km2，开采境界垂高227 m。曼家寨露天采场长1985 m，宽830 m，面积1.25 km2，开采境界垂高538 m。矿区内与地层走向一致的纵断层较发育，一般错距不大，以层间错动和多期次继承性活动为特征。其中，以F0、F1断层规模较大，是控制矿区的骨干断层。由于采场边坡服务年限长，边坡高度较大，为保证露天开采安全，开展了矿区露天边坡工程地质条件研究。

1 矿区地质概况

铜街—曼家寨锡锌矿区位于华南褶皱系西南，滇东南褶皱带文山—马关隆起南端的老君山花岗岩复式背斜西翼。地层走向南北，向西倾斜，倾角一般10°～35°，主要出露中寒武统田蓬组(∈2t)区域变质岩，变质程度中等，锡锌多金属矿赋存于田蓬组中下部。田蓬组分为5个岩性段。

(1) 第五段(∈2t5)为浅灰、灰绿色石英云母片岩、绿泥石石英片岩，夹薄至中厚层状含云母白云石大理岩扁豆体。

(2) 第四段(∈2t4)为深灰色薄至中厚层状细至粗晶方解石大理岩、夹钙质片岩、云母石英片岩。

(3) 第三段(∈2t3)为灰绿色石英云母片岩、夹方解石大理岩、矽卡岩扁豆体，矽卡岩中有铅、锌、银、锡矿化。

(4) 第二段(∈2t2)为石英云母片岩、大理岩、矽卡岩、变粒岩及少量片麻岩组成的复合岩性段，岩相变化频繁，岩类组合复杂，矽卡岩地质体成群成带出现，是矿区锡锌工业矿体最主要的赋存层位。划分为上亚段(∈2t2—2)、下亚段(∈2t2—1)，上、下亚段为层间断层(F1)接触，∈2t2—1与下伏层位∈2t1为断层(F0)接触。

(5) 第一段(∈2t1)顶部为钙泥质断层泥，含透镜状大理岩角砾，上部为大理岩透镜体及深灰色黑云母斜长片麻岩、黑云斜长角闪片麻岩、斜长变粒岩，夹少量石榴石矽卡岩、硅质大理岩扁豆体，下部为花岗片麻岩。

2 岩体结构分类

2.1 岩体结构面类型

铜街—曼家寨锡锌矿，原生结构面、构造结构面发育，按其规模则可将结构面分为3级，其工程地质特征分述如下。

Ⅱ级结构面：F0、F1断层。F0断层为区域性断层，切割深，延伸长数十千米，从采场东帮境界边缘通过。上盘为∈2t2片岩、大理岩、矽卡岩，下盘为∈2t1片麻岩。断层面走向N5°E～N10°W，倾向NW或SW，倾角40°～55°，与地层展布方向基本—致，破碎带或构造角砾岩幅宽数米至十余米;F1断层：为矿区主要控矿断层，纵贯采场，长约8 km。上盘为∈2t2-2大理岩，下盘为∈2t2-1片岩，断层产状变化较大，产状受上盘大理岩体形态的制约，走向为NNE—SN—NNW，向西倾斜，地表倾角较陡，深部较缓，倾角15°～30°，局部可达75°。

Ⅲ级结构面：矿段受多次构造运动的影响，延伸数十至数百米的小断层及层间滑动较发育。以垂直或斜交岩层最为发育，走向N50°E，倾向NW或SE，倾角>45°。影响工程的局部失稳及较大规模的冒顶、塌方，为影响采场稳定的不利因素。

Ⅳ级结构面：矿段节理裂隙较发育，裂隙率1.58%～2.48%，主要发育N30°～60°W、N35°～55°E、SN、EW等4组。破坏了岩体的完整性和强度，大大降低了岩体力学性质。

2.2 岩体结构类型

主要岩体结构类型可划分为2类、3个亚类(见表1)。

表1 岩体结构类型及其特征

3 岩体质量评价

根据矿区工程地质、水文地质条件、矿岩物理力学性质、岩体完整系数及结构面磨擦系数等，采用岩石质量系数法和岩体质量指标法对矿区范围内片岩、大理岩、矽卡岩3种岩体质量进行了评价。

3.1 岩石质量系数法

Z=I·F·S

(1)

式中:Z—岩体质量系数；I—岩体完整系数(可用RQD值)；F—结构面磨擦系数；S—岩块坚硬系数，S=RW/100；RW—岩块饱和轴向抗压强度。片岩、大理岩、矽卡岩的RW值分别为23.5,40.1,59.6MPa。

计算结果见表2。

表2 岩石质量系数计算表

3.2 岩体质量指标法

按式(2)粗略估算岩体质量指标，按岩体质量分级标准表评价岩体质量的优劣，其岩石质量情况见表3。

M=Rw/300

(2)

式中:Rw—岩块饱和轴向抗压强度。

表3 岩体质量指标计算表

4 工程地质条件对露天边坡稳定性影响

铜街—曼家寨矿段目前为露天开采，随着矿山开采，露天采场边坡增高，会产生一系列的边坡稳定性工程地质问题。为此，开展了工程地质条件对露天采场边坡稳定性影响评价。

4.1 采场东帮边坡稳定性评价

东帮边坡处于F0断层上盘、F1断层下盘，分布地层以∈2t2-1为主，岩层走向NW60°～NE60°，总体向西倾，倾角25°～45°，层面呈波状起伏。节理裂隙较发育，主要发育3组：走向N85°E，倾向NW，倾角75°；走向N40°W，倾向NE，倾角68°；走向近EW，倾向S，倾角55°；线裂隙率3条/m。岩体结构类型为层状碎裂结构。

采场东帮边坡面与结构面总体上为不利组合：层面与边坡面小角度顺层斜交；节理面与边坡面顺层斜交；层面、节理面的组合棱体交线与边坡面顺层斜交，交角小于边坡角。

铜街采场东帮境界邻近F0，局部地段处于F0断层破碎带内，F0倾向与东帮边坡一致，倾角变化于台阶边坡角与终了边坡角之间，与边坡面形成不利组合，恶化了边坡稳定性；可能导致部分地段边坡沿断层面或破碎带软弱结构面的蠕滑变形或顺层滑坡，影响该段终了边坡的稳定性。

F1断层通过曼家寨采场东帮，在边坡局部出露，由于F1倾向与边坡同向，且深部倾角较缓，受降雨下渗及施工爆破震动影响，可能诱发处于断层破碎带的局部工作台阶的蠕动变形或顺层滑坡灾害，造成上部边坡的变形破坏。

综上所述，东帮边坡岩体以石英云母片岩为主，强度低、易风化、遇水易软化膨胀，边坡面与节理、裂隙结构面为不利组合；处于F0与F1夹持的地段，受构造影响，岩体较破碎，F0、F1断层的存在，恶化了边坡稳定性。东帮边坡稳定性一般，在不利因素作用下，可能沿层面发生滑坡、崩塌，沿断层面或破碎带软弱结构面发生蠕滑变形或顺层滑坡。

4.2 采场西帮边坡稳定性评价

西帮边坡处于F1断层上盘，分布地层以∈2t2-2为主，岩层走向NW35°～NE60°，总体向西倾，倾角30°～65°，层面呈波状起伏。节理裂隙较发育，主要发育3组：走向N30°～70°E，倾向SE或NW，倾角62°～78°；走向N10°～80°W，倾向NE或SW，倾角40°～80°；走向近SN，倾向E，倾角50°；线裂隙率2～6条/m。岩体结构类型为层状碎裂结构。

采场西帮边坡面与结构面总体上为不利组合：层面、节理面与边坡面小角度顺层斜交，二者的组合棱体交线与边坡面顺层相交，倾角小于边坡角；层面、节理面的组合棱体交线与边坡面顺层斜交，倾角小于边坡角。

F1断层通过曼家寨采场西帮，在西帮边坡的中下部边坡出露。F1深部倾角较缓，与边坡倾向相反，其断层面对边坡稳定性的影响较小。

综上所述，西帮边坡岩体以白云质、泥质大理岩夹石英云母片岩为主，其中的片岩强度低、易风化、遇水易软化膨胀；边坡面与节理、裂隙结构面为不利组合；处于F1上盘，邻近断层面，受构造影响，岩体较破碎，结构面较复杂，恶化工作台阶边坡稳定性。西帮边坡稳定性一般，在不利因素作用下，可能沿层面发生滑坡、崩塌。

4.3 评价结果

边坡稳定性评价详见表4

表4 边坡稳定性评价结果

5 结 论

露天边坡稳定性是一个非常复杂的系统工程问题，它是与各种地质因素及非地质因素有关，前者包括矿山的工程地质条件、水文地质条件、矿区地应力场及岩体的力学特性等，后者包括开采方法及施工工艺技术等因素有关。通过对曼家寨露天采场工程地质条件分析及其对露天边坡稳定性影响程度研究，确定了露天边坡的稳定性状况及失稳机理，为合理选择和优化露天采场回采工艺、边坡角、采剥工作面等技术参数及施工工艺提供了依据，同时，为露天转井下开采提供了参考。

[1]陈向华，张世奎，唐绍辉,等.会泽铅锌矿6号矿体稳定性工程地质研究[J].水文地质工程地质，2002(4).

[2]张倬元,王士天,王兰生,等.工程地质分析原理[M].北京：地质出版社，2009.

[3]曹 红.南露天边坡工程地质特征及分区稳定性评价[J].现代矿业，2013(5)：54-56.

[4]李文彬.大顶铁矿露天边坡工程地质条件及其稳定性分析[J].现代矿业，2009(1)：120-121.

[5]何春林，王浩文.大宝山铁矿露天边坡工程地质条件及其稳定性分析[J].采矿技术，2010(4)：38-40.

[6]唐绍辉.安庆铜矿岩体稳定性的工程地质研究[J].矿业研究与开发，1997(1)：30-33.

2015￣02￣02)

陆 娟(1985- )，女，云南曲靖人，工程师，主要从事矿山地质、水文地质、工程地质勘查研究,Email:py8129@163.com。