甘肃礼县金山金矿区工程地质特征及注意的问题

李希洲

（甘肃省有色金属地质勘查局白银矿产勘查院，甘肃 白银 730900）

1 矿区工程地质特征

（1）工程地质岩组的划分及其特征。根据矿区出露地层的时代、成因、坚硬程度、结构特征、建造类型可将其划分为三类工程地质岩组：①第四系松散岩类极软岩组(土体)。该岩组包括第四系上更新统风积黄土（Q3eol）、第四系全新统残坡积物（Q4el+dl）、冲、洪积物（Q4al+pl）及人工堆积物（Q4ml）。人工堆积物分布在采场附近的山坡、沟底处，为采矿、探矿及修路剥离的土石方及矿渣，结构松散，岩性混杂，厚度一般在1m～80m之间。该类岩组（土体）为不良地质现象的物质来源，属松散软弱岩组（土体）。②泥盆系中统李坝群（D2lb）中硬岩～坚硬岩岩组。主要岩性为粉砂质千枚岩、斑点状千枚岩（含矿层）、千枚状板岩等组成，灰白～青灰色，变晶或变余结构，千枚状或板状构造，呈互层状产出，厚度不均一，广泛分布于矿区。所有岩芯的RQD值介于4%～100%之间，平均值为52%，岩石质量中等。岩石地表风化强烈，裂隙发育。板岩中裂隙面较平整，其他裂隙面凸凹不平，其组合多为“V”、“X”、“井”字型，裂隙率最大可达10.16%、最小仅为1.33%、裂隙由泥质、硅质、方解石脉或石英脉等充填，根据钻孔岩芯工程地质编录统计，其岩石质量指标RQD值平均为47.38%，岩石质量差。③岩浆岩脉坚硬岩岩组。矿区岩浆岩脉形成时期主要为印支～燕山期，岩性为石英闪长岩、闪长玢岩和煌斑岩，呈条带状产出，零星分布于矿区的西部及东北部，多以南北走向为主，规模较小，其岩石坚硬，裂隙不发育。该组岩石强度高，工程性质好，产状近于直立，是对工程施工有利的岩组。

（2）结构面分级及其特征。矿区发育的主要结构面有：原生结构面及次生结构面。原生结构面由各种构造结构面和层间错动面组成；次生结构面主要由风化结构面和爆破结构面组成。由于结构面性质和规模的不同，结构面的力学效应、力学作用特征有着明显的差异，结构面类型及发育特征见表1。

表1 结构面类型及分级一览表

在构造破碎带及其附近，岩石裂隙发育、完整程度低、岩体质量等级亦较低，加之地下水对岩石起软化及润滑作用，若构造破碎带宽度大于1米时，应及时加以支护加固，以防止掉块、坍塌等现象的发生。当断层带的倾角大于30°时，则更应引起高度重视，以防不良工程地质现象的发生。

（3）岩石强风化带工程地质特征。由于矿山开采已久，区内基岩强风化层大部分已被剥离。从钻孔工程地质编录看，只有少部分钻孔揭露了强风化层[1]。由于风化带裂隙发育，充填物以粘性矿物为主，而粘性矿物吸水性较强，吸水后具一定膨胀性，因此，风化带充填较好的地段具有再生阻水的特性。但因为这些矿物的胶结性差，在未来开采中，应及时注意边坡滚石或崩塌现象的发生。

2 工程地质分区

根据矿区工程地质条件，结合岩、土体工程地质特性，将矿区划分为三个区，分别为第四系松散软弱区（Ⅰ区）、泥盆系中统李坝群基岩区（Ⅱ区）及印支～燕山期岩浆岩脉区（Ⅲ区），其中，第四系松散软弱区（Ⅰ区）又分为3个亚区。现分述如下：

（1）第四系松散软弱区（Ⅰ区）。根据岩性成因及特征，该区可分为三个亚区，即第四系全新统冲洪区（Ⅰ1）、第四系上更新统风积黄土湿陷区（Ⅰ2）及第四系全新统人工填土区（Ⅰ3）。第四系全新统冲洪区（Ⅰ1）：主要分布在小峪河河床、河漫滩及阶地，老沟及竹园沟等支沟的沟心也有分布。小峪河流域骨架由卵（漂）石等组成，母岩多为变质岩或火成岩，充填物为粗～细砂。具明显的沉积韵律，分选性较差，磨圆度中等，层厚2m～30m左右。第四系上更新统风积黄土湿陷区（Ⅰ2）：主要分布于矿区北部的山顶，成分为黄褐色粉质粘土，可塑～硬塑，垂直裂隙发育，含大虫孔，厚度约1m～15m。为自重湿陷性黄土，具Ⅰ～Ⅱ级自重湿陷性，最大湿陷深度约15m，为矿区特殊性岩土。其承载力特征值120Kpa，变形模量2Mpa（以上为经验值）。根据现场试坑法注水试验，其天然重度γ=16KN/m3。人工填土区（Ⅰ3）：主要分布于采场附近的山坡、沟底处，为采矿、探矿及修路剥离的土石方及矿渣，张皮沟沟心也有大面积分布，结构松散，岩性混杂，厚度一般在1m～50m之间。该区土体为泥（水）石流灾害的主要物质来源，属松散软弱岩组。其承载力特征值200Mpa～250Mpa，自然安息角φ=25°～30°。

（2）泥盆系中统李坝群（D2lb）基岩区（Ⅱ区）。主要岩性为粉砂质千枚岩、斑点状千枚岩（含矿层）、千枚状板岩等组成，灰白～青灰色，变晶或变余结构，千枚状或板状构造，呈互层状产出，厚度不均一，广泛分布于矿区。根据室内试验成果，矿区主要岩石的饱和抗压强度多在5.5MPa～25.1MPa之间，为中硬岩类～硬岩类；软化系数在0.28～0.70之间，属易软化岩石；抗剪断强度C=5 Mpa，φ=34.5°，其天然重度γ=27KN/m3（依据小体重），松散系数1.50～1.80。根据地区，其经验承载力特征值500Kpa～800Kpa。

（3）印支～燕山期岩浆岩脉区（Ⅲ区）。岩性多为石英闪长岩，呈条带状产出，零星分布于矿区的西部及东北部，多以南北走向为主，规模较小，其岩石坚硬，裂隙不发育。厚度介于1.06m～14.02m，层顶最大埋深为419.25m（ZK28-13），其承载力特征值＞1000Mpa。

3 工程地质评价

（1）岩体质量评价。统计主要岩性的RQD值及室内试验，依据岩体质量指标M法，将岩体质量及岩体优劣评价如下：

M=Rc×RQD/300

式中M——岩体质量系数；Rc——岩石饱和单轴抗压强度（Mpa）；RQD——岩体质量指标（%）。

表2 岩石质量分级表

经计算，岩体质量指标的最大最小值分别为4.02及0.28，平均值介于1.87～2.05之间，根据岩石质量分级表，岩石质量等级为Ⅲ～Ⅰ级，以Ⅲ～Ⅱ级为主。

（2）露天边坡稳定性评价。矿山生产运营中，将形成一定高度的人工岩质边坡，根据边坡发生滑坡及崩塌所造成的危害程度和经济损失划分，边坡灾害等级为Ⅱ级，结合边坡高度（100＜H≤300m）。通过对采坑边坡进行稳定性验算，各评价点边坡均处于稳定状。局部采坑边坡形成的楔形体，是发生边坡灾害的主要隐患。从室内试验可知，岩石力学抗剪断强度φ为31.5°～37.5°。经多处实测，矿区岩石的稳定边坡角介于41°～64°之间。开采时，建议采用折线式放坡开挖，强风化部位每级边坡高度原则上不大于8m，马道宽2m～3m，高宽比1:1.1；中风化地段每级边坡高度原则上不大于15m，马道宽2m～3m，高宽比1:1，坡角≤45°。马道内侧布设排水渠，外侧预留安全警戒线。在开采中，如遇其他特殊工程地质问题，建议展开专门性边坡工程勘查。

（3）围岩稳固性评价。矿区共分布11层矿体，统计中，各主矿体的直接顶、底板岩性变化较大，不太统一，无规律性可寻。即：在不同的勘探线中，其顶底板岩性不尽相同，厚度也很不均一。根据钻孔岩芯工程地质编录，各矿体顶底板岩芯较完整～完整，局部裂隙发育，除1#矿体13线顶板的稳固性较差外，其他地段顶底板的稳固性均较好。

总之，除断层带顶底板稳固性较差外，其他地段的稳固性均较好。在未来的开采中，应对断层破碎带做以必要的简易支护，以防止工程地质问题的发生。

4 工程地质勘探类型

依据《有色金属矿山水文地质勘探规范》（GB 51060-2014）有关条款，将矿区工程地质勘探复杂程度分类评价如下表3：

表3 工程地质勘探复杂程度分类及评价表

矿区地形地貌以构造侵蚀低中山和侵蚀堆积沟谷为主，地形条件中等；矿区地层岩性除第四系松散层外，基岩岩性单一，建造类型清楚，岩体质量等级为Ⅲ～Ⅱ级；构造复杂，断层发育，断层带主要成分为断层泥；强风化带完全褪色，深度不大于15m，风化作用中等；矿区有软弱夹层，局部破碎带影响岩体的稳定性；局部易发生工程地质问题；根据有关规范，矿区工程地质勘探类型归划为工程地质条件中等型。

5 结语

矿坑边坡稳定性始终是开采过程中所面临的最主要的工程地质问题，对于可能引发的基岩顺层（或沿其他结构面、断层破碎带）滑动等地质现象，应引起高度的重视，必须采取相应的支护措施。