仓上金矿露采边坡破坏模式分析.pdf

7 ， ／ ， 迎 但 ． 孔 仓上金矿露采边坡破坏模式分析 冶金 部勘察科学技术研究所 呈 蔓i 垦 L - 山东省 黄金 工业总公 司 张成孝 _ - 一 g 主 辱 [ 摘 要 本文枉据仓上金矿的工程地质条件．详细地分析了岩组的工程地质特性和各级结 梅面的组合特征．确定了呆场边垃岩体结构类型和边墟的破坏模式． 关键 词 露采边坡岩体结构破坏模式 仓 上 金矿 系 我 国黄金 系统 大 型露 天金 矿之 ～ ，为 确保露 天边坡 的稳定 ，全 面开 展 了边坡 稳 定性研 究 。综合 研究 分析 了该 矿 的地 质背 景 ，岩 组 的工 程地 质特性 ， 不 连续面 的分布规律及其组合特征，找出了 采 场边坡 岩 体结 构类型 ；同时 ，进 一步 分 析 了不 连续 面与 边坡 的组 合关 系 ，并 确 定 了采场各区段边坡潜在的破坏模式， 1 矿 区地质 仓上 金 矿位 于胶 东半 岛 西北 部 ，三面 临海，地势平坦，海拔高度 】 ～6 m，地表 被第 四系海相沉积覆盖 ，其下是 8 ～3 0 m 的基 岩 强风化 带 ，矿 体赋存 于 区域性 三 山 岛一 仓 上 断裂带 中， 由于 地质 构造 多次活 动，致使岩体破碎，风化强烈 ，边坡岩体 结构复杂 ， 】 ， 1地层 矿 区地层 简单 ，仅 出露老 、新 两套 地 层 ， 老地 层 为 古 老 的 胶 东 群 英 庄 夼 组 Ar J y ， 岩性 主要 是 混 合 岩 化 斜 长 角 闲 岩 ，其 次是混 合岩 化斜 长变 粒岩 等。岩 层 产状 2 2 3 2 4 0。／4 3 --5 1 ．新地层 为第 四系，属滨海相沉 积，主要是砂 质粘土、 海沙 和海 泥 ．厚 6 ～2 0 m，一般 1 0 m 左 右 ． 1 ． 2 地 质构造 本 区地 质 构 造 形 式 ， 主 要 是 断 裂 构 造 ，其 次是碎裂岩 带 见 图 】 ．表 1 ， 1 ， 3岩浆岩 区内大 面积 出露 的岩体 为玲珑 花 岗 岩，分布于 F 断裂下 盘， 由于多 次地 质构 造活动和蚀变作用，从 F 断裂向岩体岩石 分带，依次为黄铁绢英岩化糜棱岩一黄铁 绢英岩化花岗质碎裂岩一绢英岩 化花岗岩 一 花 岗岩 ．矿 区范 围内，花 岗岩 体与 变质 岩 系地层 与 F， 断裂 接触 ，岩 体 产 状 与 F 断裂一致，倾向南、南东、东，倾角 4 6 -- 85 。． 2 岩体结构 岩 体结 构 即是 岩 体 内 已开 裂 的、易 开 裂 的地 质界 面 结 构面 和 由这些 地 质界 面互相组合 、切割形成的岩块或地块 结 构体 在岩 体 内的组合排 列形式 。其 组 合，排列形式是划分岩俸结 构类型的主要 判 据。 2 ， 】 岩 组划 分 岩组是 指 岩石 的工 程地 质组合 ， 它反 映了岩石建造，后生改造作用的特征，是 岩体结构 的基础 ． 仓上金矿 出露的岩性 ，根据它们 的建 造、后生改造特点，岩石的结构、构造及 工程地 质特性 可划 分成如下岩 组 1 混 仓上金矿露采边坡破坏模式分析一马博恒 一 1 9 ， 维普资讯 表 I 主 要断裂 、碎裂岩带特征 一览表 F F2 F， F． 1 碎 裂岩带 2 碎 裂岩带 东’ 1 4 fi 东 -- o o o 纵 贯 采 场 嚣 要 ．碎 雯 墨 薯 怒 压 扭 性 8 5 带内挤压现象明显．具多期活动特点． 9 0 采 场 中部 F I 断 主断面宽 0 5 m，充填有 O ． 0 3 0 ． 0 5 m的断层裾．局部膨 摺牲 裂下盘 大缩小现象明显．影响带竟 5 m，为隐优断裂． 正皿比 采场东郦 F 】 断 主新面宽 0 5 m．局部平直 光滑．充填为断层泥和构造⋯ 裂下盘 角砾．影响带宽 3 - 5 m．带 内挤压片理与主断面平行 ． 采 黜边 帮喜 嚣 基 荽 脚 枘 张 姓 主断面两侧分布有搀造角砾和麋棱岩．片理化明显．局 F 断裂下盘 部克填有 O 3 m 的断层掘．并 具膨太缩小 分支复合觋压扭性 象．为一臆伏断裂． 5 。 采场宋部 面形态为扁豆状‘带内捉缎结构 压扭性 6 平面形态为扁豆状，影响带宽 - - 4 0 m．延深 2 0 0 m．局 7 O。 6 4 0 采场北部边帮部有断层泥．碎裂岩和碎斑岩．带内捉级结构面十分发 压扭性 ／4 3 。 育．岩体破碎 翌 雀塑 窨 霪 墓 状 昱 中 一 ∞ 硅 化 、 绿 泥 岩 体 裂 瞰 发 育 ． 但 块 体 之 长 皇 岩垂 昙 的 所 吾 f ． 磊 蕞 薹 誉 萎 茬 ⋯ 田 。 有 岩 石 ． 片麻状构造 。 。 黄铰绢英岩 薅辫 暑 茬 ．绿 泥 意 躲 呈 质 碎 裂 岩 岩 状 构 造 ⋯ 只 ⋯ ～ ～ ⋯⋯ 。 { S I t o r ．r I t J 主 要 分 布于 南 8 2 ． 9 7边 帮 ． 东 ，西 端帮 F ． 断裂 2 6 ． 4 7 的上盘 一 侧 ∞篙 花 茬 ． 绿 混⋯ ⋯ ㈣ 边 帮 毳 罄 器蔷 ⋯⋯黼⋯眦 蚴 帮 g t S r 蓄 1 H 夏 状 构 造 和 碳 酸 化 ． 一 ’ ⋯ n 第 四 系 fo 嚣 海松 散 垃 状 呈 松 散 的 滨 海 相 沉 积 物 F 。 断裂 4 0 7 5下 盘 一 储 整个 矿 区 地表 一 2 O一 有色 矿 山一 1 9 9 3 ． 3 维普资讯 台岩化斜长角闪岩岩组 Ho r 、 2 黄铁 绢英岩化、 3 混合岩化斜长角闪质碎裂 岩组 S Ho r ／ I -I 、 4 花岗岩岩组 r 、 5 黄铁绢英岩化花岗岩岩组 r J H 、 6 黄铁绢 英岩化花岗岩岩组 S r J H 、 7 第四系岩组 Q ．各岩 组工程地质 特性 见表 2 ． 2 ． 2 结 构面分级 结 构 面分 级 原 则 1 结 构面 规 模 ； 2 结 构 面对边 坡稳 定 的影响 程度 ．仓 上 金矿 出露 的结 构面 岩 性界面 属一 种 易开 裂结构面 ，根据上述原则可分为四级，各 级序 结构面 的特 征见 表 3 、表 4 ． 2 ． 2 ． 1 由表 4可 以看 出 ，各 地段 因岩 性 、 岩 组 的工 程 地 质 特 性 及 所 处 构 造 部 位 不 同 ，节 理 发 育 程 度 、 空 间 展布 规 律 也 不 同． 2 ． 2 ． 2 表 4中除个别优势节理组外 ，大多 优势节理组倾角多属高角度． 2 ． 3 结构体分级 不 同 级 别 的结 构 面 切 割 形 成 的 结 构 体，太 小相 差悬殊 ，这些大 小不 同 的结构 体， 在边坡 岩 体变形 与破 坏过程 中所 起 的 作用是不同的．根据仓上金矿区各级各类 结构面组合切 割的结构体的大小，可分成 四级，下面分别论述它们对边坡岩体稳定 的影 响 。 2 ． 3 ． 1 I 级结构体 F 断裂属 区域性断裂，其上盘是古老 的胶东群 变质岩系 ，下盘 是燕 山期花 岗 岩．这两种不同时代建造各异的岩体具有 不 同 的工 程 地质特 性 ，次级结 构面 的分散 性 、发育 程度 、空 间展布 规 律其 有 明显 之 差异．以 F 断裂为界划分 的岩体范围 I 和 I， 区域，远超 出所研究 的工程岩体范 围，其稳定问题实属区域稳定性 问题，见 图 1 ． 2 ． 3 ．2 Ⅱ级结构体 该级结构体是指地质体中，由Ⅱ级结 构 面 或 Ⅱ级 与 I级 结 构面 之 间相 互组 台所 包围的岩体．F 断裂不仅规模大且多次活 动，致使上、下盘岩体具有宽度不等的碎 裂岩 带和蚀 变岩 带 ，这些岩 带 沿其两 则呈 带状分布 ．同时也派生 出了多条 次级 断 裂 ．如图 I 所示，由这些不 同性质的岩带 界面和次级断裂与 F 断裂相互组台将采矿 场 区分 成 了 l 0个 Ⅱ级结构 体，它们对边坡 稳定 的影 响见表 5 ． 2 ． 3 ． 3 Ⅲ级 结构体 由 I、 Ⅱ、 Ⅲ结 构面 切 割、包 围 的块 体属Ⅲ级结构体．如图 2 所示，Ⅲ级结构 体 6个，它们对边坡稳定 性 的影 响觅表 6． 图 l I、 Ⅱ级 结构体分 析图 仓上金矿露采边坡破坏模式分析一马博恒 一 2 l 一 维普资讯 表 3 开裂结构面分级、特征 表 4 F ． 断裂上 。下盘不同地段 优势节 理统计一览表 锺组 次 肯鬻 蔫 嚣 位 组 状 瓣 一 2 2一 有 色矿 山一 1 9 9 3 ． 3 维普资讯 表 5Ⅱ级 结构体特征一 览表 结 构 体 编 号 所 址 遗 垃部位 包 围结 构 件之结构 面 a 台 结 构体 形志 薯 坫 抟 蚀 童 壮 对 逝 垃 稳 定 的 影 响 n ， i 言 ∞ 譬 {SH o rJ辫矗 噤 Ⅱ ， Ⅱ ‘ 品 誊 ⋯ 嚣 要 譬 靠 篓 ⋯ ⋯ 盖 瑟 嚣 慕 篙 嚣 。 茎 薹 奏 篱 襄 錾 嚣 祭 嚣 鬈 北边 帮 中 部 边 垃 与边垃倾 向一 直接 影响所 在垃体 的岩体结构 ．破坏模 翦． 倾角 6 s 。左 式；在次数结扮面联合切割下．可照会遗 右或敷个台阶失稳． 船 搿 嚣譬 筹蠹 誓 下 - 船 仳 着 嚣譬 筹 嚣 盏 况 下 扮 或 u ⋯ 一 毪 ⋯⋯ ⋯ ． u 撩誊 自 主要 分 布 于 2 碎 裂 岩 潞 舭 艄 Ⅱ， 采辆西北部 Ⅱl 0 末端帮 2 碎裂岩 带 界 面3 组旨 1 碎裂岩 带 ． 界 面I 组 音 惯 嚣 一 稳．该结构体是稳定的． 票 ． 喜 震 螽 ． 础一 花 岗岩 该结扮体与母岩相连．是稳定结构体． 体 彗 抖 长 肭7 0 - 8 0托 惯 角 ’ 拇 体 墟 反 博 。 张挎 扈 危 险 m 一 ’ 础 嚣 宝 要 化 ．。 英 ； 磊 备 喜 质 碎 型 岩 r J H 件构成．局部在丧槛结构面切割下右可隹发 生滑落． 烦 向 与边垃 m 舯 体 詈 靛 盖 嚣 冀岩 化 rJH花 岗薹 蒌 嚣 其 失 懿使 其 角 m 。 ⋯ ⋯ 耄 ⋯⋯ ⋯ 月 Ⅲ， 东蠕帮 2 ， 面 3和边 F ． ．F 断 裂 ．界 垃面蛆音 ‘ 板状体 与遗技直交 黄 r J 铁 H 纲岩化耗岗岩 该结构体属稳定堍体 ． 板 状 体 与 遗 墟 直 交 霎 嚣 岩 化 范 岗 屑 稳 定 堍 体 ． 仓上金矿露采边坡破坏模式分析一马博恒 一 2 3 维普资讯 圃 Ⅲ 级 结 构 体 界 线 及 编 号 ， 其 它 符 号 同 围 I 图 2 Ⅲ级结构体分析图 2 ． 3 ． 4 Ⅳ级结 构体 该级结构体 是指岩体中Ⅳ级结构面之 间或Ⅱ、 Ⅲ级结构面之间相互组合所包围 的岩石块体 。这些结构面组合切割使高级 序结构体变小，形态更加复杂．Ⅳ级结构 面和结构体在岩体内的组合和排列形式是 划分岩体结构的基本依据。 F 断裂下盘岩体 由花岗岩及其碎裂岩 和蚀变 岩组 成 。r v 级结 构 面发 育 6组 ． 由 它们组合切割、包围的结构体形态多为多 面体、角柱体和楔椎体 、不规则形体 ；F 断裂上盘岩体由变质岩系地层及其碎裂岩 构成，发育 7 ～1 0组Ⅳ级结构面。它们组 合切 割、包围的结构体形态多为板状体、 多面体、棱形体和楔形体等． Ⅳ级结构面的 自然特性、密度、分散 性、延展规模及其所处岩石性质的不同， 由这些结构面组合切割形成的结构体 的大 小、形态、排裂组合及其力学特性等具有 明显 的差异。从而导致了采场不 同区段的 岩体具有不同的工程地质特征。该级结构 面和结构体对边坡稳定的影响觅 分区边坡 破坏模式分析 一节。 2 ,4 边坡岩体结构类型 根据 矿 区岩组 的王程 地 质特 征、各 级 各类结构面、结 构体特征，将采场边坡岩 体划分成如下结构类型。 2 ． 4 ． 1 碎屑状散体结构 第 四系岩 组 Q 及其下伏的各岩 组 的强风化 带岩体，在整个矿 区均有分 布。 第四系呈松散状态；基岩强风化带构造裂 隙 、风 化 裂隙极 其发 育 。岩石 风化 、蚀 变 极其强烈，已基本解体成松散不规则 的块 状或粒状，岩块大小不等，杂乱无序 。该 类岩体具碎屑状散体结构见图 3 a 。 2 ．4 ． 2 镶嵌碎裂结构 F ． 断裂上，下盘一定宽度范围内的岩 体以及 1 、2 碎裂岩 带 中．岩体历经多 次构造运 动，受到强烈的挤压 错 动，十 分破碎。蚀变强烈Ⅲ、I V 级结构面极其 发育。多充填泥质；结构体形态复杂，块 度大小悬殊，但镶嵌紧密。这类岩体具镶 嵌碎裂结构特征见图 3 b 。 2 ． 4 ． 3 板裂块状结 构 混合 岩 化 斜 长 角 闪岩 岩组 Ho r 在 矿区范围内分布于 F ． 断裂上盘，由于构造 运动和 区域变质作用，岩体中发育 7 ～1 O 组 r v 级结 构 面，顺层 片麻 理 、片理 十分 发 育钾长质、长英质矿物沿片麻理、片理 分布；在各级各类结构面互相组合，将岩 体分割成 了多 种形态 、大 小不等 的结构 体 ．这些结构体之间镶嵌紧密。该类岩体 具有板裂块状结构特征见图 3 c ． 2 ． 4 ． 4 块状结 构 该类结构的岩体主要分布于 F 断裂下 盘．由花岗岩岩组 r 、黄铁 绢英岩化花 岗岩岩组 r S H构成 。岩体在各级各类 结构面的联合切割下 ．被分割成 了大小不 等 的岩块，但 咬合紧密见 图 3 d 。该类 结构的岩体整体强度较高，岩体的变形和 破坏受结构面所控制；岩体的剪切滑移 主 要受结构面 的抗 剪强度和结构体的刚度、 几何形态、尺寸等所制约． 一 2 4一 有 色矿 山一 1 9 9 3 ． 3 维普资讯 3工程地 质分 区 图 3 岩体 结构 类型 图 根据 仓上金 矿 各级 不 连续 面 的空 间展 布，采场岩体结构特征，将整个采场分成 了两 大 工程 地 质分 区，6个工 程地质 亚 区 见 图 4 ． 以仓上断裂 F 为界．将其上 盘分成 I 区，下盘分 为 Ⅱ区．然 后根 据 岩体结 构将 I区分成 I。 和 I 2两个 亚 区；将 Ⅱ区分成 Ⅱ1 、Ⅱ2 、Ⅱ3 和Ⅱ‘ 四个亚区- 表 7 各工 程地质 区特征表 仓上金矿露采边坡破坏模式分析一马博恒 一 2 5 维普资讯 ／ 咎 、 ～ ／ ’ ～ 。 3 ‘ ＼ ～ ～ s ／ s Ho r JH ＼ 川 Ir 稳 j J I | 、 I 鼢 ④ f I ＼ ． 一／ f ＼ ／ _＼ 一一 ／ ＼ 一／ ＼ 1 、＼ ＼ 上 ． 一 图 4 仓上金矿露采边坡 工程地 质殛分 区图 1 一黄铁绢英岩化 ．混合岩化辩长角阿碎裂岩组；2 一 黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩组 ；3 一黄铁缗英岩化花岗岩 组4 _花岗岩组；5 一混合岩化料长角闪岩组6 一金矿体7 一断层丑其编号；8 一工程 地质分区界线及其编号 9 一边坡研究范围界线 l O 一采 场最终境界圈 图 5 仓上金矿最终采坑结构分析图 在工程地质分区的基础上 ，结合采坑 的几何形态 采深等将采坑分成了 7 个计 算分 区见 图 5 ． 4 计算分 区边坡 破坏模 式分析 4 ． 1 可能失稳块体的确定 事 实上 ，并 非所 有 的结构 体都 会失 稳，只是趾在有利 滑动方位 的块体才有滑 动 的可 能 性 ．通 过 赤 平 投 影 图 见 图 6 分析 ，找 出所 有 的可 能滑 动面 ，并 以界面 2 、界 面 3以及 2 碎裂岩带作 为 特定 滑 面 ，确定 危 险滑体 。危险优 势 节理组 特征 见表 8 。 4 ．2 各计算分 区破坏模式的确定 由表 9可以看 出仓上金矿未采边坡 破坏模式主要是圆弧型、双滑面型两种破 坏模式。这两种破坏模式滑面的确定都是 通过优选法优选出来的．双滑面破坏的上 滑 面并 不是严 格按 某个 地 质界 面或某 优势 一 2 6一 有 色矿 山一 1 9 9 3 ． 3 维普资讯 节i 的单一 滑面破坏 ，而 是追 踪某 组优 势 节理或地质界面呈小阶梯状滑面破坏，因 此其破坏迹线是一条 近于直线或抛物 线； 下 滑面追迹 薄 弱岩 带 或结 构 面形成一 条抛 物线滑面 。这种破坏滑面符合岩体渐进破 坏的规律 ． BB C D D EE FF G G 块状碎裂结构 块状碎裂结构 碎裂结 描 板裂块状结构 板裂袭状结描 圆弧 型 双滑 面型 圆弧型 平面型、双精面型 圆弧 型．双 滑 面型 圆弧型、双滑面塑 圆 弧型 双滑 面型 板裂块状结构 圆弧 型．双滑面型 双 滑面垂 双 滑面型 圆弧塑 双滑 面垂 双精 面型 双滑面基 。 图 6 赤平投影 图 5 结束语 5 ． 1 应 用表 9各计算分 区的破坏模 式，验证了各分区坡体的稳定性。 5 ． 2 仓 上金 矿 的露采边坡破 坏模 式具 有一定的代表性．其分析过程和结果对山 东省其它露天矿山开展边坡稳定性研究工 作将具有一定的借鉴作用。 参考文献 略 责任编辑肖泽铭 仓上金矿露采边坡破坏模式分析一马博恒 一 2 7 维普资讯