兰山采场南帮边坡岩体结构面探讨

舒瑞清(攀钢集团矿业有限公司兰尖铁矿，四川 攀枝花 617025)

兰山采场南帮边坡岩体结构面探讨

Discussion on structural plane of slope rock mass in south side of Lanshan stope

舒瑞清(攀钢集团矿业有限公司兰尖铁矿，四川 攀枝花 617025)

通过对兰家火山露天矿边坡岩体中结构面的探讨，论述了不同类型的结构面对边坡稳定性的影响程度，从而阐述了露天边坡开展岩体结构面调查研究的重要性。

岩体结构面；工程地质；力学性质

1 前言

兰家火山露天矿是攀钢主要矿石原料供应基地。矿山自1970年投产来，年产铁矿石500万t；目前1 735m至1 360m近400余米高的固定边坡已形成，矿区最低开拓水平为1 300m，露天底标高在1 210～1 180m，矿区已进入中深部开采，采场封闭边坡线长大于3km，是我国大型的露天矿山之一。

根据国内外许多矿山露天边坡失稳的经验得知，失稳最主要的原因是没有查清楚存在于边坡岩体中的各种结构面的工程地质性质，也就是潜在的原因，从而造成矿山边坡失稳或其它重大的经济损失。兰家火山矿区加上自然边坡，最高达800余米，这样高大的边坡，如果不将制约边坡稳定的结构面工程地质性质调查清楚，将是矿山边坡工程地质工作中的最大失误。因此研究矿区边坡岩体的结构面特征对露天边坡稳定性的影响，才能确保矿山安全、经济的开采。

2 矿区边坡岩体工程地质概况

组成矿区边坡的岩体从南向北主要有大理岩（M）、角闪片岩（ω6）、细粒流层状辉长岩（ω3+5）、钒钛磁铁矿（Fe）、流层辉长岩（ω1）五个岩组。

M由于受多期岩浆侵入的影响，变质较深，产状也比较复杂，呈北东45°±5°走向，倾向北西，倾角在 36°～50°间，是组成下盘边坡的主要地质体；ω6是辉长岩动力变质作用的产物，岩石最大特点是节理、劈理极为发育，50～100条/m，节理产状与下盘边坡的产状基本一致，岩体的工程地质条件最差；ω3+5是攀枝花辉长岩岩体的底部岩石、是钒钛磁铁矿的底板围岩，岩体为层状结构或板块状结构；Fe组成的边坡其稳定性均较好，通过分析研究下盘边坡挂帮的矿石主要为底部的Ⅸ矿带，在1 300m水平下的边坡上有零星分布；上盘从1510m至1210m水平均有挂帮；ω1是攀枝花辉长岩岩体的顶部岩石、是攀枝花钒钛磁铁矿的顶板岩石，同时也是组成上盘边坡的主要岩体。

3 矿区边坡岩体的结构面分析

存在于岩体中的不同类型的结构面，不但破坏了岩体的完整性，而且直接影响了岩体的力学性质。矿区边坡岩体中的结构面主要为原生结构面及次生结构面。

3.1 原生结构面

原生结构面指在成岩过程中或岩浆侵入活动及冷凝过程中形成的结构面。该区主要有辉长岩中流层理及大理岩与花岗闪长岩的侵入接触面。

（1）辉长岩体中流层理结构面。岩浆在凝固过程中浅色矿物与暗色矿物沿着其长轴方向成定向排列而形成的一种构造现象。特点是：柱状或片状的暗色矿物与浅色的斜长石相间出现，形成明显的条带或“层理”，延伸长达几米到十几米不等，产状在（325°～345°）/（∠40°～∠50°）之间。主要存在于ω3+5和ω1岩体中。结构面较发育，延伸性、连续性均较好，与下盘大边坡的产状接近，因而对下盘边坡稳定性的影响很不利。

（2）混熔性结构面。矿区离下盘边坡掌子面200余米的大理岩与花岗闪长岩的接触带是一个混熔性结构面。

3.2 次生结构面

次生结构面是指岩体形成后，由于次生作用而形成的结构面。采矿最关心的是构造应力作用形成的断裂构造结构面的规模、性质与露天矿坑边坡几何形状的组合关系。

3.2.1 矿区构造破裂性结构面——断层

矿区的断层比较发育，且复杂。对矿区影响较大的是NW向断层，它把矿区所有的岩体和矿体都切割，断层上盘一律向北推移，是区内最晚的一组压扭性结构面。各断层的性质见表1。

表1 矿区主要断层性质

矿区内断层结构面除具有表1的特征外，还有以下共同的特征：结构面的力学性质都具有扭性；断层破碎带除F205与F206外均不发育，往往仅表现为一条窄缝，且较隐蔽；断层面上绿泥石化、擦痕很明显，除岩脉充填外，其它结构面胶结性较差；结构面都比较平直光滑，倾角较陡。断层走向与边坡夹角大于40°，单个结构面对边坡稳定性影响不大。

3.2.2 构造动力变质带

构造动力变质带就是前面谈到的角闪片岩岩组。在攀枝花露天矿区的下盘边坡上均有出露，厚度0.1～20m。从岩体的结构、构造及物质组成分析，其工程性质特别差。该岩层处于细粒流层状辉长岩和大理岩之间，它是由ω3+5在动力地质作用下变质形成的，整个岩带发育有极为密集的节理、片理和劈理。且成迭瓦状、鱼鳞片，互相贯通，形成了一个较大的破裂面。

3.2.3 构造破裂性结构面——节理

节理在矿区内十分发育，为了系统地收集和统计各岩体中节理发育规律，在已靠帮的边坡（约1km2）掌子面内，布置了节理详细线调查线21条，每条线长23～60m，总计长度1 808m左右，用地质罗盘仪沿详细线2m宽的范围内将0.3m以上的节理逐条测得方位，根据节理出露的长度分A级（5m以上）、B级（1～5m）、C级（0.3～1m）记录，总计有6218条节理，本文将从三方面分析研究它们的工程地质特征。

（1）不连续面产状的等密度数值图及极点等值线图分析。不连续面产状的等密度数值图和极点等值线图分析，这种方法过去是采用手工整理，其工作费时费力，难免产生人为误差。本次是采用计算机编程进行分析整理，这样不但省时省工，而且精度很高。图1、图2、图3就是用计算机整理出的不连续面产状的极点等值线图的代表图。根据这些图，又整理出不同岩体中的优势结构面的产状，详细情况见表2。

（2）不连续面产状倾向、倾角直方图分析。这是一种类似于不连续面产状概率分布分析图，是本次工作的创新。按结构面产状的倾向划分组距并求出相应倾向组的平均倾角值作的直方见图，图4、图5、图6就是利用详细线调查的资料整理出的矿区边坡节理的倾向倾角节理直方图。

图1 矿区边坡详细线节理极点等值线图（M）

图2 矿区边坡详细线节理极点等值线图（ω3+5）

图3 矿区边坡详细线节理极点等值线图（M+ω3+5）

表2 矿区详细线调查节理裂隙分析

从图4可以看出，边坡岩体中的节理倾角较陡，倾角在75°±5°的节理最发育，占调查节理数的50%。而此图只能说明倾角的变化情况，不能反映倾向与倾角的对应关系，同时又用计算机作了倾向倾角直方图。

倾向在0°～360°之间变化，分组间距为12°，共分了30组。图5反映的是0°～180°的倾向倾角的变化情况。从该图中可以看出最高频率节理产状为84°～102°，对应的倾角为57°，与边坡走向呈直交，有利于边坡的稳定；图6反映的是192°～360°的倾向倾角的变化情况，从图中看出324°～360°之间的节理最发育，对应的倾角为45°～60°，这组节理就是前面论述的辉长岩体中流层理，也是顺坡向节理，这组节理与上面84°～102°节理的组合，常常造成小台阶边坡的并段，因而在边坡爆破中要采用控制爆破。

图4 矿区边坡详细线节理倾向、倾角直方图

图5 边盘边坡详细线节理倾向、倾角直方图

图6 矿区边坡详细线节理倾向、倾角直方图

（3）详细线节理裂隙特征分析。表2是边坡详细线调查节理面的物理形态综合分析，从表中看出，压扭性的结构面占调查结构面的67.7%，光滑的结构面占调查结构面的55%，这些数据是和地区地应力场作用是一致的。

对边坡岩体中不同类型结构面进行分析研究，目的是获得各类型结构面的空间分布规律、力学特征等参数，从而更好地评价边坡岩体的稳定性。

4 边坡岩体结构面的力学性质分析

结构面存在岩体中，所以讨论结构面的力学性质，从某种意义讲就是在研究岩体的力学性质。兰家火山露天矿岩体的力学试验从建矿初期就在开展，经过三十多年研究试验工作，归纳起来主要进行过结构面中型剪切试验、现场的原位力学试验和三轴剪切试验等，各时期和各种类型的试验结果见表3。

表3 矿区岩体（层）力学试验汇总

通过对各类岩体（石）试验表明，除ω6带外，其它各类型结构面强度都比较高，力学性质都很好。实际出露的边坡岩体的工程地质性质、物理力学特征很好，由ω1、M、ω3+5、Fe岩体组成的边坡是很稳定的，各时期所做的岩体（面）的力学试验，反映了矿区边坡岩体结构面的力学性质。

5 结语

通过对兰家采场南帮边坡岩体结构面探讨，基本上确定了兰家火山矿区边坡岩体中结构面空间的分布规律及各类型的结构面对边坡稳定性的影响，其结论是：构造动力变质带——软弱夹层对矿区边坡稳定的影响危害最大，是整个下盘边坡潜在的滑动面；矿山生产过程中要加强此控制性结构面的中深部调查研究，建议采用边坡位移观测网对其进行监测控制，确保矿山安全、经济、高效、持续稳定的生产。另外在临近靠帮的边坡要采取预裂爆破或控制爆破来减轻对顺坡向节理及流层理的破坏，从而确保小台阶边坡的稳定。

TD854.6

B

2010-01-19

舒瑞清（1965-），女，四川遂宁人，地质工程师，从事矿山边坡水文地质和矿山实物质量管理工作。

Abstract:By discussing the structural plane of slope rock mass in Lanjia Huoshan open-pit mine,the influence of different types of structural planes on slope stability are discussed,and the importance of implementing investigation and research on structural plane of rock mass to the final pit slope is introduced.

Key words:structural plane of rock mass;engineering geology;mechanical property

1672-609X（2011）01-0025-04