三道庄矿区地质构造对矿山工程安全的影响分析

2012-11-17杨敬国

采矿技术 2012年2期

关键词：角岩透辉石层理

杨敬国

（洛阳栾川钼业集团股份有限公司，河南栾川县 471500）

三道庄矿区地质构造对矿山工程安全的影响分析

杨敬国

（洛阳栾川钼业集团股份有限公司，河南栾川县 471500）

矿山地质构造主要有褶皱、断层、破碎带构造、节理、解理等类型，地质构造对于矿山工程的安全具有很大影响。对三道庄矿区各种地质构造对矿山工程安全的影响进行分析，为矿山安全生产提供参考。

地质构造；矿山工程；安全性；三道庄矿区

1 矿区地质构造与地层

三道庄矿区位于秦岭纬向构造带的南亚带，受淮阳山字型构造干扰影响，矿床赋存在向南拖移呈弧形转折的部位。区内地层、构造、变质带及岩浆岩均呈北西西—北西向分布。本区自晚元古代以来，经历了多次地壳运动，又由于伏牛—大别弧型及新华夏系构造的干扰和影响，不同方向、不同性质、不同时期的构造形迹广泛发育，断层结构面有过多次力学性质的转变，造成了区内错综复杂的形变。

整个区域跨3个一级褶皱带。北部为熊耳山隆褶带；南部为伏牛山隆褶带；中部主体为三川－栾川陷褶断带，矿区位于该带中部。

三川－栾川陷褶断带南以叫河－陶湾－后坪断裂（F1）为界，北出测区至马超营断裂。主要由栾川群及陶湾群一套浅变质岩组成。褶皱紧密、形态复杂。带内大部分褶曲由于走向断裂的破坏，残缺不全。在该陷褶断带内，主要褶曲有：

（1）青和堂－庄科背斜，该背斜两翼产状较陡，核部产状较缓，轴面近直立，为一较对称的箱状背斜；

（2）黄背岭－石宝沟背斜，背斜北翼产状变化较大，时北时南，南翼地层大部分倒转，为一倒转的复式背斜；

（3）包头寨－三道庄向斜，东端略向南偏转，核部由南泥湖组、煤窑沟组地层组成，两翼由三川组、白术沟组地层组成。

三川组（Pt3s）主要分布在矿区东部南庄、北庄及北部十八盘一带，根据岩性组合特征和沉积旋回，可分上、下两个岩性段。下段（Pt3s1）以含石英细砾的变质砂岩为主，夹千枚岩，经热力接触变质作用形成长英角岩、黑云母长英角岩夹石英岩，厚度大于140m。上段（Pt3s2）岩性以大理岩为主，夹薄层钙质片岩。经热接触变质作用，形成各种钙硅酸角岩。后受接触交代作用，钙硅酸角岩大部分变成透辉石、石榴子石矽卡岩，厚度136～260m。根据原岩矿物成分及接触交代作用的程度不同，由下而上可分3层：

（1）透辉石斜长石角岩（Pt3s2－1），地表出露于南庄、北庄一带，岩性变化较大，有二云母片岩、黑云母片岩、云母石英片岩等，因受热接触变质及接触交代作用，已变成磁黄铁矿透辉石长英角岩或透辉石斜长石角岩，厚3～15m；

（2）硅灰石大理岩、条带状石榴子石硅灰石角岩夹透辉石斜长石角岩（Pt3s2－2）；

（3）透辉石斜长石角岩（Pt3s2－3），呈浅绿色，具显微花岗变晶结构，块状、条带状构造，主要由斜长石、透辉石组成。

南泥湖组下段（Pt3n1）分布于太保山、祖师庙、三道庄岭、南泥湖及上东沟脑一带，多形成陡壁，以石英岩为主，夹绢云母黑云母片岩。角岩化后变为石英岩及长英角岩夹黑云母长英角岩。

岩层经过褶皱作用后，在褶皱不同部位的岩石结构稳定性具有较大的差别，在背斜轴部节理以张性为主，因此，稳定能力明显减弱。在向斜轴部，节理以压性或压扭性为主，因此，稳定能力介于背斜轴部和向斜轴部之间。此外，背斜倾伏端埋深相对大，稳定能力也相应增强，而向斜仰起端埋深相对减少，稳定能力也相对减弱。特别是在箱状背斜的顶翼，加之有上下部的采空区，其稳定性很差，跨度大的采空区很容易塌陷。

2 地质构造对矿山工程的影响

2.1 断层对矿山工程的影响

断层稳定性随断裂性质的不同而具有显著的差异。压性断层因受到较大压应力作用，内部充填结构致密的断层泥、糜棱岩，地表降水不易渗入，相对而言在雨季安全性较好，其倾角一般较缓，产生垮塌的可能性小。张性断层则相反，一般来说，张性断层引起两盘岩层产生层间错动的规模很小，结构松散的碎裂隙岩、断层泥不发育，其稳定性差，在雨季由于雨水渗入减小了岩层之间的摩擦力，产生空区垮塌的可能性很大。其它断层稳定性则按压扭性、扭性、张扭性的顺序逐渐减弱。此外，断层对岩石的稳定还明显受到构造作用的强烈程度影响，随着地质构造作用的加强，断层泥、糜棱岩进一步发育，其稳定性更差。另外断层的宽度、倾角破碎程度对岩体的稳定性也有极大的影响，近于直立的断层就容易使采空区垮塌，破碎带越宽其稳定性就越差。断层交汇对于矿山工程的影响是不可忽视的，在溜井设计、运输道设计时，要避开断层交汇地段，不然，易造成大面积垮塌，例如三道庄矿4＃破碎站的建设，就出现过这种情况，最后不得改动溜井位置，重新建设，还有该矿1＃破碎站也出现过这种情况，在井筒边上有一个破碎带穿过，结果造成井壁快速磨损，不得不利用钻孔用水泥砂浆重新浇筑，经过两次大修才可使用。

2.2 断层对永久边坡的影响

永久边坡在断层破碎带上的情况有以下几种：

（1）断层走向垂直于台阶坡顶线，这种情况易引起边坡局部垮塌；

（2）断层破碎带走向与边坡坡顶线走向相同或相交，一种是大于台阶坡面角，另一种是小于台阶坡面角，小于台阶坡面角的情况最容易垮塌。

2.3 节理解理劈理对矿岩稳定性的影响

三道庄矿区内不同方向、不同性质的节理裂隙十分发育，最为发育的裂隙有两组：一组走向280°～31°，另一组走向为20°～40°，其次为南北向与北东东向两组。在南泥湖组下段（Pt3n1），角岩化后变为石英岩及长英角岩夹黑云母长英角岩，经风化后层理节理发育，因此在采空区暴露面积大时易产生垮塌。

2.4 降雨对地质构造稳定性的影响

由于降雨使大量的雨水灌入构造带内，从而使岩层之间的摩擦力减小，在这些受力薄弱面，往往容易产生塌落现象。

2.5 构造对于矿山工程稳定性的破坏

三道庄露天矿的4＃破碎站地段主要地层为三川组地层（Pt3s），分上下两个岩性段，下段（Pt3s1）为黑云母长英角岩，上段主要为长英角岩（Pt3s2－1）、透辉石石榴子石矽卡岩（Pt3s2－2），含石榴子石硅灰石大理岩（Pt3s2－2G＋T）。岩层倾向北东，倾角10°～15°。4＃破碎站现出露4条比较大的断层，宽度1.5～5.0m不等，走向北东，其中F1断层充填物为黄褐色围岩角砾，F2、F3、F4断层充填物为淡黄色土状物质。受断层影响，裂隙，层理十分发育，产状与断层基本一致，裂隙开口较大。其中较大的裂隙有4条，全分布在F1与F2断层之间，宽度为10～30cm，走向东西，倾角57°～75°。层理十分发育，宽10cm左右，具体分布见图1。从工程地质钻施工来看，除71.5～80m处有1条较宽的破碎带，实际上多处揭露了宽0.2～1.0mm的裂隙、层理和破碎带，说明了此处裂隙、层理十分发育，构造十分复杂，经过进一步的编录，钻孔柱状图所标示的应是F4破碎带。

图1 地表平面

1310措施平巷现已揭露3条破碎带，分别对应原来的F3、F4破碎带，F5破碎带层理发育，在1310平巷开口处揭露，宽20m左右，倾向南东，对下部建筑物无影响，对向西皮带道将产生影响。F4破碎带现对向西掘进的皮带道产生了极大的破坏作用，在西道左侧现已揭露一条宽0.14m厚的层理（层间破碎），倾向北东，倾角45°左右，对西道下滑塌方起到很大的作用，在西道道头可见“X”形节理4条，“X”形节理呈西南和东西方向，与F3和F4破碎带方向一致，倾角约80°，是导致巷道顶塌落的主要因素。受F3、F4破碎带影响，在旁边产生次级构造，具体破碎带空间关系见图2。由于构造的影响，造成1260水平巷道溜井位坍塌，因无法施工改动溜井位置，直接经济损失大于50万元。