断裂活化诱发下的露天采坑边坡稳定性评价

2015-03-23郭志东付建飞

科技资讯 2014年34期

郭志东　付建飞

摘要：为了查明露天采坑边坡内的活化断裂存在及其对边坡稳定性的影响，利用高密度电阻率法对其进行地球物理探测，运用合理的数据采集装置和方法，经过系统的数据处理，并结合相关地质资料进行数据解译，推测了隐伏断裂的存在、规模和大小等情况，且经过了相关钻探验证。结果表明，高密度电阻率法具有有效、快速和准确的特点，可以作为金属矿山露天采坑的高陡边坡评价中的一种地球物理勘查技术手段，尤其适合边坡潜在威胁因素-隐伏活化断裂带的测定。

关键词：高密度电法边坡活化构造次生地质灾害

中图分类号：P631.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（a）-0073-02

在矿业发展的一定阶段内，露天开采是其主要的采矿方式，具有安全、高效和成本低的特点。但随着采矿活动的持续进行，很多金属矿山的露天采坑已进入深凹开采阶段，采坑落差小则100 m，大则200～300 m，其边坡属于高陡型和长边坡的形式。在此种形式下，边坡岩（矿）体受力形式发生变化，极易因某种因素的诱发而出现边坡失稳以导致滑坡，严重威胁露天矿安全生产[1-3]。这些因素包括构造条件、水文地质条件、风化与气候、开采条件和采矿活动等，其中尤以构造诱发破坏最大，影响也最为深远，特别是当其中的构造因开采活动的进行，受力失衡，引起再活化，再运动，可造成大面积的滑塌，对生产造成极大危害。

因而，在露天边坡稳定性评价中，除考虑常规的边坡角和节理等因素外，还要考虑断裂存在的与否及其对边坡稳定性的影响。但由于露天边坡的特殊性和构造的隐伏性特点，常规方法很难对其进行评价。但高密度电法的出现，为这一问题的解决提供新的技术方法和手段，并在实际应用中取得良好效果[4-5]。

1 高密度电阻率法原理和工作方法

1.1 基本原理

高密度电阻率法是普通直流电法和自动化技术的有机结合成果，它是以岩（矿）石导电性的差异为基础的地球物理探测方法。高密度电阻率法在工作过程中，是将电极按照一定的间隔插入相应的地段，一次插入的电极由几十到几百根不等，主要依据测量要求和场地条件布设，电极用多芯电缆连接通向测量仪器，仪器通过发送指令给连接各个电极的程控转换开关，实现对测量和接收数据的自动化[6-7]（图1）。这不仅克服了普通电阻率法效率低、手工操作多容易出现人为失误等缺点，还可以一次布置电极进行多种装置测量，从而获得丰富的地电断面信息，为资料处理与解释提供了充分的依据。

1.2 工作装置和特点

高密度电法装置有很多，比如对称四极、三极、偶极—偶极等，应用较多的是对称四极（斯伦贝谢观测方式）。由于目前数据处理及成像技术越来越成熟，工程技术人员可以根据需要自动绘制打印成各式需要的成果图件，且具有以下优点，得到了更为广泛的应用。

（1）电极布设一次性完成，减少了因电极设置引起的干扰和由此带来的测量误差。

（2）能有效地进行多种电极排列方式的测量，从而可以获得较丰富的关于地电结构状态的地质信息。

（3）数据的采集和收录全部实现了自动化（或半自动化），不仅采集速度快，而且避免了由于人工操作所出现的误差和错误。

（4）可以实现资料的现场实时处理和脱机处理，根据需要自动绘制和打印各种成果图件，大大提高了电阻率法的智能化程度[8]。

2 应用实例研究

2.1 探测区地质概况

探测区位于中国有名的铁矿石原料基地-鞍本地区，是鞍山式铁矿主要分布区。探测地点为一露天采场的北部边坡，其上分布有选矿场，其下为主干运输道。经过多年开采，形成了高陡边坡，岩石出露类型以片岩为主，其次有各种蚀变岩和花岗岩，充水稳定性差。区内分布的主要断裂构造为近EW向，基本与采场的主方向一致，如其再次活化充水，对安全生产威胁大。

2.2 工作技术方法

依据现场的地形条件和工作要求，该次研究共布设6条线，近似平行于采场边坡等距布设，极距因探测精度和深度，采用2～5 m不等。

2.3 数据采集

此次勘查研究采用的测量仪器为DUK-2高密度电阻率法测量系统，测量装置主要采用稳定可靠的温纳装置，保证仪器自检和接地电阻均符合测量指标。人工布设电极一次完成，数据采集自动化，成图曲线形态一致，质量合格。

2.4 数据处理和解译

高密度电阻率法采集的数据量大，其处理主要有软件自动完成，通过滤波消除随机干扰和旁侧异常，提高数据的准确性和有效性。其后，通过软件进行二维电阻率反演，并根据实地情况，不断调整反演参数，如遇地形变化，并带入高程文件进行校正，最终形成反演成果。

该次主要以高密度5线为例进行说明，5线位于边坡推测隐伏断裂的上盘，为精确测定断裂面的破碎程度和含水状况，采用3米极距，120电极，36层测试，最大理论测量深度达到108 m。从图2可以看出，成果图显示出两处面状低阻区，为充水断层破裂面的显示。其中活化断裂面1埋深在19～87 m之间，最大长度140 m，按隐伏断裂近似直立产状计算，易形成滑动破裂面面积达9520 m2，活化断裂面2埋深在23～47 m之间，最大长度57 m，可形成滑动破裂面的面积为1368 m2。此外，从探测成果图看出断层在走向上存在膨大涨缩现象，活化断裂面1即为显著膨大部位，也是构造受力的集中部位，换言之，也是边坡最不稳定的部位，是潜在的滑塌区，需要在边坡稳定性评价中进行重点研究，进行相关处理。

针对上述研究成果，矿山已对潜在滑动面进行了钻探验证，发现充水破裂面富含片岩，力学性质不稳定，尤其在多雨季节，易引起滑动而导致断裂的再活化，诱发整个断裂带的不稳定，威胁安全生产。

3 结语

（1）高密度电阻率法是一种快速有效的工程物探方法，其应用于采矿边坡内的断裂稳定性评价，能有效确定断层的位置和发育情况，是金属矿山边坡稳定性评价的一种行之有效技术方法。

（2）研究区不但存在大规模的隐伏断裂，而且部分部位膨大涨缩严重，形成充水滑动面，极易诱发滑塌、崩落等边坡次生地质灾害。

另外，由于该次研究只着重于隐伏断裂及其充水性对边坡的稳定性研究，属于半静态研究，后期可根据实际情况应用高密度电阻率法对破碎带的发育实施动态监测和评价，以对边坡的稳定性进行实时预警。

参考文献

[1] 王家臣.边坡工程随机分析原理[M].北京：煤炭工业出版社，1996.

[2] 李爱兵.露采边坡工程特点与有关问题的探讨[J].矿业研究与开发，2002，22（1）：28-30.

[3] 唐廷宇，陈福民.影响露天矿边坡稳定的主要因素及防范措施[J].矿业工程，2008，6（2）：14-15.

[4] 李广超，朱培民，马若龙，等.高密度电法探查地质构造在赤道几内亚的应用[J].工程勘察，2010（1）：84-88.

[5] 季洪伟，龚育龄，王粤.高密度电阻率法在某地区含水构造勘查中的应用[J].东华理工大学学报（自然科学版），2013，36（S1）：49-52.

[6] 董浩斌，王传雷.高密度电法的发展与应用[J].地学前沿，2003（1）：171-176.