論述露天礦邊坡工程地質(zhì)勘察

【關(guān)鍵詞】露天礦邊坡；工程地質(zhì)勘察；程序；內(nèi)容；技術(shù) 

　　露天礦邊坡穩(wěn)定問題一直是困擾露天礦安全生產(chǎn)的難題。邊坡工程地質(zhì)勘察為露天礦邊坡設(shè)計(jì)及治理方案提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和邊坡治理的基礎(chǔ)工作。 

　　1 工程地質(zhì)工作程序 

　　邊坡工程地質(zhì)勘察工作首先應(yīng)從大范圍的區(qū)域地質(zhì)背景開始，逐步縮小范圍，進(jìn)而調(diào)查邊坡工程所在范圍的地質(zhì)條件。工程地質(zhì)工作程序如圖1。 

　　2 工程地質(zhì)工作內(nèi)容 

　　邊坡工程地質(zhì)工作的內(nèi)容有：工程地質(zhì)測(cè)繪，工程勘探，巖土測(cè)試與試驗(yàn)、監(jiān)測(cè)工作。具體內(nèi)容包括： 

　�。�1）邊坡地層的巖性、顏色、成份、結(jié)構(gòu)特征、巖層產(chǎn)狀、含水狀態(tài)。軟弱層的賦存狀態(tài)、分布規(guī)律、觸關(guān)系及接觸面的特征。 

　　（2）與邊坡穩(wěn)定性有關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造，包括：斷層的性質(zhì)、產(chǎn)狀、破碎帶寬度及破碎程度、斷層面特征、充填物，斷層與地下水的關(guān)系；裂隙的性質(zhì)、產(chǎn)狀、發(fā)育程度，裂隙帶的寬度及充填物；褶曲的形態(tài)、類型、產(chǎn)狀、特征。 

　�。�3）松散及風(fēng)化巖石的巖性、風(fēng)化程度及其與堅(jiān)硬巖石的接觸關(guān)系、接觸面的特征。 

　　（4）含水層的巖性、厚度，裂隙發(fā)育狀態(tài)、滲透系數(shù)及特征。出水點(diǎn)的位置、流量變化、水的來源及補(bǔ)給途徑。 

　�。�5）進(jìn)行巖礦分析，測(cè)定主要弱層中蒙脫石、伊利石、高嶺土含量比例。 

　�。�6）勘探取出巖芯后，按現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行巖石物理力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，確定與邊坡工程有關(guān)的巖石物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，包括：密度、含水率、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度參數(shù)、彈性模量、泊松比。按現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行巖體的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定工程巖土體抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、彈性模量等。 

　　（7）邊坡工程中地表滑動(dòng)區(qū)的范圍，水平移動(dòng)速度和方向，垂直位移。滑動(dòng)區(qū)細(xì)部裂縫變化和位移；滑動(dòng)區(qū)地下正在發(fā)生位移巖土層的移動(dòng)速度和方向。 

　　3.1 工程地質(zhì)測(cè)繪 

　　工程地質(zhì)測(cè)繪是在充分搜集和詳細(xì)研究已有資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，側(cè)重調(diào)查工程地質(zhì)條件在地表的分布并據(jù)以推測(cè)工程地質(zhì)條件在地下的分布。 

　　露天礦邊坡工程地質(zhì)測(cè)繪的主要測(cè)量出露在臺(tái)階上的巖性變化，結(jié)構(gòu)面分布，出水點(diǎn)，采掘臺(tái)階現(xiàn)狀，工程地質(zhì)分區(qū)及剖面線，巖石力學(xué)試驗(yàn)取樣地點(diǎn)。測(cè)繪的范圍應(yīng)包括可能對(duì)邊坡穩(wěn)定有影響的所有地段。測(cè)繪的方法有：用經(jīng)緯儀，羅盤和卷尺現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量觀察。工程地質(zhì)攝影技術(shù)，包括：地面立體攝影等。測(cè)繪的比例尺一般在1：500～1：2000。 

　　3.2 工程地質(zhì)勘探 

　　工程勘探常用的手段有鉆探法、掘探法及地球物理勘探三類。鉆探和掘探是直接勘探手段，能較可靠地了解地下地質(zhì)情況。地球物理勘探簡(jiǎn)稱物探，是一種間接的勘探手段。鉆探法，是用各種鉆探工具鉆入巖土體中分層取樣鑒別、描述和測(cè)試的方法。 

　　3.3 測(cè)試工作 

　　測(cè)試工作主要包括巖土試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)工作。巖土試驗(yàn)著重確定巖土的抗剪強(qiáng)度和巖土體軟弱面的抗剪強(qiáng)度。通過室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定邊坡主要地層巖土的物理參數(shù)、強(qiáng)度參數(shù)、變形參數(shù)。軟弱結(jié)構(gòu)面（可能的滑動(dòng)面）的物理參數(shù)、強(qiáng)度參數(shù)、變形參數(shù)。巖體原位測(cè)試，主要有變形試驗(yàn)、強(qiáng)度試驗(yàn)及天然應(yīng)力量測(cè)等。變形試驗(yàn)測(cè)試方法有：承壓板法和聲波法。原位巖體強(qiáng)度試驗(yàn)主要有直剪試驗(yàn)、單軸和三軸抗壓試驗(yàn)等。巖體應(yīng)力測(cè)試常用的方法有：應(yīng)力解除法、應(yīng)力恢復(fù)法和水壓致裂法等。 

　　監(jiān)測(cè)工作主要是確定邊坡工程中地表滑動(dòng)區(qū)的范圍，水平移動(dòng)速度和方向，垂直位移�；瑒�(dòng)區(qū)細(xì)部裂縫變化和位移；滑動(dòng)區(qū)地下正在發(fā)生位移巖土層的移動(dòng)速度和方向。地表位移監(jiān)測(cè)現(xiàn)在大多是布置固定測(cè)點(diǎn)后，借助儀器定期直接讀數(shù)。地下監(jiān)測(cè)多用傾斜儀。 

　　3.4 其他 

　�。�1）補(bǔ)充勘察的鉆孔深度，應(yīng)超過開采煤層底板以下50 m，或預(yù)計(jì)最深滑面以下50m。 

　�。�2）所有采取的巖樣、巖芯，以及施工、試驗(yàn)所用的設(shè)備需用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行拍照，并在巖樣、巖芯上注明其出處、巖性，照片分辨率不得小于2592 ×1944。全部照片需存檔。 

　　（3）取芯時(shí)嚴(yán)禁敲擊。鉆孔單孔取芯率不得小于95 %，要采取各種措施來保證取芯率。鉆孔取芯后，需要做實(shí)驗(yàn)測(cè)試的，應(yīng)及時(shí)的取樣封存，保證不失水，污染。 

　�。�4）鉆孔取芯時(shí)，應(yīng)盡量利用采掘場(chǎng)已開挖的部位，在采場(chǎng)內(nèi)部取樣，降低工程費(fèi)用，但不得以礦坑內(nèi)部巖樣替代鉆孔中的巖樣。 

　　為查清東南幫變形區(qū)域的地質(zhì)情況，邊坡體內(nèi)賦存的巖層及軟弱層的形態(tài)、規(guī)律；邊坡巖體的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造；采取巖土樣（尤其是弱層）進(jìn)行物理、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)測(cè)定，對(duì)東南幫進(jìn)行了工程補(bǔ)充勘察。 

　　工程地質(zhì)補(bǔ)充勘察工作，在東南幫滑坡變形區(qū)別施工了2個(gè)剖面，共6個(gè)工程地質(zhì)補(bǔ)充勘查孔，總進(jìn)尺669.20m。鉆孔分布如圖2所示。 

　　鉆孔全孔取芯，并進(jìn)行了視電阻率測(cè)井和人工伽瑪測(cè)井。同時(shí)也進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)踏勘，查看變形區(qū)裂隙分布狀態(tài)、規(guī)律以及F43斷層走向分布和破碎帶結(jié)構(gòu)特征。巖土試驗(yàn)工作共取巖芯91個(gè)，完成的原狀直剪試驗(yàn)64組，重塑73組，液塑限13組，滲透1 組，無荷載膨脹1 組。在6個(gè)鉆孔中采取堅(jiān)硬巖石巖芯19段，進(jìn)行了含水率、重度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和變形參數(shù)試驗(yàn)。 

　　以往對(duì)附近區(qū)域的地質(zhì)工作有：1991年H綜合試驗(yàn)隊(duì)的露天礦邊坡地質(zhì)勘察工程；1999年N省煤田地質(zhì)局109勘探隊(duì)的綜合地質(zhì)報(bào)告；2002 年煤科院F 分院的東端幫邊坡工程地質(zhì)勘察；2004 年南幫工程地質(zhì)勘探；2005 年N 省煤田地質(zhì)局109 勘探隊(duì)露天礦補(bǔ)充勘探工程。2006 年煤科院F分院的東南幫邊坡工程地質(zhì)勘察。 

　　該區(qū)巖層由上而下可劃分為下述幾個(gè)工程地質(zhì)巖組：第四系松散沉積層，礫巖組，砂礫巖組，泥巖組，15、16 號(hào)煤層巖組，砂巖組，泥巖組，20 號(hào)煤層巖組，泥巖組。 

　　根據(jù)該次補(bǔ)充工程地質(zhì)勘探取得的巖土物理力學(xué)指標(biāo)，結(jié)合以往的資料，確定穩(wěn)定性分析選用的參數(shù)如表1 所示。 

　　軟弱層是一個(gè)相對(duì)的概念，在不同的地區(qū)、不同的巖體中軟弱層的特征與指標(biāo)不同。本次勘探軟弱層判定的主要是通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)提取的巖芯的特征的判斷。主要標(biāo)準(zhǔn)如下： 

　�。�1）一般的塊狀結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度中等的泥巖，巖芯破碎，巖芯呈泥團(tuán)狀，軟塑狀態(tài)的。 

　�。�2）致密較堅(jiān)硬的泥巖，大段的巖芯都是長(zhǎng)柱狀，中間某一段巖芯破碎，呈碎塊狀的。 

　　（3）致密較堅(jiān)硬的泥巖，但原生的節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯部分是碎塊狀，某些節(jié)理面上有較明顯的擦痕。 

　�。�4）膠結(jié)較差的粗砂巖，中砂巖，細(xì)砂巖，巖芯提不上來的或提上的巖芯是散狀的。 

　�。�5）飽水的粉砂巖，軟塑狀態(tài)，手拍即可出水的。 

　�。�6）鉆孔時(shí)孔徑發(fā)生變化，有縮孔現(xiàn)象的。 

　　結(jié)果表明：SE08-1 線有5個(gè)和SE08-2 線有3個(gè)比較明顯的軟弱層面。 

　　根據(jù)東南幫邊坡的巖體產(chǎn)狀與結(jié)構(gòu)，可能出現(xiàn)的滑坡模式有兩種：圓弧模式和圓弧-順層-切層模式，圓弧滑動(dòng)模式的滑面位置、滑體大小主要受巖體強(qiáng)度和邊坡角的影響，具體位置需通過試算確定。圓弧-順層-切層滑動(dòng)模式的滑面位置、滑體大小除了受巖體強(qiáng)度和邊坡角的影響之外，還要受到弱層位置、產(chǎn)狀和強(qiáng)度的影響，其順層部分位置受弱層控制，圓弧部分也需通過試算確定。 

　　5 結(jié)語(yǔ) 

　　通過東南幫邊坡工程地質(zhì)補(bǔ)充勘察，獲得了東南幫邊坡地層情況，東南幫邊坡的巖體產(chǎn)狀與結(jié)構(gòu)，軟弱層賦存狀況，確定了穩(wěn)定性分析所需要的邊坡地層的巖土物理力學(xué)指標(biāo)的數(shù)據(jù)，對(duì)分析滑坡模式，進(jìn)行穩(wěn)定性研究有重要的作用。