矿山环境地质调查.pdf

“ “ “ “ 第十六篇 矿山环境地质调查 第一章矿山环境地质调查概述 第一节环境调查的必要性 随着世界人口的增长， 随着生产力的提高， 生产规模的扩大和人类活动范围的扩张， 环境问题， 即由于人类活动作用于人们周围的环境所引起的环境质量变化， 以及这种变 化反过来对人类的生产、 生活和健康的影响问题， 已成为全球性的突出问题， 受到世界各 国的重视。环境科学也得到了较快的发展。 环境科学是以 “人类环境” 系统为其特定的研究对象。它是研究 “人类环境” 系 统的发生和发展、 调节和控制， 以及改造和利用的科学。 “人类环境” 系统， 即人类与环 境所构成的对立统一体， 是一个以人类为中心的生态系统。 人类与环境的关系主要是通过人类的生产和消费而表现出来的， 人类的生产和消费 活动也就是人类与环境之间的物质、 能量和信息的交换活动， 人类通过生产活动从环境 中以资源的形式获得物质、 能量和信息， 然后通过消费活动再以 “三废” 的形式排向环境。 因此， 无论是人类的生产活动， 还是消费活动 （生产消费与生活消费） 无不受环境的影响， 也无不影响环境， 其影响的性质、 深度和规模是随着环境条件的不同而不同， 随着人类社 会的发展而发展的。 环境科学的地学分支是环境地质学， 它是近 “ 年来， 地质学中发展起来的一门新的 分支学科， 目前还处在发展的初期阶段。环境地质学主要应用地质学理论和方法， 研究 地质环境的基本特征、 功能和演变规律， 研究人类活动与地质环境之间的相互作用、 相互 第一章矿山环境地质调查概述 制约关系， 解决人类开发利用自然环境遇到的和可能引发的地质问题， 探索在发展社会 经济的过程中， 合理利用和保护地质环境的途径。 矿山环境地质是环境地质学的重要组成部分。同时， 它又是矿山地质学的一个新的 分支， 正在发展兴起， 它是矿山地质学向深度和广度发展的一个重要标志。环境地质已 成为矿业开发中不可缺少的一项重要研究内容。 第二节矿山环境地质的概念、 研究意义及主要内容 一、 矿山环境地质的概念 矿山环境地质是介于矿山地质学与环境学之间的边缘学科。它主要研究在矿山开 采过程中， 自然地质作用、 人为地质作用与地质环境之间的相互影响与作用， 及由此产生 的环境污染与破坏问题， 从而达到合理开发利用矿产资源和保护地质环境的目的。 传统地质学认为地质作用是地质动力引起的， 两种基本类型的作用 内动力地质 作用和外动力地质作用， 推动着地壳运动和发展。内动力地质作用， 有构造运动、 岩浆活 动、 地震及变质作用； 外动力地质作用， 包括风化、 剥蚀、 搬运、 沉积和成岩作用等， 由这两 种基本地质作用， 控制和改变着地球表面的结构和形态。 但是， 人类的出现， 特别是人口剧增、 社会生产力和科学技术大大发展的情况下， 地 球表面受到了人类活动的强大冲击， 人类活动成了除上述天然的内、 外地质动力之外， 使 地球表面发生变化和发展的不可忽视的又一动力， 产生了其规模与速率都可以同天然地 质作用相比拟的人为地质作用。 人为地质作用是环境地质学的重要研究内容。人为地质作用包括 人为剥蚀地质作 用 （如露采矿山剥离盖层、 工程挖掘土石等） 、 人为搬运作用 （如填筑工程基础、 采掘矿产、 工程场地开挖等） 、 人为堆积作用 （如由建筑施工和工业生产产生的废弃物的堆积， 固体 生活垃积堆积层等） 和人为塑造地形作用 （如采矿堆积的尾矿、 废石堆、 挖掘的采矿场陡 壁斜坡、 矿坑、 陷落漏斗、 修建的人工湖、 假山， 工程与道路建设削平高地， 填平低地， 建筑 路堤、 路堑等） 和人类活动的其它地质作用， 如人类活动可以使地壳表层内的地球化学 场、 应力场、 水动力场、 热力场等发生改变， 产生其它新的地质作用和地质现象。例如， 在 长期大规模强力开采地下水的地区， 由于开采区含水层中水压力的降低， 导致含水层和 “ 第十六矿山环境地质调查 隔水层发生新的压密作用， 引起地面沉降， 在岩溶发育区发生地面坍陷； 又如在露天开采 矿山， 由于开采而引起的边坡岩体的滑动和地下开采矿山的井下岩体的崩塌与移动等。 上述人为地质作用， 必然破坏地质环境在天然地质作用下的平衡条件， 形成新的平 衡关系。随着人口的增长， 社会生产力的发展和科技的进步， 人为地质作用力将越加强 大， 它们对地质环境的冲击亦将更加强烈。深入研究人为地质作用和地质现象的发生、 发展， 有助于评价地质环境的变化趋势。 二、 矿山环境地质研究的意义 矿业开发的过程， 实际上是利用、 改造和破坏自然环境的过程。所以， 环境问题是矿 山生产进程中必然出现而又必须解决的问题。有人预计， 到下个世纪， 环境问题将成为 地质工作的重点之一。在某些情况下， 合理利用、 保护和改善地质环境， 包括合理开发利 用矿产资源的调查研究， 可能比勘查矿产的意义更大。而在环境地质研究中， 矿山环境 地质工作占有重要地位。因为矿山存在着特殊的地质环境， 特别是矿床开发后， 这种特 殊地质环境对人类的影响， 就更为严重。在生产过程中， 人们与地质体直接接触， 而且在 矿产资源开发的同时， 又排出了大量废弃物 （废石、 矿坑水、 尾矿） 更增加了对生产与生活 环境的污染与恶化， 造成的危害就更大， 甚至呈现为一种恶性循环 （图 “ ） 。要使 恶性循环向良性循环转化， 就需要加强对矿山环境的保护与治理。 环境保护的内容， 根据我国环境保护法的规定， 包括 “保护自然环境” 与 “防治污染和 其它公害” 两个方面， 这就是说， 要运用现代地质学和环境科学的理论与方法， 在更好地 利用自然资源的同时， 深入认识和掌握污染和破坏环境的根源和危害， 有计划的保护环 境， 预防环境质量的恶化， 控制环境污染， 促进入类与环境协调发展。 开展矿山环境地质调查研究， 做好地质环境的保护， 不仅对地质灾害的防治， 为经济 建设和社会发展创造有利条件， 而且对人类生产和生存发展提供良好的环境空间也具有 重要的现实意义和战略意义。 三、 矿山环境地质研究的主要内容 矿山环境地质工作涉及的问题比较广泛， 总的来说， 它既涉及到自然地质灾害方面 的问题， 又涉及到人类对自然的影响而产生的环境破坏方面的问题。但由于矿山环境地 质， 目前尚处于初始发展形成阶段， 其中有许多内容的研究尚处于探索、 开拓研究阶段， 很不成熟， 加之， 我们现在掌握的资料及水平所限， 本章只能就当前比较常见和研究比较 广泛而又比较深入的几个环境地质问题， 作一梗概的介绍。 第一章矿山环境地质调查概述 图 “ 矿产开采活动引起的环境地质作用循环系统 （据胡海涛改编） 良性循环作用及方向；恶性循环作用及方向 “ 第十六矿山环境地质调查 这些地质问题主要有以下几个方面 “ 矿山工程地质调查与研究 主要任务是紧密结合矿山生产， 解决与矿床开采有关的岩 （矿） 体稳定性和预报地质 自然灾害问题。其主要工作内容有 开展露天矿边坡工程地质调查， 进行边坡稳定性评 价； 进行岩 （矿） 石物理力学参数测定， 地应力测量， 岩体变形和位移的监测； 对采区岩 （矿） 体的稳定性， 回采工艺等技术问题进行研究或论证； 开展地质自然灾害 （矿区岩体的 崩塌、 滑坡和泥石流灾害， 露天矿边坡的滑移， 井下矿山的地压活动） 的预报， 以及灾害调 查和处理中的工程地质工作。 “ 矿山水文地质调查与研究 主要任务是根据设计确定的开采范围深度、采矿方法和技术要求，进一步查明 影响矿床充水的各种因素，研究地下水处理前后的补给、径流和排泄条件的变化情 况，核校矿坑涌水量与各项计算参数，制定防治和综合利用地下水的方案，保障矿 山安全生产的进行。其主要工作内容是；在充分利用已有矿床水文地质资料的基础 上，开展一些补充性或专门性的水文地质勘探与试验工作，必要时还要进行防排水 工作的研究。以便进一步查清下列诸问题；矿区含水层的水文地质特征，地下水的 补给、径流、排泄条件；主要构造破碎带、风化破碎带、岩溶发育带的分布和富水 性及其与其它各含水层和地表水体的水力联系密切程度；主要充分含水层的富水性， 地下水径流场特征、水头高度、水文地质边界线；地表水体的水文特征及其对矿床 开采的影响程度；老窿分布、积水情况等。确定矿床主要充水因素、充水方式及途 径，对矿床疏干排水方案进行综合研究与综合评价，研究地下水对岩土体稳定的影 响。 “ 矿山水土污染的地质调查与研究 其主要任务在于查明影响矿山环境的地质因素和矿床开发后有害物质的含量、 迁 移、 转化和分布规律。配合矿山环保部门开展对矿山开发产生的废弁物污染的环境监测 和质量评价。研究的主要内， 容有造成矿山水土污染的元素， 矿山水土污染对人体健康 的影响及矿山开发污染源地质调查等。 “ 矿山空气污染的地质调查 其中包括有害粉尘的地质调查及其有害气体的地质调查两个方面。 “ 矿石 （围岩） 自燃的地质调查 其研究内容包括 矿石 （围岩） 自燃的原因调查， 预防自燃的地质调查及识别初期自 燃火灾的地质调查等内容。 ’’ 第一章矿山环境地质调查概述 “ 矿床热害的地质调查 对有热害或赋存有地热水的矿区， 应研究地温场的情况、 地热增温率及热异常的范 围， 地热水的赋存条件， 补给来源， 评价地热及地热水对矿床开发的影响及其利用的可能 性。 第十六矿山环境地质调查 第二章矿山工程地质调查 第一节矿山工程地质工作的意义、 任务和内容 矿山工程地质工作是为了查明影响矿山工程建设和生产的地质条件而进行的地质 调查、 评价及研究工作。 尽管矿山在基建前已进行过一定的工程地质测绘和勘察工作， 但其详尽程度不完全 能满足工程建设和生产需要。因此， 在矿山开始基建乃至投产后， 对于工程地质条件复 杂的矿山仍有继续深入进行工程地质工作的必要。 过去， 在矿山设计、 基建或生产中， 由于忽视工程地质调查研究或因工作程度不够而 造成损失的教训不少。例如， 湖北远安盐池河磷矿于 “ 年曾发生灾害性大滑坡， 滑下 的岩体总量达 多万立方米， 矿区内所有地表建筑被毁坏， 死亡 人； 山西中条山铜 矿峪铜矿主平硐全长 ’ 米， 当掘进到 米时， 突然遇到一条长百余米和立平硐近 乎平行的大断层， 产生多次大冒落， 其高达 ’， 采取多种措施都未成功， 最后被迫将主 乎硐由双轨大断面巷道改为单轨小断面双巷； 江西盘古山钨矿， 由于岩体内发育的潜在 滑动面、 切割面与地应力的共同作用， 于 “* 年引起大面积不稳定岩体采空区移动和崩 塌， 导致 * 个中段的破坏， 一万多米坑道下沉， ’ 多个采矿场的夹墙倒塌， 山头沉下 ， 给矿山生产造成了严重损失。由此可见， 矿山工程地质工作的重大意义。 矿山工程地质工作的任务是更详细地查明工程建设和生产地段的工程地质基础条 件， 更深入地查明可能危害建设和生产的工程动力地质现象， 以保证工程建设和生产的 “’ 第二章矿山工程地质调查 顺利进行。其具体工作内容包括 对基建施工中的厂房地基、 尾矿坝的坝基、 铁路和公路 的路基及边坡等进行工程地质调查； 对掘进中井巷、 硐室、 采场中工程地质条件复杂地 段， 进行工程地质调查和编录， 并与采矿人员密切配合及时解决掘进中的工程地质问题， 与采矿技术人员密切配合， 系统地开展有关露天矿边坡稳定和地下矿岩体稳定的综合性 调查研究 （包括岩土工程地质特征、 岩体结构特征、 有关水文地质条件、 构造应力场的调 查研究以及失稳地段定期的移动观测等） ； 对可能危害工程施工或工程设施的工程动力 地质现象 （包括流砂、 泥石流、 崩塌、 岩堆移动和岩溶等） ， 进行专门的工程地质调查， 当矿 山进行扩建时， 还可能要开展扩建工业场地、 路基及尾矿坝的工程地质调查。 第二节岩土工程地质特征的调查 岩土是矿山工程的地基或围岩， 又是地下水埋藏的物质基础。岩土的工程地质性质 将直接影响到工程的设计、 施工和使用， 因此在矿山工程地质工作中要首先对岩土的工 程地质特征进行调查。 一、 岩土的工程地质分类 在工程地质工作中， 必须按一定原则将岩土进行科学分类， 才能正确地调查掌握各 种岩土的工程地质特征， 开展工程地质研究。 岩土的工程地质分类很多， 可概括为局部分类和专门分类两种。局部分类是根据一 个或较少的指标， 对部分岩土的分类， 如按粒度成分、 塑性指标、 膨胀性、 压缩性或砂土相 对密度等指标中的一个或几个对土的分类等。专门分类是根据某些工程部门的具体要 求而进行的分类， 如水工建筑、 铁路建筑等部门都有相应的岩土分类， 并以规范形式确定 颁布。 本节介绍岩土的一般工程地质分类， 此种分类包括了全部岩土， 也有不同的分类方 案， 目前较通用的是下列分类； （） 岩质岩石包括各种岩浆岩、 变质岩积胶结沉积岩； （“） 半岩质岩石包括风化的岩质岩石、 非结晶胶结岩石和结晶化学沉积的可溶岩 石 （如岩盐、 石膏等） ； （） 粘性土包括粘土， 亚粘土、 黄土和黄土状亚粘土； 第十六矿山环境地质调查 （） 非粘性土又分为粗碎屑土 （包括漂石土、 卵石土、 砾石土、 碎石土及砂砾土） 和 中粒松散土 （包括硅藻土、 砂土等） ； （“） 特种成分、 状态土 （包括土壤、 泥炭土盐渍土、 过饱水土、 冻结土等） 。 二、 岩质和半岩质岩石工程地质特征调查 为了对岩质和半岩质岩石进行工程地质性质的评价， 应进行下列的调查或测试 一 般岩石学特征 （岩石的矿物成分、 结构、 构造、 产状和岩相变化等） ； 岩石的化学性质 （溶解 性、 水或其它溶液对岩石的作用等） ， 岩石的物理性质 （密度、 体重、 孔隙率、 裂隙率、 含水 性等） ， 岩石的力学性质 （抗压强度， 抗剪强度， 抗拉强度， 弹性模量等） ； 岩石的水理性质 （透水性、 吸水性、 抗冻性、 软化性等） ， 岩石的风化程度和抵抗风化的能力。 三、 土的工程地质特征的调查 为了进行土的工程地质性质的评价应进行下列的调查或测试 土的一般特征 （包括 土的粒度成分、 矿物成分、 胶体物质类型及电性、 含水和气体状况以及土的结构、 构造 等） ； 土的物理性质 （密度、 容重、 含水性、 孔隙性） ； 土的水理性质 （透水性、 毛管性以及粘 性土的膨胀性、 收缩性、 崩解性、 塑性等） ； 土的力学性质 （压缩性、 抗剪性和动力压实性 等） 。 第三节岩体结构特征的调查研究 岩体结构特征是岩体在长期成岩及形变过程中形成的产物， 包括结构面和结构体两 个要素。结构面是地质发展历史中， 尤其是变形过程中， 在岩体内形成具有一定方向； 延 展较大、 厚度较小的两维面状地质界面。包括物质分界面和不连续面， 如层面、 片理面、 节理面、 断层面等。结构面类型及特征参看表 。结构体是由不同产状的结构面 组合将岩体切割而成的单元块体。岩体结构类型及其工程地质特征可参看表 。 影响岩体特性的因素很多。在进行岩体结构特征调查时， 应着重研究结构面的特 性、 结构体 （岩块） 的坚固性、 岩体的完整性和岩体质量系数四个主要因素。 一、 结构面特性调查研究 岩体结构决定岩体特性， 并控制着岩体的变形破坏机制和过程。岩体结构特性是由 ’ 第二章矿山工程地质调查 结构面发育特征所决定， 因此， 岩体结构的力学效应应主要是结构面力学效应的反映。 结构面的力学效应应主要反映在 结构面结合状况， 结构面充填状况， 结构面形态， 结构 面延展性和贯通性， 结构面产状以及结构面组数。 表 “ 结构面类型及其特征 成因类型地质类型 主要特征 产状分布特征 厚 生 结 构 面 沉 积 结 构 面 岩 浆 成 结 构 面 变 质 结 构 面 层理层面 软弱夹层 沉积间断面 一般与岩层产状一 致， 为层间结构面 海相岩层结构中此类 结构面分布稳定， 陆相 岩层中呈交错状， 易尖 灭 层面、 软弱夹层等结构 面较为平整， 沉积间断面 多由碎屑、 泥质物构成， 且不平整 侵入体与围岩接 触面 薄岩脉、 岩床展布 面 原生冷凝节理、 流 线、 流面等 岩脉受构造结构面控 制， 岩床受层间结构面 控制， 而冷凝节理受侵 入体接触面控制， 流面、 流线受岩浆流动方向控 制 接触面延展布面延伸 较远， 比较稳定， 而原生 节理一般较短小密集 接触面可具熔合及破 裂两种不同的特征； 原生 节理可具被充填及破裂 两种不同的特征 片理 片岩软弱夹层 产状与岩层或构造线 方向一致 片理短小， 分布极密， 片岩软弱夹层延展较 远， 具固定层次 结构面光滑， 片理在岩 体深部往往闭合成隐闭 结构面， 片岩软弱夹层含 片状矿物， 呈鳞片状 构 造 结 构 面 节理 （剪节理、 张 节理） 断层 （正断层、 逆 断层、 平移断层等） 层间错动面 ’ 羽状裂隙、 劈理等 产状与构造线呈一定 关系， 层间错动与岩层 产状一致 张性断裂较短小； 剪 切断裂延展较远； 压性 断裂 （如冲断层、 逆掩断 层） 规模巨大， 但有时为 横断层切割成不连续状 张性断裂不平整， 可具 次生充填， 呈锯齿状； 剪 切断裂较平直， 压性断层 具多种构造岩成带状分 布， 往往含断层泥， 糜棱 岩 次 生 构 造 面 卸荷裂隙 风化裂隙 风化夹层 ’ 泥化夹层 次生夹泥层 受地形及原结构面控 制 分布上往往呈不连续 状， 透镜体； 延展性差， 且主要在地表风化带内 发育 一般为泥质物充填， 水 理性质很差 ’ 第十六矿山环境地质调查 表 “ 岩体结构类型及其特征 岩体结 构类型 岩体地质类型 主要结构 体形式 结构面发育情况工程地质特征受区域构造影响程度 整 体 状 结 构 均质、 巨块状岩浆 岩、 变质岩、 巨厚层沉 积岩 巨块状 以原生构造节理为 主， 多闭合型。结构 面间距大于 ’， 一 般不超过 组 整体性强度高， 岩 体稳定。在变形特征 上可视为均质弹性各 向同性体 未经或只经过轻 微的区域构造变动 块状结构 厚层状沉积岩、 块 状岩浆岩及变质岩 块 状、 柱状 只具有少数贯穿性 较好的裂隙， 节理或 小断层错动， 结构面 间距 * ’， 一 般为 组 整体强度仍较高， 结构面互相牵制， 岩 体基本稳定， 在变形 特征上接近弹性各向 同性 经历过区域构造 变动， 但 无 强 烈 挤 压、 褶曲变形， 地层 一般作单斜产状 层 状 结 构 多韵律的薄层及中 厚层状沉积岩、 变质 岩 层 状、 板 状、透 镜状 层理、 片理、 节理发 育， 并常有层间错动 面 岩体为各向异性介 质， 其变形及强度特 征受层面及岩层组合 控制， 可视作弹塑性 体， 稳定性较差 无明显的褶曲变 形， 地层产状一般较 稳定 破 袭 状 结 构 构造影响严重的破 碎岩层 碎块状 断层、 断层破碎带、 片理、 层 理 较 发 育。 结构面间距 * *’， 一般在 组以 上 完整性破坏较整体 强度大大降低， 并受 断层等软弱结构面控 制， 多呈弹塑性介质， 稳定性差 经过两次以上的 区域 构 造 变 动，挤 压、 错裂现象明显， 地层产状变化较大 散 体 状 结 构 经构造剧烈影响或 风化的断裂破碎带或 风化带 碎 屑 状、 颗 粒 状 断层破碎带， 构造 及风化裂隙密集 （间 距小于 *’） ， 结构 面及组合错综杂乱， 并多充填粘性土 完整性遭到极大的 破坏， 稳 定 性 很 差。 岩体属性接近松散体 介质 经历过多次区域 构造变动， 地层强烈 挤压 变 形，断 层 发 育， 地层产状杂乱 结构面调查应着重下面主要内容 结构面的几何形态 结构面按形态可分为三种 平直型， 包括一般层理、 片理、 原生节理和剪切破裂面 波状起伏型， 具波痕的层理、 轻度 揉曲的片理、 沿走向和倾向呈舒缓波状的压性、 压扭性结构面； 曲折型， 张性、 张扭性结构 面、 具交错层理和龟裂纹的层面、 缝合线等； “结构面的光滑度和粗糙度 可分为极粗糙、 粗糙、 一般、 光滑、 镜面五个等级； 结构面结合状况 结构面结合有胶结的、 开裂的两种。 胶结的结构面以胶结物质成分的不同可分为泥质胶结、 可溶盐类胶结、 钙质胶结、 铁质胶 , 第二章矿山工程地质调查 结、 硅质胶结等； 结构面充填状况 可分为干净的、 薄膜、 夹泥、 薄层夹泥、 厚层断层泥及 构造破碎岩； “结构面延展性及贯通性 延展性可由一定方向上的结构面或连续段长表 示， 在一定尺寸的工程岩体内的贯通性可分为非贯通性、 半贯通性、 贯通性； 结构面密 度 其表示方法有单位长度或单位面积、 单位体积内发育的结构面数量， 结构面间距， 岩 体尺寸和结构尺寸之比， 结构面产状及组合关系 在一定围压下， 岩体稳定与结构面产 状有关， 其组合关系控制着岩块或岩体变形破坏机制。 结构面力学性质试验可以在现场或取样后在室内进行抗剪强度试验。 由于结构面的力学效应对工程岩体稳定性起控制作用， 进行露天边坡、 地下工程岩 体稳定性分析时， 应先找出优势、 软弱、 控制性结构面及其组合关系， 应用赤平极射投影 等方法分析边坡和地下岩体稳定性。 二、 结构体 （岩块） 的坚固性研究 所谓岩块的坚固性是指岩块对变形抵抗力的强弱。通常以坚固性系数 （） 表示 ““ （““为岩石饱和单轴极限抗压强度） 。 三、 岩体的完整性研究 主要考虑两项指标， 结构面间距和完整系数。前者可在现场不同地段分组测定， 后 者为岩体纵波速度和岩石纵波速度的平方比 ’ （ ） 式中 岩体的完整性系数； ’ 岩体纵波速度， *’,-； 岩石纵波速度， *’,-。 第四节矿区构造应力场的调查分析 地壳中天然应力状态取决于某一地区的地质条件和所经历的地质演化史。天然应 力状态对工程岩体的稳定性影响很大， 尤其在高应力岩体中， 地表或地下工程施工会引 起岩体与卸荷回弹， 应力释放相关的变形破坏， 恶化工程地质条件。有时作用的本身对 ../ 第十六矿山环境地质调查 工程也造成危害， 例如坑道底部隆起、 边邦爆裂、 边邦围岩向临空面的水平位移或沿已有 近水平的结构面产生剪切错动等。 矿区应力场的调查分析主要有两方面， 一是地壳运动保留在岩体中的残余构造应 力， 二是现代正在积累的构造应力。调查的内容有下列几方面 查明矿区所处区域地 质特征， 地质演化历史， 并分析区域构造形踪特点以进行构造体系配套； “研究矿区及其 外围构造应力场演化， 现代地应力的基本特征， 并以构造体系特点进行地质力学分析， 得 出构造应力场的主应力方向； 查清矿区内应力集中的可能部位。例如工程岩体中与最 大主应力成 “ “交角的断裂， 尤其是这类方向的雁行式或断续式排列的断裂组是应 力集中部位。在构造活动区内， 这类断层最容易发展为活动性断裂， 在其端点、 拐点、 分 支点或与其它方向断裂的交汇点， 即对断裂活动起阻碍作用的地方， 均是应力高度集中 的部位； 研究矿区内岩体自然应力积累条件和程度。应先查明矿区内各地质时期及当 代地壳隆起的速度和幅度， 通常是以矿区内的主要河流各阶地的绝对年龄并测出它们之 间的相对高程而取得。然后以这些资料结合区内岩体应变速率的变化趋势及各地史时 期的断裂活动情况， 总体判断当前区内岩体应力积累条件和程度。 第五节露天矿边坡岩体稳定性的调查研究 大多数露天矿山在开采过程中， 都要形成大规模边坡。这些边坡的稳定性直接关系 到矿山生产安全和矿山开采的正常进行。因此对露天边坡稳定性的研究具有重要意义。 一、 影响边坡工程岩体稳定性的因素 影响边坡岩体稳定性的因素很多， 现简要分述如下 地质构造因素主要有断层与破碎带， 节理与裂隙， 层理与片理， 软弱夹层等。这些 岩体的结构面及其空间组合将岩体切割成不同类型的结构体。这些结构面与结构体就 决定了岩体的稳定性。 断层与破碎带， 它普遍存在于各种岩体中， 断层的延续性、 发育程度、 产状及其与边 坡的组合关系， 控制着边坡岩体的稳定性。例如一条与边坡走向一致或与其成小角度相 交的断层， 倾向与边坡倾向接近一致， 倾角略小于边坡角， 这条断层将成为岩体的滑动 面， 如图 ’ 为一个露天煤矿边坡沿断层面滑落的实例。 * 第二章矿山工程地质调查 图 “ 某露天煤矿沿断层发生岩体滑落 当断层有破碎物存在， 且破碎物已成断层泥或者是断层破碎物被水解泥化， 则更会 促使岩体沉陷下滑。 岩层的层理与片理， 这种结构面是抗剪强度很低的弱面， 它们的产状和边坡的空间 组合关系， 是边坡岩体稳定性的主要因素。无其它因素参与的情况下， 具有顺向层理面 及片理面的岩体稳定性差， 易产生活动， 反之则较稳定。边坡角小于结构面倾角时较稳 定， 反之则不稳定。 软弱夹层一般与岩层产状一致， 为层间结构面， 它具有厚度小， 有较强的延续性， 所 含的粘土矿物较多， 易水解泥化， 发生膨胀， 受力产生塑性变形等特点。所以， 往往成为 边坡岩体的滑动面。 节理与裂隙对边坡岩体稳定性的危害， 取决于它的密度、 延续性及其空间组合。密 集的节理， 造成岩体的极不连续， 易于产生掉块与崩塌。 岩性因素主要是指岩石的矿物组成、 水理性质、 结构等以及岩石物理特性。如含 有片状、 鳞片状矿物的岩石， 抗剪强度低； 含有粘土矿物的岩石， 易吸水膨胀， 受压后发生 塑性变形， 未经胶结或胶结不好的岩石抗风化能力弱； 水理性质特殊的粘土岩、 某些泥灰 岩、 板岩、 粘土页岩、 灰质页岩、 凝灰岩等经不起地表及地下水浸泡。一旦出露地表， 很快 就吸水崩解成为碎块， 并逐渐变为有塑性的岩石。故易造成边坡岩体的错动和倾倒。如 图“ 所示； 抚顺露天煤矿的煤层底板凝灰岩在大面积开采暴露后， 吸水膨胀， 产 生多次大规模滑落， 危害很大， 图 “ 为该煤矿岩体滑动地质剖面示意图。 水文地质因素此因素对边坡岩体稳定性的影响是多方面的， 而且是复杂的。水的 因素主要破坏作用表现在以下几个方面 大气降水渗入上部岩体， 岩石湿度增加， 因而上 部岩体的重量增加， 使下滑力增强， 滑动的可能性加大； 当边坡岩体处于水淹状态时， 水 对边坡底部岩体可产生静水浮托力； 岩体结构面中存在的水， 对岩体滑动可起到滑润作 用， 降低结构面的摩擦力； 结构面中的积水因结冻膨胀会加宽结构面的宽度， 并相应产生 一定的位移； 软岩层， 特别是含粘土矿物较多的岩石受地下水作用或经长期降水浸泡时， 可发生软化， 甚至水解泥化， 有的发生膨胀， 导致岩体移动； 岩石颗粒间的孔隙处于饱水 “’ 第十六矿山环境地质调查 状态， 则力学强度降低； 若开采境界四周岩层中有承压水存在， 必然产生向着开采境界内 采空区方向的侧向压力； 从露天采场周围流向境界内的大气降水可产生类似的动压力。 图 “ 岩体错动和倾倒 （） 岩体错动；（’） 岩体倾倒； 软岩层； 移动前位置； 移动后位置 图 “ 抚顺露天煤矿岩体滑落剖面示意图 玄武岩； 凝灰岩； 页岩； 油页岩； 绿色页岩 矿山生产和岩石工程作用因素 包括露天采场的形状及深度， 边坡形状存在的时间 长短， 爆破震动作用， 边坡上面的荷载等也会增大其下滑力。 二、 边坡工程地质调查 边坡工程地质调查的任务是查明矿区或边坡岩体的工程地质特征， 以及与边坡岩体 ** 第二章矿山工程地质调查 稳定性相关的矿山开采技术条件， 为露天矿边坡设计的修改、 边坡稳定性评价、 边坡工程 的变形破坏预报、 灾害的预防和处理提供依据。其具体工作内容如下 （） 岩体稳定性评价的工程地质调查它包括区域稳定性调查 （通过区调、 地震资料 的研究、 分析区域地质构造特征、 地震规律和新构造运动特征， 查明区域构造线和构造应 力的方向与特征） ； 矿区工程地质特征调查 （查明影响边坡稳定性的地质构造、 岩性、 岩体 结构和水文地质因素等） ； 矿区岩体的工程地质分带 （在工程地质测绘基础上， 进一步对 各类岩体工程地质特征综合对比、 研究， 以岩石性质、 地质构造、 水文地质特征为主要依 据， 将矿区划分为若干带和亚类 （表 “ ） ， 作为矿区边坡工程地质评价的依据， 边坡 岩体的工程地质分区 （“ ） ， 作为采场结构要素调整、 边坡工程维护和增治的依据。 表 “ 矿区地层和岩体工程地质分带对比表 地层 分带分组 编号名称编号名称 前 震 旦 系 白 家 咀 子 组 第一段第一层 ’ 混合岩带 *层破碎岩组 较完整的均质混合岩组 第一段第二层 ’ “ 片岩片麻岩带 “ “ 黑云母片麻岩组 云母石英片岩组 *“断层破碎岩组 第一段第三层 ’ 大理岩带 中厚层大理岩组 多种岩浆岩混合岩组 岩浆岩频繁穿插的大理岩组 海西期 加里东期 含矿超基性岩 碎裂花岗岩带 前 震 旦 系 白 家 咀 子 组 第二段第一层 ’ 条痕 均质混合岩带 *断层破碎岩组 条痕均质混合岩组 绿泥石绢云母石英片岩组 第二段第二层 ’ ’ 绿泥石云母石英 片岩片麻岩带 第二段第四层 ’ 中厚层大理岩 , 第十六矿山环境地质调查 地层 分带分组 编号名称编号名称 第 四 系 全新统 “ 中上更新统 下更新统 第四系松散岩 微胶结冲积洪积砂卵砾石层 红色砂砾岩组 ’断层 “ ’断层破碎带 表 “金川露天矿上盘区边坡工程地质分区特征表 编号* 位置与范围 位于露天矿采场西南侧， 矿体 上盘， 小白泉沟以西地段， 勘探线 与 行之间 位于采场南侧中部， 矿体上盘， 小白泉沟沟谷区， 勘探线 “ , 行之间 位于采场东南侧， 矿体上 盘， 小白泉沟以东地段， 勘探 线 - , “ 行之间 地形与地貌 该区为矿区最高的山区， 与采 场入口相比， 比高为 -.， 山脊 薄， 山坡陡， 原始山形为 “/” 形， 雨水东侧流入小白泉沟， 西侧流 入戈壁滩 本区为一较开阔的沟谷地形小 白泉沟由南向北流经本区， 沟谷 冲积厚度达 -. 左右 本区由走向北西的山脊和 沟谷组成比高约 -. 山脊较 薄， 北坡陡， 南坡缓 工程地质 岩组 本区出露的岩组自上而下 中 厚层大理岩岩组 （“- , 0-.） 、 绿 泥石云母石英片岩 （0- , -.） 、 条痕 均 质 混 合 岩 岩 组（0- , -.） 、 岩浆岩频繁穿插的大理岩 岩组 （“- , 0-.） 、 多种岩浆岩 混合岩岩组 （- , 1-.） ， 超基性 岩岩组 （- , 1-.） 以及小部分碎 裂花岗岩岩组 本区出露的岩组比较简单， 自 上而下 条痕均质混合岩岩组 （1- , -.） 夹大理岩较多、 碎裂花 岗岩岩组为本区主要岩组， 出露 面积较大， 超基性岩岩组 （“- , --.） 本区出露的岩组较复杂， 自 上而下 混合岩岩组， 中间夹 有一条带绿泥石云母石英片 岩岩组 （“-. 左右） ， 在混合岩 岩组内还夹有很多大理岩透 镜体，’断 层 破 碎 岩 岩 组 （-. 左右） ， 中薄层大理岩岩 组 （0- , 0-.） ， 多种岩浆岩混 合岩岩组 （“- , 0-.） 、 含矿超 基性岩岩组 1“2 第二章矿山工程地质调查 编号“ 构造特征 本区构造形态为紧闭等斜褶皱 西部轴向走向 ’ *’， 倾向 ,， 高倾角， 东部轴向 “’ -， 倾向 ,-， 高倾角， 正常岩层产 状 “’ ’ ， ,，./ 0/。片岩倒转产状 .’ /’ ， -，./ /’。主要断层， 1 。1 （压性断层） ， 产状 .’ ’， ,，’， 1.（扭性断 层） ，产 状，/ ’ ，,， 0’，1“产 状0. ，-， 0 碎裂花岗岩、 呈岩墙状斜切岩 层交向侵入古老变质岩系中， 与 围岩呈断层接触 1. 、 1 . 和 1 .， 破碎 带 产 状’ -，,-， ’ 0’。主要断层 1从边 坡顶部通过， 产状 /’， ,， 0’左右， 花岗岩中节理最发育 有四组 2 3 /， -，*/。 （“） *’-， ，0。 （） / -， ，/’ 〈.〉*’ ， ,， ’ 本区大致为一单斜构造， 产 状 .’ /’， ,，’ ’。所有岩层均为断层接触， 层间挤压破碎， 1断层上、 下 盘具有显著拖拉褶皱带， 轴面 大致平行 1， 纵贯全区的走 向断层以 1为主， 产状 /’ ， ,，’ *’， 破碎带宽 ’ ’4， 其中还有 15 /’ ， ,，0’， 10 /’ *’ ， ,，0’ *’， 都为冲断 层， 破碎带宽 “4 水文地质 条件 各岩组节理裂隙发育， 属裂隙 含水层， 1构造岩与片岩岩组为 不透水层， 因而形成层状水文地 质结构。本区降雨量小， 地表流 条件好。地下水流量不大， 溢出 点多在断层附近， 1*断层带附近 明显 主要为碎裂花岗岩含水较多， 屑裂隙水， 多在超基性岩的上盘 蚀变破碎带以及其它接触带溢 出， 小白泉沟汇水面积较大， 在暴 雨季节可补给本区但水量不大 本区为显著的层状水文地 质结构， 大理岩岩组及超基性 岩岩组为裂隙含水层， 断层 带、 片岩岩组及蚀变带均为隔 水层， 因龙首矿地下采矿坑道 靠近本区， 地下水则向坑道集 中， 含矿超基性岩体渗透系数 ’6’’*0/ ’6’’’478 岩体结构 各岩组结构各异 大理岩岩组 为不规则菱块状结构， 片岩为层 状碎裂结构， 混合