对峨口铁矿边坡工程地质特征稳定性的探讨

赵双平 赵光宇

(1.太原钢铁(集团)代县矿业有限公司峨口铁矿，山西 忻州 034207；2.太原钢铁(集团)有限公司岚县矿业公司，山西 吕梁 邮编033000)

0 引言

峨口铁矿矿区露天开采已经进入后期，逐步进入地下开采阶段。转地下开采后的矿体开采大多为挂帮矿体开采，矿体开采后直接引起原有露天边坡的不稳定，其模式与边坡坍塌破坏一致。矿区矿床由山羊坪断层和楼羊爬向斜(从南至北，从东到西)共分成南东区、南西区和北西区三个采区。随着矿山持续的开采，平均每年12 m的采矿下降速度，同时边坡加高，将使地质构造、岩性、结构面等不断揭露。因此，地形变化在很大程度上制约了矿山的采掘。为了保证矿山在露天转地下开采后正常生产，结合开采边坡实际监测数据分析预测一定范围的稳定性波动估值。

1 矿区地层及构造特征

矿区位于华北陆台中部，五台凸起的西北隅。区域出露的地层主要为太古界的桑干群、阜平群、五台群及元古界滹沱群等中深变质岩系。矿区出露的地层主要为前震旦系含铁绿色变质岩系，属太古界五台群铺上组文溪段。岩石主要有云母石英片岩(Mg)、绿泥石英片岩(Ma)、绿泥角闪片岩(Am2)、铁英岩(Fe)、角闪片岩(Am3)和浅层侵入体角闪岩(δ)等。

矿区内褶皱十分发育，如图1所示，含铁建造因多期褶皱叠加，致使同一层位的铁矿层多次重复出现，总体呈现为一马蹄形的复式向斜构造(即山羊坪复向斜)。该复向斜的轴部为次级的山羊坪背斜，轴向为北东东70°～80°，该复向斜分成南北两翼，南翼自北向南出现有老脊尖向斜、万年冰倒转背斜、马鬃山倒转向斜、上近荒背斜和白庙乌塘向斜，统称山羊坪复向斜南翼次级老脊尖复向斜。北翼为次级楼羊爬倒转复向斜，总体走向为北东60°～90°，东端扬起，至44线以东消失，南翼为倒转翼，倾向南东东至正南，倾角40°～70°。北翼较平缓，次级褶曲及断裂发育。

图1 峨口铁矿矿区构造图

2 工程地质岩组

矿区工程地质岩组可划分为角闪片岩岩组、云母石英片岩岩组、绿泥石英片岩岩组、铁英岩岩组和岩浆岩岩组五类。峨口铁矿采场主要出露于古老的前震旦系五台群，矿体主要为条状含铁石英片岩。它的上部为角闪片岩，下部是云母石英片岩和绿泥石英片岩。每一类岩性段均有其岩性、结构以及构造的变化。据此，可划分为四个工程地质岩组:

1)角闪石片岩组

主要为角闪石，在矿化与构造作用下，有绿泥石角闪片岩和云母绿泥石片岩。角闪片岩岩质坚硬、致密、耐风化，该岩组绝大部分不构成边坡，而被剥离。

2)条带状含铁石英片岩

矿体处于该岩组中，主要为石英，含铁铁矿物。岩体灰，白色条带相间，微层理清晰。岩质坚硬，抗风化性强。该岩组上部致密，厚层，条带状明显；中部为板状层理，其间夹有绿泥石片岩；下部绿泥石片岩夹层增多，层间错动更为明显。

3)云母石英片岩组

以板状云母石英片岩结构为主。夹有薄层云母绿泥石片岩。岩质较为坚硬，石英条带醒目为本岩组的一个重要标志。垂直岩层的节理比较发育。在褶皱区段X型节理发育。其层面是影响边坡稳定性的主要因素。

4)绿泥片岩组

该岩组为灰绿色，薄层，层理很发育。夹有较大石英透镜体或细脉，岩层强度低，抗风化性很弱，对边坡稳定不利。

3 岩层褶皱

整个矿区处于以老脊尖向斜为主的复式向斜构造中。贯穿矿区的复向斜作为一级褶皱的话，则万年冰背斜，马鬃山向斜，上进荒背斜，白庙坞塘向斜，南I、南II背、向斜等均为二级褶皱，层间褶曲则为三级褶皱。

边坡的破坏，必须是切断若干背向斜，才能形成。从现场地质调查、定向钻孔勘探、工程地质勘测的工作过程中，尚未发现有切断整个边坡的与边坡走向大体一致的断层。因此，从大边坡破坏的前提条件来看，整体破坏难以形成。从某种意义上来说，复向斜的褶皱构造对大边坡的稳定性是有利的。

二级褶皱的两翼在边坡上是有显著变化的，褶皱轴的方向大致与边坡走向一致。但具体而言，褶皱层面走向是波状变化的。这样，有时是切边坡，有时是顺边坡。二级褶皱控制边坡破坏的范围或规模。

三级褶皱既是层间错动，又控制着层间错动面，是构成边坡破坏的主要滑动面。其破坏规模大致为1～3个阶段边坡(平台)。

4 断层的分布及发育

矿区内断层主要有北西向断层和北东向断层两组，皆属燕山期形成的成矿后断层。

到目前为止，经各种地质手段历次调查，证实了山羊坪正断层的存在。其性质与形状十分清楚，在调查期间，还看到一些次生南北向的断层，如采场西端，与山羊坪断层相比，规模较小，它们对局部边坡起到切割作用，对稳定性有一定影响。

由于强烈构造作用，不仅褶皱强烈，而且层间错动作用明显，并有切层和顺层的层间断层。有些层间断层，初步确定是走向断层。视其规模大小，须有针对性地予以统计调查了解。

节理分布与二级褶皱关系密切。在褶皱轴部的层面X型节理比较发育，远离轴部的两翼层面上，近垂直层面两组近直交的节理比较发育。在岩组内，由于层间错动，也产生斜切岩层的X型节理。有时见到顺坡倾斜的情况，但延长有限，受岩组和褶曲所控制。

5 露天采场工程地质分区

根据采场的地形，褶皱构造的变化以及开采工艺，可将采场分为六个地质工程区。以36勘探线为界(山羊坪断层西侧)，北帮分1、2区；南帮分3、4区。在这六个工程地质区中，西端帮区和南帮4区为高边坡区，加之构造作用强烈，相对来说存在着明显的不稳定性问题。

西端帮边坡，包括自然斜坡，总高度为680 m，是采场中最高的边坡。边坡主要破坏形式为长条形的楔状体滑动，可斜切几个平台，这主要是二级、三级褶皱共同组合形成，其滑面为层面或层间错动面。

4区最高边坡境界位于白龙王庙山顶，标高2 100 m，坑底标高为1 612 m，最终边坡高度为488 m。边坡的破坏形式主要决定于二级褶皱在边坡上的出露状况。当褶皱一翼与边坡倾向一致时，易造成边坡破坏(即顺层滑落)，破坏范围可波及到3～4个平台，1～2个平台失稳是不可避免的。南帮3、4区常见在重力作用下的倾倒。

6 边坡破坏的几种类型

峨口铁矿边坡破坏主要有三种类型。在边坡工程调查中可见，边坡破坏主要受二级褶皱的控制，实质上是层面的控制。二级褶皱的不同，层面在坡体上的出露状况是变化的，即层面与坡面的关系极为重要。

1)马鬃山西端帮的楔状滑动破坏，主要是二级褶皱所控制的层面和断层面构成滑体。

2)采场南帮二级褶皱所控制的层面，决定着边坡的失稳，往往成平面滑动，一般规模较小，只波及1～2个台阶的边坡。

3)薄层、板状、层理比较发育的岩组，层面陡倾或向坡体内倾斜倾角较陡，在长期风化和重力作用下，形成倾倒破坏。对阶段平台影响较大，不会构成大边坡的破坏。倾倒破坏有二种情况：一是在较硬岩层段，发生折断；二是在较软弱岩层段，发生弯曲。从北帮的工程地质条件看，主要为向南倾的顺坡面的层面发育，顺层滑动可能是主要破坏类型。对此还有待进一步证实及全面分析。

7 结语

1)边坡、土场在线监测系统，共设置67个观测墩(南区边坡44个，北西区边坡14个，土场9个)，通过近期跟踪观察，边坡、土场状态稳定，未发现异常情况。随着采场的降深，通过近几年边坡地质调查工作，未发现采场及周边较明显的滑体位移变化以及对采场边坡二、三级褶皱的变化规律有进一步得了解，即二级褶皱着重于褶皱两翼层面沿倾向方向的变化。三级层间褶皱沿层面走向方向的变化。据对矿体开采过程中围岩的变形的监测和信息反馈，可预测可能产生的灾害。

2)通过采场边坡统计调查证实层间错动面(或断层)和节理分布是有一定规律可循的。主要是层间错动面或断层，节理与褶面不同部位的关系与发育程度。节理统计应在褶曲的不同部位进行，如若再结合岩性，就能有效的认识一些规律性变化情况。

3)今后应着重于调查在采场剥离过程中，边坡变形破坏的规律性。选择代表性强的典型剖面(以勘探线为准)设置了长期观测点：一是定期测量位移；二是结合开采的进度进行测量。以进行岩层和褶皱变化的预测，确保矿山安全生产。