摘 要：主要研究了露天矿边坡工程地质勘查工作中存在的问题，对煤系软岩强度界定值划分、岩芯采样、解释软弱夹层和含水率变化敏感度等勘查难点进行了分析，并对露天矿边坡勘查技术措施进行了研究。

关键词：露天矿；边坡工程；地质勘察；安全生产

中图分类号：TD824.7 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.06.063

露天矿边坡稳定性较差一直是露天矿安全生产中存在的问题，边坡工程地质勘察工作是露天矿边坡设计工作的数据基础，也是边坡稳性定评价、边坡治理工作的基础。

1 工程地质工作

边坡工程地质勘查工作首先要进行区域内大范围的地质背景调查，随后逐渐缩小范围，最后调查边坡工程范围内的地质条件。

边坡工程的地质勘查工作主要有以下7部分内容。

1.1 边坡岩石特性

边坡岩石特性包括岩性、颜色、成分、结构特征、含水状态、软弱层赋存状态、分布规律和接触面特征等。

1.2 影响边坡稳定性的地质构造

影响边坡稳定性的地质构造主要有断层性质、产状、破碎带的分布和规模、断层面特征、填充物、断层和地下水的相互关系、裂隙性质、填充物、褶曲形态和特征等。

1.3 风化程度

风化程度的勘查内容主要包括松散度、风化岩石的岩性、风化破碎程度和与坚硬岩石接触关系等。

1.4 含水层

含水层的勘查内容主要包括含水层岩性、裂隙发育、渗透系数、特征、出水点位置、流量变化和水的来源与补给。

1.5 岩矿分析

岩矿分析方面重点测量软弱层中蒙脱石、高岭土等成分的含量比例。

1.6 岩石物理力学实验

勘探工作获得岩芯样本后，按照地质勘查相关规范进行物理力学性能试验，测量岩石的物理力学指标，包括密度、含水率、抗压强度、抗剪强度和弹性模量等。在一些力学性能实验

可以进行现场试验，获得工程岩土体的抗压强度、抗剪强度和弹性模量等力学性能指标。

1.7 确定地表滑动区范围

地表滑动区方面的勘查内容包括地表滑动区的范围、水平移动速度、方向、垂直位移、滑动区细部裂缝变化和滑动区地下移动土层的移动方向。

2 露天矿边坡工程中常见的勘察问题

2.1 煤系软岩强度界定值划分

一些露天矿的地层主要为灰色、深灰色泥岩，夹薄层炭质泥岩，岩性变化较大，过渡较快，沉积厚度不稳定，且多数泥岩通常比较致密、细腻。大量煤矿边坡工程地质勘查结果表明，煤系岩石往往为软岩类岩石，煤层的单轴抗压强度平均值为16.68 MPa，其余岩石单轴抗压强度都在5 MPa以下。新近系黏土单轴抗压强度和力学强度均较低。

煤系地层上覆岩层岩石力学性能较差，随着压力和泊松比的增加，煤系岩石中的泥岩、炭质泥岩中的黏土矿物成分会具备一定的软化性和膨胀性。使用该岩石作为岩石强度界定值无法准确反映煤系软岩力学强度指标特征。

我们在露天矿边坡地质勘查工作中，采用的划分标准为：岩石单轴抗压轻度≤6 MPa为软岩；单轴抗压强度>15 MPa为硬岩；介于二者之间为中硬岩。

这样的岩石力学强度划分符合煤系软岩低力学强度的特点，便于进行露天煤矿边坡稳定性评价和物理力学指标的统计学应用。

2.2 岩芯采样

很多露天矿边坡地质勘查的岩石测试分析数据都存在岩石抗剪强度、抗压强度等力学强度偏低的情况，这种情况通常都是由占地层厚度较大比例的泥岩、软弱泥岩低的密度属性造成的。低密度属性的泥岩中有着较多的黏土矿物成分和有机质，同时，还有着较高的孔隙性和含水量。通过对不同类别岩石的回归数据分析发现，岩石力学性能和含水量之间有着明显的幂函数关系。通过对泥岩、炭质泥岩的抗剪强度、抗压强度、含水量和孔隙率等指标的分析发现，天然含水量对其的影响最明显。在一些蒸发量较大的区域进行岩芯采集时，亲水性能较好且对湿度变化敏感的泥质岩芯采样工作比较困难。

一些受湿度影响较大的泥质岩芯采样可采用如下方案：每台钻机设置五六根取心管，钻进获得岩芯后保持不动，每天早上在地质人员到达取样地点后，按照顺序取出岩芯，滑移到半拉瓢内洗涮岩芯，照相后使用沾水毛毡保湿，并逐段编号、采样和蜡封。这种采样方法缩短了岩芯在空气中暴露的时间，减少了水分蒸发。

2.3 解释软弱夹层

地层中赋存的软弱夹层是边坡稳定性的影响因素，但在钻探中，软弱夹层容易丢失，而通过数字测井的方式能够避免在钻探中发生此类问题。

在我国的露天矿边坡地质勘查工作中，关于软弱层的定义还未统一，但已经形成了一定共识，均认为软弱夹层是含水量低、天然含水量大、密度小和变形较大的岩层，使用数字测井曲线解释软弱夹层通过某一个测井参数是无法实现定性解释的。

在近年来的露天矿边坡勘查中，中子放射源测井的方法获得了一定的发展，它利用部分测井曲线获得岩层原始状态下的体密度、中子空隙密度和动弹性模量，可准确解释软弱层。测井获得的岩层体密度可代表岩层密度，通过测井获得的切变模量参数能反映岩层的力学性质和塑性。使用测井获得的中子、热中子参数可衡量岩层的天然含水量，并可根据这些指标，采用判别分析法对软弱层的地形进行解释，且与实测结果较为相符。

2.4 含水率变化敏感度

露天矿地层中的泥岩和炭质泥岩的力学性能与含水率之间有着密切的联系，岩石的天然含水率是边坡稳定性评价中的关键性敏感因素，需要对含水率变化对边坡稳定性的影响进行分析。可根据边坡稳定系数、最小主边坡角计算分析勘查剖面线的最小稳定系数或最小主边坡角值，从而判断含水量变化的敏感度。

3 工程地质勘查技术

3.1 工程地质测绘

工程地质测绘用来研究工程地质条件在地表、地下的分布。露天矿边坡工程地质勘查主要关注台阶上的岩性变化、结构面分布、出水点、工程地质分区和剖面线以及岩石力学实验等内容，测绘范围包括影响边坡稳定性的全部区域。工程地质测绘中使用最普遍的有经纬仪、罗盘和卷尺等，工程地质摄影技术包括地面立体摄影等，测绘工作的比例通常在1∶2 000～1∶500之间。

3.2 工程地质勘探

工程勘探主要有钻探、挖掘和地球物理勘探等方法。钻探和掘探是直接勘探手段，但工程量大，且要使用钻探工具钻入岩土中进行取样、测试；地球物理勘探是一种间接勘探手段，勘探范围大，适应性强，但不如钻探直观。

3.3 测试

测试分为岩土试验和监测两部分工作。岩土试验的目的是获得岩石的各种力学性能指标，以便于定量研究。室内试验能够获得岩石的物理、力学、强度、变形参数和可能滑动面的强度参数或变形参数；变形试验包括承压板、声波法等实验方法；原位岩石实验包括直剪试验、单轴、三轴抗压试验等；岩体应力测试包括应力解除、应力恢复和水压致裂等方法。

监测工作主要是针对边坡地表滑动的监测，包括滑动区水平移动速率、垂直位移和滑动方向等，能对滑动下一定区域的位移速度和方向进行监测。最常见的位移监测方法为：通过布置直接测点，获得位移的定期读数和数据。地下的监测工作多使用倾斜仪进行。

4 结束语

露天矿工称地质勘查是边坡稳定综合评价中非常重要的工作。为了保证边坡工程地质勘查工作的质量，需要严格遵守工程地质工作标准，满足技术要求，选择实用的勘查技术，提供客观、全面和准确的勘查数据。

参考文献

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〔编辑：张思楠〕