镜铁山黑沟矿区永久固定帮边坡潜在破坏模式分析与探讨

镜铁山黑沟矿区永久固定帮边坡潜在破
坏模式分析与探讨
摘要：本文以实际的野外工程地质调绘资料为依据，通过对矿区采场各帮边
坡破坏体的调查，分析了相应变形破坏模式，绘制了极射赤平投影图，评价了稳
定性；划定边坡工程地质分区，分析变形破坏模式的不同，为后期的危害治理研
究提供了一定的依据。

关键词：破坏体调查；变形破坏模式；赤平投影；稳定性；工程地质分区
导言：酒钢集团镜铁山矿黑沟矿区勘探线13东南边帮，曾于2015年8月发
生了较大规模的滑坡，滑坡宽度80～160米，高度约125米；当时开采平台局部
遭到破坏，对矿区安全生产形成威胁，酒钢集团镜铁山矿黑沟矿区决定开展镜铁
山矿黑沟矿区永久固定帮危害治理可行性研究工作，对边帮边坡的潜在破坏模式
进行分析，对其稳定性进行初步评价。

1 矿区地质
矿区边帮边坡主要为矿区北东帮、矿区南东帮以及矿区中部Ⅰ、Ⅱ期采场间
形成的边帮组成的边坡。

边坡岩体主要为浅变质千枚岩，仅局部穿插有脉岩条带。

由于黑沟矿区为一向斜褶皱，由轴部向南北两翼、转折部依次出露灰黑色千枚岩、铁矿层、灰绿色千枚岩、钙质千枚岩由新到老的岩体。

根据工程力学性质的不同，具体岩组划分为：①灰黑色千枚岩〔Ph(b)〕，②铁矿层岩体（Fe），③灰绿色
千枚岩〔Ph(g) 〕，④钙质千枚岩〔Ph(ca)〕，⑤石英闪长斑岩（π），⑥断层
岩组。

矿区内影响边帮边坡的断层仅为F4，与矿区中部Ⅰ、Ⅱ期采场间边坡斜交，
长约136m，走向北西北，整体走向近南北，倾向北西，倾角76°。

断层切割岩
层及矿体，使岩层和矿体错动，断距1.4～2.6m；该断层破碎带宽1～2m，岩体
有揉皱现象，具碎裂结构。

2 边帮边坡破坏体调查与分析
2.1 边坡破坏体调查
黑沟矿区北东帮边坡3655m平台以上都基本上已靠帮，台阶形态基本固定，
台阶完整，无较大规模边坡自然破坏体；矿区中部Ⅰ 、Ⅱ期采场间边帮边坡整
体无较大规模自然破坏体，仅东段边坡下部3677m台阶局部发生楔形破坏；矿区
南东帮边坡位于向斜褶皱的转折部位，岩体受构造影响发生变形，节理裂隙发育，加之采矿爆破等外力因素，2015年8月发生了高度约125m的大规模滑坡。

现就
矿区边帮边坡范围内调查的滑坡体和较明显自然破坏体简述如下。

①、滑坡体调查：滑坡体位于矿区南东帮端，勘探线13、Ⅱ、Ⅰ 交线区域，滑坡宽度80～160米，高度从3820m平台至3945m平台，达125米（见三维扫描
图像）。

滑坡体上部岩体风化强烈，岩石强度较低。

沿台阶走向张拉裂缝发育，
滑坡体后缘边坡顺层。

滑坡后部下挫10m左右，滑坡体范围内台阶全部遭到破坏。

从滑坡整体上看，滑坡左侧滑动的距离要比右侧滑动的距离大。

滑坡东侧主要沿
结构面（产状285°～305°∠64°～67°），西侧主要沿层理面（产状
44°∠73°），后缘基本沿顺层层理（产状1°∠66°）向下滑动。

从地表调查
的情况来看，滑面深度大于10m。

南东帮东端滑坡三维扫描图像
②、台阶破坏体调查
位于矿区中部Ⅰ 、Ⅱ期采场间边帮边坡东端3677m平台，破坏体宽度约10m，主要由断层F4和两组结构面引起；F4断层跨过台阶产状256°∠76°,一组结构
面产状315°∠75°,一组结构面产状339°∠75°。

赤平投影见图2.1-1。

台阶破坏体 图2.1-1 破坏体赤平投影图 2.2 边坡破坏体分析 ①、滑坡分析
根据调查，滑坡边界分别是：东侧不连续结构面（产状285°～
305°∠64°～67°：J1），西侧层理面（片理化）（产状44°∠73°），后缘
顺层层理面（片理化）（产状1°∠66°）。

在滑坡地段，东侧结构面、西侧层
理面以及后缘顺层层理面圈闭成圆弧状“滑槽”，滑体前缘则剪断岩体形成滑坡
的出口。

该滑坡破坏模式为圆弧形。

上述几组结构面空间组合形态见图2.2-1。

除了上述结构面构成圆弧型滑坡的内在因素
外，大气降水、靠帮爆破生产作业等不良因素则是
形成滑坡诱发的外部因素。

②、台阶破坏体分析
滑坡示意图图2.2-1
台阶破坏体的控制要素，主要有节理裂隙面及断层面。

从破坏体的赤平投影图上
可以看出，调查中控制破坏体的节理结构面产状主要有两组，一组产状
315°∠75°，一组结构面产状339°∠75°，对应项目区发育节理组J1、J2节理组；
这两组结构面对矿区中部Ⅰ、Ⅱ期采场间边帮台阶边坡稳定性的影响较大。

但从
破坏体的规模来看，破坏一个台阶，规模较小。

3 边帮边坡工程地质分区及潜在破坏模式分析
根据研究区内边坡工程地质岩组特征，构造和结构特征，边坡水文地质条件，潜在的破坏模式及边坡几何要素，按其相似性和差异性将黑沟矿区边帮边坡划分
为三个边坡工程地质区；同时，根据野外实地测量的不连续面产状及其与边坡间
的组合关系，对边坡的稳定性及可能的破坏模式作出了定性的判断。

见表3-1及
工程地质分区图。

采场边坡工程地质分区表3-1
分区分区范围
及主要岩组
岩体结构
类型及形态特
主要结构
面
影响边
坡稳定性的
预
估破
工程地质分区图
现对各区的工程地质特征分析如下：
Ⅰ区
黑沟矿区向斜褶皱北翼、勘探线Ⅰ以东东段各边帮边坡（见分区图）。

边坡
走向多与组成岩层走向平行，多为120°E，仅在勘探线11以东，走向发生更大
角度北东转折。

边坡总体最不利边坡角约33°，台阶最不利坡角约78°，可反
映剖面为勘探线3、5剖面。

组成边坡岩性从坡底到坡顶依次为灰绿色千枚岩、钙质千枚岩；断层F3、勘
探线Ⅰ以东灰绿色千枚岩局部夹有铁矿层。

灰绿色千枚岩岩性较均一，岩体结构较完整，层状结构，呈片理化，节理裂
隙发育，节理面一般光滑，无胶结，间距0.3-2.0m，延伸1-5m，局部大于10m。

区内发育影响边坡的断层仅F4，跨过该区台阶的走向为N99°E，倾向北西，倾角76°。

但该断层延伸较短，贯通性较差，仅破坏一个台阶，对区内整体边坡
的稳定性影响不大。

由现场地质调查可知，区内对总体边坡稳定性构成影响的主要为顺层层理及节理；层理产状200°～220°∠65°～76°，具片理化，节理产状J1：284°～316°∠64°～88°，J2：323°～348°∠68°～88°，J3：250°～278°∠64°～85°，J4：21°～60°∠69°～88°。

根据边坡、结构面所作的赤平投影见图3-1。

图3-1 Ⅰ区结构面赤平投影
由图3-1可以看出，节理结构面交线倾向多与台阶边坡面反倾，仅J1、J2交线倾向与台阶边坡面局部相同，且交线在台阶坡面上的倾角小于台阶边坡角，
对台阶边坡可能形成破坏。

但片理发育的顺层层理面是造成台阶边坡破坏的最主
要因素。

因此该区台阶的破坏模式主要以滑塌破坏为主，整体边坡的破坏模式以
顺层平面剪切破坏为主。

Ⅱ区
黑沟采区中部Ⅰ、Ⅱ期采场间边帮边坡，走向N30°E，与向斜走向基本垂直。

边坡总体最不利边坡角约35°，台阶最不利坡角约72°。

组成边坡岩性从向斜轴部到两翼依次为灰黑色千枚岩、铁矿层、灰绿色千枚岩、钙质千枚岩；南翼钙质千枚岩被剥蚀，铁矿层岩体不完整，以层状结构为主，局部呈镶嵌-碎裂结构，节理裂隙发育；矿体围岩灰黑色千枚岩与灰绿色千枚岩
岩体结构较完整，层状结构，呈片理化，节理较发育。

区内发育断层F4、F5、F6，其中F5、F6性质不明，对该区边坡影响较小。

断层F4跨过该区台阶的走向为N14°E，倾向南西，倾角76°，延伸短，破坏规
模小，对总体边坡影响不大。

层理面与边坡走向基本垂直，对边坡形成破坏的可
能性不大。

由现场地质调查可知，区内发育的节理组主要有J1、J2、J4。

根据边坡、结构面所作的赤平投影见图3-2。

图3-2 Ⅱ区结构面赤平投影
图3-2中，1和2分别代表台阶和整体边坡产状。

由图可以看出，结构面交线倾向多与台阶边坡面顺倾，但交线在边坡面上的倾角多大于边坡角，仅J4、F4交线倾向与台阶边坡面局部相同，且交线在台阶坡面上的倾角小于台阶边坡角，对台阶边坡可能形成破坏。

因此该区台阶的破坏模式主要以楔形破坏为主，整体边坡的破坏模式以沿结构面剪切破坏为主。

Ⅲ区
黑沟矿区向斜转折端断层F1、勘探线Ⅰ以南各边帮边坡（见分区图），基本
走向N76°E，倾向北西，边坡总体最不利边坡角约48°，台阶最不利坡角约74°。

组成边坡岩体结构整体较完整，以层状结构为主，局部破碎，呈镶嵌-碎裂
结构。

结构面较发育，蚀变严重，裂隙充填物局部胶结，延展性较好，节理密度小。

北部岩性为铁矿层和灰绿色千枚岩，南部岩性主要为灰绿色千枚岩，不均一，含有石英岩、碳酸盐岩、钙质千枚岩等夹层。

可反映剖面为勘探线13、Ⅰ 、Ⅱ
剖面。

剖面见附图。

该区位于向斜褶皱的转折端，次生褶皱发育，构造较为复杂，岩层产状变化
较大，片理发育，层理走向顺铁矿矿床发生东南偏折，在边坡上部形成顺层；在
向斜转折部南翼层理走向为N46°W，倾向NE，倾角73°，与边帮边坡倾向大致
相近。

区内发育的节理主要有J1、J3、J4,东北部发育结构面局部延伸较长，偏
东帮J1、J3交线与边坡面截切形成顺倾，倾角大于整体边坡面。

根据边坡、结
构面所作的赤平投影见图3-3。

图3-3 Ⅲ区结构面赤平投影
由图可知，各结构面交线倾向均与边帮边坡面顺倾，交线在台阶边坡面上的倾角均小于台阶边坡角，对边坡台阶极易形成破坏；且除了J3与片理2（产状：44°∠73°）外，其它结构面多以顺倾或顺层剪切破坏为主。

因此该区台阶的破坏模式主要以滑塌破坏为主，整体边坡的破坏模式以圆弧滑动破坏为主；2015年8月的滑坡就属于此种形式。

4 结束语
通过对镜铁山黑沟矿区边帮边坡工程地质现场调绘，潜在破坏模式分析，我们可以形成以下几点认识：
1、黑沟矿区为一向斜构造，属次级褶皱，组成边帮边坡岩体多为浅变质类千枚岩，岩层产状变化较大，节理裂隙发育，随变质程度的不同，矿物成份有所变化，同一岩组岩性均一性较差。

因此，边坡岩体的工程力学性质具有一定的局部性，对边坡稳定性研究十分不利。

2、地质构造比较复杂，褶皱发育。

由于地质应力的挤压作用，次级结构面以及派生节理十分发育，岩体呈片理化、劈理化。

3、控制整体边坡稳定性的主要因素一是顺坡向的片理，在外力的作用下，容易形成一个完整的滑面，对整体边坡的稳定性将产生重大的影响。

二是与边坡坡面易形成顺倾的节理结构面，局部延伸较长，在一定条件下也能造成整体边坡下滑。

4、边帮边坡区内发育有影响边坡稳定性的断层，但延伸短，贯通性差，破坏规模小，对整体边坡的稳定性影响不大。

5、通过对边坡岩体不连续面调查分析，节理裂隙十分发育，使得边坡局部岩体较为破碎，对台阶边坡的稳定性不利，局部易形成台阶的楔形破坏。

总之，由于研究内岩层片理、劈理发育，使得岩体局部比较破碎，顺层层理及易形成顺倾的不连续面空间组合对边坡稳定性较为不利，在优化设计和今后的采矿生产过程中应引起足够的重视。

参考文献
[1]卢波,丁秀丽,邬爱清.岩体随机不连续面产状数据划分方法研究[J].岩石力学与工程学报, 2007 (9) :1810.
[2]刘俊. 金堆城矿山高边坡的研究[D].西安：长安大学, 2012.
3。