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这是矿山地质ppt，包括了矿山工程地质工作的意义、任务和内容，岩土工程地质特征的调查，岩质和半岩质岩石工程地质特征调查，土的工程地质特征的调查，岩体结构特征的调查研究，矿区构造应力场的调查分析，露天矿边坡岩体稳定性的调查研究，井下岩体移动的地质调查等内容，欢迎点击下载。
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矿山工程地质调查
东北大学地质工程研究所
姚玉增
一、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1980年曾发生灾害性大滑坡，滑下的岩体总量达100多万立方米，矿区内所有地表建筑被毁坏，死亡284人；山西中条山铜矿峪铜矿主平硐全长3500米，当掘进到1000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30 m，采取多种措施都未成功，最后被迫将主平硐由双轨大断面巷遭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1967年引起大面积不稳定岩体采空区移动和崩塌，导致6个中段的破坏，一万多米坑道下沉，370多个采矿场的夹墙倒塌，山头沉下2 m，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顺利进行。
其具体工作内容包括（1）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；（2）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；（3）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)；（4）对可能危害工程施工或工程设旋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；（5）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。
二、岩土工程地质特征的调查
1．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。
目前较通用的是下列分类：
(1)岩质岩石 包括各种岩浆岩、变质岩和胶结沉积岩；
(2)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)；
(3)粘性土 包括粘土、亚粘土、黄土和黄土状亚粘土；
(4)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)；
(5)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)。
2．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。
3．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)。
三、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，尤基是变形过程中，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。
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。
1．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。
结构面调查应着重下面主要内容：
①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；
②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；
③结构面结合状况：结构面结合有胶结的、开裂的两种。胶缉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、铁质胶结、硅质胶结等；
④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；
⑤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；
⑥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；
⑦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。
2．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(f)表示：
f= Rb／100
(Rb为岩石饱和单轴极限抗压强度)。
3．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：
I=Vm2/Vr2
I-岩体的完整性系数；Vm-岩体纵波速度；Vr-岩石纵波速度
四、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：
①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；
②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；
③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30。～40。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；
④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。
五、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。
1．影响边坡工程岩体稳定性的因素
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。
断层泥 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。
层间结构面 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i故易造成边坡岩体的错动和倾倒。
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。
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。
2．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：
(1)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，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。
(2)边坡整治工作中的工程地质调查
由于自然、地质、设计和生产等因素的综合作用，往往引起露天边坡工程的变形或破坏，影响矿山的安全和持续生产。所以，维护边坡工程的完整和稳定，整治遭受破坏或严重变形的边坡，改善矿山安全条件，恢复正常生产，几乎是每个露天矿山预防或面临的难题。边坡工程的整治，必须以查明引起边坡变形、破坏的主要因素和边坡变形破坏机制为依据，从而拟定整治方案，治理边坡。其具体工作有以下两个方面：①变形、破坏区边坡工程地质测绘，在以往工作的基础上，进一步调查边坡变形或破坏的范围、工程地质特征，并编制实测平面图，作为进一步调查、研究的依据；②边坡变形、破坏控制因素的调查：观察和测绘边坡表面的宏观变形特征和变形破坏区内裂隙的分布、性状、规模，周边围岩体位移或破裂状态；破坏特征，主要是观察和测量边坡的宏观破坏特征(如边坡破裂边界及其内部特征，判断破坏类型是崩塌、坐落、滑坡、倾倒，还是其它，是整体移动，还是解体破坏，位移的方向和规律，破坏区对生产的危害；地质因素，观察变形，破坏余迹与工程地质条件的关系；分析大气降雨、近矿河流、地震、风化、解冻等自然条件与边坡变形、破坏的关系；调查变形、破坏区边坡施工的技术措施与边坡变形、破坏有否关系等。
3．边坡稳定性的岩体结构分析
大量的工程实践证明，边坡岩体的变形或破坏，都是沿着岩体中的软弱结构面发生的。也就是说，边坡岩体受工程作用力的破坏过程，主要是结构体沿着结构面的剪切滑移、拉开及整体的累积变形和破裂。所以，从岩体结构考虑，边坡岩体的稳定性主要取决于结构面的物理力学性质及其空间组合；结构体的物理力学性质及其立体形式；结构面、结与边坡结构要素的空间组合形式。边坡岩体结构分析，就是根据结构面和结构体对边坡稳定性的控制作用这个原理，通过野外调查和室内分析，定性的评价边坡岩体的稳定性，其分析步骤是：
首先，结合工程地质调查，统计、分析边坡岩体结构面的类型、产状、性质和规模等
特征；
其次，应用赤平极射投影方法，图解分析边坡范围内，具有代表性的地质结构面、结构体的组合特征，及其与边坡面的组合关系，判断边坡岩体的稳定结构类型；
然后，综合应用赤平极射投影和实体比例投影的方法，推断稳定边坡角，定性评价边坡稳定性。
(1)结构面的野外调查
①结构面分级：各种结构面发育的规模不同，在工程地质分析、评价中的地位也就不同。在大量实践的基础上，根据结构面的走向延展性、纵深发育和宽度的大小，将结构面划分为5级；②沿工程地质剖面线进行结构面调查统计，重点调查结构面的发育规律、组数、线状特征和切割关系，并绘制实测剖面图；③沿边坡面走向进行结构面调查统计，重点是详细测量结构面沿边坡面走向的相对距离和组合关系；④测绘调查点结构面实测平面图。以上调查内容与图件，都是室内图解分析和编制综合工程的剖面图的依据。
(2)边坡岩体稳定结构类型的判别
边披岩体稳定性的结构类型可分为：稳定结构、基本稳定结构和不稳定结构。
稳定结构是指边坡岩体中的结构面或结构面组合交线的倾向与边坡面线相反，由于可能的僭动面倾向边坡内部，岩体不易向采坑中心滑移，对边坡的变形、破坏没有影响，是比较稳定的；
基本稳定结构是指边坡岩体中的结构面或结构面组合交线的倾向与边坡面的倾向一致，但前者的倾角大于边坡角。结构面或结构体滑动线的产状，一般说来是不利于岩体向采坑中心移动的，故边坡工程一般是较稳定的；
不稳定结构是指在边坡岩体中的结构面或结构面组合交线的倾向与边坡面的倾向一致，而它的倾角小于边坡角，在客观上极有利于岩体沿着结构面或不稳定体沿着结构面组合交线，向采坑中心滑动，所以这类结构类型的边坡工程，一般是不稳定的。
(3)稳定边坡角的推断 层状结构边坡，当层面走向与边坡走向一致，倾向也相同时，层面与边坡面的组合关系可有三种形式。从岩体结构的观点定性推断，当a=β时的边坡角，即为稳定边坡角。但层面走向与边坡面斜交时，稳定边坡角就不能用上述的直观方法推断。此时，可采用计算法，应用赤平极射投影图解分析和查图法推断稳定边坡角。
六、井下岩体移动的地质调查
坑内开采矿山，由于采掘工程的进行，破坏了岩体的原始应力状态，可因应力重新分布引起岩体变形、移动、破坏、冒落等一些岩体活动现象，这些岩体活动通称地压活动。在岩体活动的发展过程中．在空间上是由近至远．由下而上．逐渐扩展．甚至达到地表；在时间上经历初期变形、微弱移动、中期激烈移动．逐渐减弱达到相对稳定阶段．即达到新的力学平衡状态。处于岩体移动的井下，井上建筑物、工业设施等将会受到不同程度的破坏和影响，甚而使矿山的竖井、斜井和其它坑道也可遭到破坏，严重的可威胁安全生产和开采的正常进行。因此，研究开采区的岩体移动地质条件以及岩体移动规律，对解决采掘工程旎工的安全，合理有效地确定井巷维护方法，改善顶板管理方法、采矿方法和开采顺序，减少矿产损失，提高矿石回采率等都具有重要意义。
1．井下岩体移动的类型
依其活动范围的大小和空间位置，可将其分为：大面积岩体移动，局部岩体移动，巷道地压活动及冲击地压四类。大面积岩体移动是指一个采区的大部分采空区或一个采区的数个中段在同一时间发生岩体移动，严重破坏一个采区的井巷工程，损失大量矿石储量，甚至造成采区关闭；局部岩体移动是指一个采区的1～2个中段或几个采场所发生的岩体移动。这类移动其后果虽不像大面积岩体移动那样严重，但在一个矿山内，局部活动往往比较频繁，且易引起连锁反映。个别或少量采矿矿柱被压裂，顶板脱落，频繁掉块等就是此类岩体移动的具体表现。严重的可出现个别中段或几个采场及某些采空区的垮落，并引起部分巷道开裂、错动等；巷道地压活动是指巷道中出现片邦、冒顶、顶板下沉、两邦内鼓、底部岩石膨胀等都是地压活动的表现。现有的矿山由于巷道地压活动，造成施工困难，巷道形成之后支护保持不住，甚至多次返修或报废部分巷道；冲击地压又称岩爆，往往发生在开采深度很深的矿山(一般在采深800 m以下)，也有采深较浅的出现岩爆(煤矿有时在200~300 m)。岩爆发生时。不仅破坏井巷工程，而且可引起人身伤亡，它的发生时间短促，可引起气浪，产生震动，并有响亮的声音。
2．岩体移动调查
井下岩体移动虽然规模大小，表现的形式不同，但发生岩体移动除了和采矿方法、采空区处理、开采深度等因素有关外，更直接和矿床的地质条件有关。为此，岩体移动调查的主要内容是：断裂构造的调查和查明最新构造应力场的分布；岩体的岩石性质与结构的调查，岩石的水理性质和岩体的结构特性以及溶洞、水文地质条件等的调查。
3．岩体移动的征兆与监测
包括初期变形阶段的征兆(岩层发响、顶板掉块次数增加、巷道出现新裂隙并不断加宽，巷道底板流水的变化、巷道变形和地表缓慢下沉及动物活动反常等)，岩体大规模移动初期征兆(井下局部岩体冒落等)；岩体移动的监测包括岩体位移监测、压力测量和岩声监听等内容。岩体位移监测一般都是采用精密经纬仪和水准仪(测绝对位移)，而相对位移监测可采用位移测杆、巷道顶底板‘‘对点’’观测、木质顶板沉降仪、标准尺测量等手段进行；压力测量可使用钢弦力盒、钢弦频率仪和杠杆式测压仪进行；岩声监听可通过声撞击、声发射、声波观测等方法进行监听。
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