劉洲基

（金川集團股份有限公司，甘肅金昌 737100）

1 謝通門雄村銅礦基本情況

西藏謝通門雄村銅礦位于西藏自治區(qū)日喀則市謝通門縣榮瑪鄉(xiāng)境內(nèi)，行政區(qū)劃隸屬謝通門縣榮瑪鄉(xiāng)。礦區(qū)地理座標：東經(jīng)88°23′45″～88°26′30″，北緯29°21′30″～29°24′00″，礦區(qū)范圍南北長約4.5km，東西近4.5km。礦區(qū)位于雅魯藏布江北側(cè)，整體地形北高南低，主要以高原和谷地為主，地形切割中等至強烈，屬高原山丘型。礦區(qū)向北高山地連帶，向南河谷地勢低緩、開闊平坦。

礦區(qū)海拔一般在3900m～4750m之間，平均海拔在4100m以上。礦區(qū)氣候以年溫差小而晝夜溫差懸殊、干濕季節(jié)明顯、夏季溫和濕潤、降水集中、冬季干燥寒冷、蒸發(fā)強烈為特征，屬藏南溫帶半干旱高原季風氣候。

雄村銅礦床屬于與晚侏羅世侵位的角閃石英閃長玢巖有關(guān)的低品位斑巖型Cu（Au）礦床，在平面上為一巨型透鏡體，南北向剖面上呈似層狀、厚板狀，東西向剖面呈順層分布的向南東側(cè)伏似層狀。礦體中等傾斜（40°～45°），長1670m左右，平均出露地表寬約700m，厚約470m，埋藏淺，礦體充水水源貧乏，含水層富水性弱，礦體頂?shù)装鍘r石為堅硬-半堅硬類型，邊坡工程地質(zhì)條件較好。資源儲量豐富，礦體厚大且埋藏淺，剝采比較小。采用露天開采，坑內(nèi)采用螺旋式公路運輸方式。

露天采場位于錯公普西南側(cè)雄普溝谷上游，露天采場總出入溝布置在南側(cè)，控制標高為4005m。

采用螺旋式公路開拓全汽車運輸方案。即：采用10m3電鏟在工作面裝礦、91t自卸汽車經(jīng)4005m標高總出入溝口直接運至選礦廠粗碎站。

坑內(nèi)廢石運輸采用全汽車運輸，10m3電鏟在工作面裝礦、91t自卸汽車直接運往廢石場堆存。

2 雄村銅礦地質(zhì)條件特征

2.1 地表土風化層厚大

雄村銅礦礦區(qū)位于西藏特提斯-喜馬拉雅構(gòu)造域南部，屬岡底斯-念青唐古拉陸殼地體基礎(chǔ)上發(fā)育的岡底斯南緣晚燕山期-早喜馬拉雅期陸緣巖漿弧東段南緣與昂仁-日喀則中-新生代弧前盆地轉(zhuǎn)換部位。

表土風化層主要為第四系松散堆積層，廣泛分布于礦床南部地勢相對平緩地帶。主要由沖洪積層和崩積體層組成。

沖洪積層：分布于采場中心偏北。北溝由亞砂土夾巖塊、巖屑、次棱角狀礫石卵石組成。厚度一般在30m以上，最厚40m左右。

崩積體層：砂土夾棱角狀巖塊，一般厚30m左右，最厚達50m左右，主要分布于礦區(qū)的西南角，分布最低高程約4300m左右。

2.2 凍土層廣泛分布

礦區(qū)地處高寒氣候帶，晝夜溫差較大，冰凍期長達5個月（11月到次年3月），勘探區(qū)第四系松散層廣泛分布，冰凍期間地表出現(xiàn)0.4m左右的凍土層。每年解凍前凍土層之上覆蓋一層積雪（0.3～0.5m），每年4月積雪開始融化，隨著氣溫日漸升高，冰凍水下滲加劇，凍土隨之變軟，因礦區(qū)晝夜溫差大，多于晚上凍結(jié)，白天解凍。

2.3 斷層貫穿整個礦區(qū)

礦區(qū)斷裂構(gòu)造主要有三組，即：西-北西走向，中度陡傾，北偏倒轉(zhuǎn)脆韌性斷層；走向340°～20°的陡傾脆性斷層；走向30°～50°的陡傾脆性斷層。

主要控礦構(gòu)造是F1、F2斷層，具有早期韌性剪切、晚期脆性變形的特征。在晚期脆性變形階段，具有先逆沖后正滑的特點。礦體基本局限在F1、F2間的斷塊中，兩條斷層幾乎平行。斷裂帶發(fā)育的韌性剪切糜棱巖化帶，其滲透性具有順片理方向強而垂直片理方向弱的各向異性特點，對斑巖系統(tǒng)的巖漿-成礦熱液在橫向上構(gòu)成有效屏蔽。

F1斷層貫穿整個區(qū)域，呈265°～280°方向展布于礦區(qū)中部，破碎帶寬一至數(shù)十米不等。斷層具典型的先壓后張?zhí)卣?，延伸約3.5km，傾向北，傾角一般40°～50°，局部60°～75°，在礦區(qū)外走向自北西轉(zhuǎn)向北東，傾向北，傾角50°。礦區(qū)內(nèi)高品位的鉆孔剖面圖上，主礦體的傾向幾乎平行F1斷層，顯示該斷層是礦區(qū)重要控礦構(gòu)造，是主礦體的底板。

F2斷層是礦區(qū)的主干斷層，呈265°～280°方向展布，貫穿于礦區(qū)的北東側(cè)，傾向北，傾角一般在50°以上，最大可達73°。破碎帶寬約10m，牽引褶皺發(fā)育，組成該斷裂的巖石主要為碎裂巖化構(gòu)造蝕變巖。斷層向西延至洞嘎金礦區(qū)內(nèi)，構(gòu)成雄村銅礦主礦體的頂板。

F3斷層呈近東西向展布于礦區(qū)中部，破碎帶寬1～10m不等，斷層性質(zhì)具有典型的先張后壓扭特征，貫穿整個礦區(qū)，傾向北東，傾角一般60°，最大達75°。該斷層具有早期韌性剪切，晚期脆性變形特征，斷裂帶中早期糜棱片理小褶皺發(fā)育，并被晚期脆性剪切裂隙破壞。

2.4 礦區(qū)局部地域水患存在

礦區(qū)地下水水文地質(zhì)條件大致可分為第四系松散巖類孔隙水與基巖裂隙水兩大類。地下水位埋深多在21m～43m，含水層厚度14m～73m。流量較小，以股狀或滲流狀形式溢出，為季節(jié)性下降泉。坡積層一般為透水層而不是含水層。在溝中下游所發(fā)現(xiàn)的松散層中出露的泉水流量均不大，多在沖溝底部從松散的碎塊石中流出，或從溝兩側(cè)的底部呈面狀滲流對溝水進行補給，流量多在0.002L/s左右，流量較大者0.1L/s左右。對在礦區(qū)下游沖洪積層分布區(qū)施工的鉆孔g-02進行抽水試驗算得降深為4.3m時，涌水量為0.806L/s，滲透系數(shù)為0.1612m/d，影響半徑為20m。

基巖裂隙水是工作區(qū)最主要的地下水類型。區(qū)內(nèi)凝灰?guī)r、花崗巖、閃長巖廣泛分布，基巖塊狀裂隙較為發(fā)育，是地下水賦存、運移的主要空間?；鶐r裂隙水的富水性嚴格受基巖裂隙發(fā)育程度及地形地貌的控制，一般來說在基巖裂隙發(fā)育的區(qū)段和溝谷地段，基巖裂隙水較為豐富。根據(jù)礦區(qū)內(nèi)常年地表溢流水情況看，在總體地下水趨穩(wěn)的前提下，不排除局部高強度涌水的可能性。

根據(jù)西藏自治區(qū)氣象廳資料，本區(qū)6～9月降水量為440.2mm，同期蒸發(fā)量為1420mm，全年蒸發(fā)量大于降雨量，一年中降水補給時間十分有限。另外，由于區(qū)內(nèi)山體長期遭受寒凍風化、侵蝕、剝蝕、風化產(chǎn)物多被搬離原地，基巖風化殼薄；巖石在歷次構(gòu)造運動中形成的開啟裂隙一般發(fā)育深度有限，且多被泥質(zhì)、鈣質(zhì)充填，降水入滲困難； 礦區(qū)地表水水系屬雅魯藏布江水系。礦區(qū)內(nèi)除雅魯藏布江外，錯公普、卓布慶普、陸曲、吳堅普等支溝均為其二級支流且大多數(shù)均為季節(jié)性河流，流量較小。但在雨季，大暴雨使錯公普、卓布慶普、陸曲、吳堅普等支溝洪水并迅速演化成泥石流。

3 特殊地質(zhì)條件對露天采礦的影響

3.1 地表土風化層的影響

（1）增大地質(zhì)災(zāi)害危險

整個礦區(qū)有兩條溝即南溝和北溝，貫穿整個勘探區(qū)，北溝長1680m左右，南溝長1200m左右。雨季期間，暴雨頻發(fā)，急速的水流加裹著第四系的泥沙和卵石，在個別坡度較陡的沖溝內(nèi)現(xiàn)場泥石流。泥石流產(chǎn)生巨大的沖擊力對最終邊坡和主運輸?shù)缆芳霸O(shè)備構(gòu)成較大的威脅。礦區(qū)在前期建成的2座透水壩已經(jīng)被水卵石所淤塞滿。

（2） 構(gòu)造對邊坡穩(wěn)定性的影響

北東邊坡：邊坡與地形坡向相反。組成邊坡的巖石為第四系松散巖組和黑云母花崗閃長巖。松散堆積物為亞砂土、碎屑及黑云母花崗閃長巖轉(zhuǎn)石，厚約35m左右。松散層之下為黑云母花崗閃長巖，巖石中裂隙發(fā)育，但巖石抗壓強度較高，穩(wěn)定性較好。

南邊坡:位于南溝以南的斜坡地段，邊坡坡向與地形坡向一致，組成南邊坡的巖石為第四系松散層巖組及閃長玢巖，松散層由亞砂土及轉(zhuǎn)石、碎屑組成，厚約18m左右。該層之下為閃長玢巖，巖石裂隙發(fā)育，巖石抗壓強度較高，穩(wěn)定性較好。

北西邊坡：邊坡坡向與地形坡向一致，組成邊坡的巖石有松散堆積層及礦層，礦層風化強度不強，無軟弱夾層，但北西邊部地勢高，坡度陡，開采時會產(chǎn)生大的臨空面，影響邊坡的穩(wěn)定性。

南西邊坡：邊坡坡向與地形坡向一致，組成邊坡的巖石有松散堆積層及粉砂巖夾板巖及閃長玢巖。松散層由亞砂土及轉(zhuǎn)石、碎屑組成，厚約15m左右。該層之下為粉砂巖夾板巖及閃長玢巖。南西邊坡裂隙發(fā)育，山勢陡峻，開挖后有較大的臨空面，荷載力很大，因而邊坡穩(wěn)定性較差，容易產(chǎn)生崩塌。

（3）增加了廢石剝離量

以沖洪積層和崩積體層為主的第四系松散堆積層，厚度一般在30m～50m，廣泛堆積于礦區(qū)南部礦體上部。這些堆集層卵石內(nèi)不含有用金屬，在正常的巖石剝離之前必須將它們清理，增加了廢石的剝離量。

3.2 凍土層的影響

（1）易發(fā)融凍土蠕動或泥石流

發(fā)生小規(guī)模的融凍土蠕動或泥石流當白天氣溫較高(20°以上)，由于地形起伏不同的影響，融凍水向不同的方向流動。凍土中含水量增大，呈塑流狀態(tài)，在局部地段（坡陡區(qū)或由陡變緩區(qū)）可能會發(fā)生小規(guī)模的融凍土蠕動或泥石流。

（2） 影響邊坡的穩(wěn)定性

白天溫度高時凍土層溶化，對巖石產(chǎn)生抗拉效應(yīng)；夜間溫度低時凍土層凍結(jié)，對巖石產(chǎn)生抗壓效應(yīng)?？估c抗壓效應(yīng)頻繁交織，使礦巖的整體性受到傷害，礦巖的整體穩(wěn)定性降低，直接威脅到邊坡的穩(wěn)定性。

（3） 影響主運輸?shù)缆返陌踩?/p>

主運輸凍土地段由于含水量增大，可能會發(fā)生小規(guī)模的融凍土蠕動，受重載車輛的反復(fù)碾壓，或鼓包，或沉降，路面損壞頻繁，影響到車輛的行車安全，使道路的維護成本加大。

3.3 礦區(qū)斷層的影響

（1） 構(gòu)造對主運輸?shù)缆返挠绊?/p>

采場主運輸?shù)缆凡捎寐菪讲贾?，道路呈螺旋狀布置邊坡四周，礦石、坑內(nèi)廢石運輸以及人員、材料均通過主運輸?shù)缆?，是采場名副其實的“生命線”。螺旋式主運輸?shù)缆饭倘挥兄T多的優(yōu)點，但又一個缺陷是不能回避的，就是只要某一處發(fā)生破壞，全道路面臨“關(guān)門”的危險。

F1、F2、F3等三條主要斷層帶幾乎橫跨了整個采場區(qū)域，其中F1斷層貫穿整個區(qū)域；F2斷層貫穿于礦區(qū)的北東側(cè)，破碎帶寬約10m；F3斷層展布于礦區(qū)中部，破碎帶寬1～10m不等，貫穿整個礦區(qū)。接近或穿過這些斷層帶的路段容易產(chǎn)生變形甚至垮塌，是礦山的運輸較大的隱患。

（2） 構(gòu)造穿孔的影響

在斷層中和斷層附近巖石中穿孔比較困難，主要體現(xiàn)在：由于巖石破碎，穿孔過程中容易產(chǎn)生塌孔、卡鉆等現(xiàn)象，嚴重者可使鉆桿“卡死”而報廢；成孔后掉渣而封堵鉆孔，成孔率低。

（3） 構(gòu)造穿孔爆破的影響

炸藥在爆破過程中，能量朝“軟軟”方向集中。在斷層中和斷層附近巖石中爆破時，爆破能量朝斷層帶方向集中，從而產(chǎn)生大塊率高、巖根集中、后鼓突出等現(xiàn)象，影響了作業(yè)效率，造成礦石貧化增大，增加了后續(xù)穿孔作業(yè)的難度。

3.4 采場積涌水對生產(chǎn)工藝的影響

露天采場進入到標高4124m及以下時，受潛水面的影響，地下涌水突然增加，有可能對生產(chǎn)產(chǎn)生較大的影響。根據(jù)目前所觀察的采場及附近現(xiàn)場情況看，采場地下涌水比勘探結(jié)論要嚴重，采場4124m—3775m的359m垂高范圍內(nèi)都在涌水環(huán)境中作業(yè)。地下涌水對采礦的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

（1）對新水平開拓不利

新水平開拓時，工作面狹小，裝載機、礦用卡車等多種設(shè)備交織作業(yè)，地下涌水造成作業(yè)面軟弱泥濘，自身作業(yè)困難，又相互影響，作業(yè)效率降低，安全隱患加大。

（2） 威脅主運輸?shù)缆?/p>

泥濘路段沉陷突出，重載礦用卡車等設(shè)備容易陷入沉陷區(qū)，道路損壞嚴重，維護保養(yǎng)難度大。

（3）威脅穿孔作業(yè)

在涌水區(qū)域穿孔作業(yè)，比在斷層中穿孔所遇到的情況更加嚴重，甚至出現(xiàn)排不了渣而鉆頭“空轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象。

（4）威脅爆破作業(yè)

在涌水區(qū)域爆破作業(yè)，孔內(nèi)積水嚴重，裝藥困難，炸藥漂浮在水面附近而沉不到孔底，爆破效率低。

（5）威脅主要采礦設(shè)備

電鏟、鉆機、礦用卡車在涌水區(qū)域作業(yè)，容易出現(xiàn)沉陷、側(cè)偏等現(xiàn)象，由于該類設(shè)備龐大，重量從幾十噸到上千噸不等，處理極為困難，而且安全隱患突出。

4 對策

與國內(nèi)外同類型的露天礦山相比，雄村銅礦地質(zhì)條件中的地表第四系堆集層、冰凍、斷層、涌水問題更加突出，是露天采礦中不容回避的重大難題。筆者通過綜合思考，提出以下綜合施策：

4.1 清理第四系地表覆蓋堆集層

以沖洪積層和崩積體層為主的第四系地表覆蓋堆集層厚度30～50m。在基建期和投產(chǎn)初期就要盡可能將采場以及南溝和北溝附近流域內(nèi)的覆蓋堆集層清理，與廢石一同運往廢石場。防止雨季時暴雨引發(fā)泥石流，通過南溝和北溝進入采場。杜絕對采場邊坡和生產(chǎn)帶來不利影響。

4.2 全過程監(jiān)護治理，確保邊坡的穩(wěn)定

邊坡的穩(wěn)定是露天礦山的前提和核心。雄村銅礦的邊坡高度270～675m（最終邊坡角42°～47°），這在國內(nèi)外同類礦山中是不多見的。受第四系地表覆蓋堆集層、冰凍、斷層、地下涌水等多種不利因素影響，邊坡穩(wěn)定性條件“先天不足”。邊坡穩(wěn)定性研究作為一個永久的課題，要貫穿于礦山的服務(wù)周期。前期，針對上述因素進行邊坡破壞機理的分析，找出邊坡變形破壞的方式，從設(shè)計、施工多方面進行預(yù)防；中期建立綜合監(jiān)測控制系統(tǒng)，主要包括邊坡位移、地下水壓力等方面的監(jiān)測，研究爆破震動及地震對露天邊坡穩(wěn)定性的影響；對巖石軟弱地段和已經(jīng)發(fā)生變形破壞的地段進行重點監(jiān)護，對已經(jīng)發(fā)生破壞的地段進行局部治理；后期，對全邊坡進行監(jiān)測，通過位移的變化提前做出判斷，并采取針對措施，成立專業(yè)隊伍進行邊坡的治理。

4.3 根據(jù)影響程度對采場主要參數(shù)局部優(yōu)化

礦體頂板為凝灰?guī)r，厚約160m左右，主要構(gòu)成北東向邊坡，傾向與坡向斜交，巖石裂隙發(fā)育，質(zhì)量指標(RQD)值40%；抗壓強度73.476～114.304MPa；抗拉強度7.899～12.595MPa；內(nèi)聚力7.9MPa；內(nèi)摩擦角67.6°。屬半堅硬-堅硬巖石。

礦體底板為粉砂巖夾板巖，厚約65 m左右，構(gòu)成西南部坡，傾向與坡向斜交，該巖石的內(nèi)聚力13.9 MPa；摩擦角50.2°；屬半堅硬巖石。礦體的西南部底板為閃長玢巖，RQD值為48.6%；其抗壓強度90.30MPa；抗拉強度為9.708MPa；內(nèi)聚力15.2MPa；內(nèi)摩擦角60.4°；屬堅硬巖石。

表1 礦巖物理力學(xué)性質(zhì)表

礦巖物理力學(xué)性質(zhì)見表1。

礦巖屬于中等穩(wěn)固型，露天開采境界設(shè)計參數(shù)見表2。臺階高度15m,全境界內(nèi)采取并幫開采，因此，事實上的最終邊幫高度為30m。最終臺階坡面角45°～65°。

露天開采境界部分參數(shù)見表2。

表2 露天開采境界部分技術(shù)參數(shù)表

及時評估各種特殊地質(zhì)條件對露天采場的影響程度，對直接危及到采場安全生產(chǎn)的局部地段在全境界參數(shù)總體保持的前提下進行局部優(yōu)化，地質(zhì)災(zāi)害嚴重的地段適當降低臺階高度，由15m減為12m；并局部取消并段。臺階坡面角由45°～65°放緩為44°～60°。

4.4 局部改造，確保主運輸?shù)缆窌惩?/h3>

主運輸?shù)缆肥锹短斓V山的“生命線”。雄村銅礦采用螺旋式布置主運輸?shù)缆?。螺旋坑線開拓是將運輸溝道沿露天礦場四周邊幫盤旋布置。汽車在坑線上直近行駛，不需經(jīng)常改變運行速度；螺旋坑線的轉(zhuǎn)彎半徑較大，司機的視線好，線路通過能力大。但由于主運輸?shù)缆吠瑯邮艿谒南档乇砀采w堆集層、冰凍、斷層、地下涌水等多種不利因素影響。確保主運輸?shù)缆返臅惩ㄊ强滩蝗菥彽墓ぷ?。要采取綜合措施，將道路布置在巖石相對穩(wěn)定，受第四系地表覆蓋堆集層、斷層、地下涌水影響較小的地段。在總體保持螺旋式布置的前提下，不排除在受第四系地表覆蓋堆集層、斷層、地下涌水影響嚴重地段局部采取折返式布置，以避開局部地段巖石軟弱破碎地帶，確保運輸系統(tǒng)的暢通。

4.4 構(gòu)建完善的防排水系統(tǒng)

從設(shè)計、施工、生產(chǎn)管理諸多方面強化治水措施。建立綜合性的防排水系統(tǒng)，尤其是到采場凹陷開采期后，采場的排水系統(tǒng)的沿深要超前于生產(chǎn)。

4.5 加強特殊地質(zhì)條件下的操作工藝管理

第四系地表覆蓋堆集層、冰凍、斷層、地下涌水是避不了、躲不開的客觀存在。要保持采場長周期高效生產(chǎn)，只能針對上述因素綜合施策。但每一項措施的落地都體現(xiàn)在操作人員身上。提高操作人員的綜合素養(yǎng)是當務(wù)之急。

在選擇新水平開口的位置上，要盡可能避開涌水突出地段；在斷層、涌水嚴重地段穿孔時，盡可能減小風壓，通過反復(fù)鉆桿的提拉減少卡鉆；對成孔采取隔離等措施，減少外部因素對鉆孔的影響；

在斷層地段爆破作業(yè)時，減少散裝藥，采用藥卷，以降低對孔壁的沖擊，減少根底的產(chǎn)生；在臨近最終邊坡附近要采取光面爆破，盡可能減少爆破對最終邊坡巖體的沖擊。起爆方向平行于斷層走向，以減少大塊的產(chǎn)生。

4.6 持續(xù)開展礦區(qū)巖石力學(xué)綜合研究

由于種種因素的制約，雄村銅礦礦區(qū)的巖石力學(xué)研究不是太充分，露天采場參數(shù)的選取方面難免出現(xiàn)偏差。為了對安全生產(chǎn)起指導(dǎo)作用，必須在基建生產(chǎn)的同時持續(xù)開展巖石力學(xué)綜合研究，利用完善后的工程地質(zhì)模型對最終的設(shè)計境界再進行邊坡穩(wěn)定性分析計算，對設(shè)計進行修改、完善； 由于礦區(qū)地處高寒高海拔地區(qū)，晝夜溫差較大，應(yīng)對高寒條件下巖體風化、凍土膨脹、水的結(jié)冰融化、極端寒冷氣溫等因素對邊坡穩(wěn)定性及巖體力學(xué)特性的影響進行研究； 露天采礦和剝離的卸荷作用會導(dǎo)致邊坡變形失穩(wěn)，露天礦邊坡處于高地應(yīng)力區(qū)，地應(yīng)力的釋放和采礦擾動是導(dǎo)致露天邊坡巖體變形失穩(wěn)的主要力學(xué)原因，因此在下一步的工作中需要進行地應(yīng)力對露天邊坡巖體變形破壞的影響研究工作。

5 結(jié)語

雄村銅礦地質(zhì)條件復(fù)雜，第四系地表覆蓋堆集層、冰凍、斷層、地下涌水相對突出，對包括邊坡的穩(wěn)定性、主運輸系統(tǒng)的暢通、正常生產(chǎn)帶來嚴重的威脅。通過逐項的分析，初步弄清影響的表現(xiàn)形式。通過清理第四系地表覆蓋堆集層、構(gòu)建全過程監(jiān)護系統(tǒng)、優(yōu)化采場主要參數(shù)局部、局部改造主運輸?shù)缆窌惩?、建立高效率的防排水系統(tǒng)、加強特殊地質(zhì)條件下的操作工藝管理、持續(xù)開展礦區(qū)巖石力學(xué)綜合研究等綜合措施使特殊地質(zhì)條件對露天安全生產(chǎn)的影響減小到最低程度，雄村銅礦的建設(shè)生產(chǎn)更加高效。