复杂地形地质条件矿山岩土勘查技术的应用分析_徐浩.pdf

CM&M 2023.0193均无误后，再进行对下一个点的放样测量4。复杂地形地质条件下，地质剖面变化较大，所以在完成对重要位置的勘探点测放后，还可设置一个呈方格网结构的辅助勘探区域，如图 1 所示。在辅助区域内，将各个勘探点之间的距离设置在20.030.0m 范围内，勘探深度设置在 8.015.0m 范围内，选择其中某一勘探点作为初始勘探点，依次对其相邻勘探点进行测放5，可以得到较为精准全面的比较孔地质资料。1.2 钻探设备选取以及搬迁鉴于地形复杂、植被茂盛，可能存在陡坡、沟壑、断崖等不利地形条件，宜选用轻型设备。钻机不选择常用设备 XY-150 或 XY-100 等型号，拟采用 NTQZ-50 型钻机。此设备是一种具有油压给进的轻便钻机6，具有结构紧凑、占地面积小、质量小、移动方便等优点，适合铁路、水利、0 引言在矿产资源开采项目中，岩土勘探与勘查是一项不可忽视的前期工作。目前，矿山工程技术人员已经认识到了此项工作在实施中的重要性，并设计了多种可用于矿山作业现场的勘查方案。不同的勘探技术在各自的优势和劣势上有很大的差异，所适用的项目也各不相同。为提高勘查结果的可靠性，为矿山工程设计与施工提供具有高精度的数据作为帮助，笔者设计一种可用于复杂地质条件的勘查技术，基于此项技术的应用，助力矿山工程的开发。1 复杂地形地质条件矿山岩土勘查技术1.1 复杂地形岩土勘探点测放针对复杂地形地质条件下的矿山进行岩土勘查，首先需要完成对各个勘探点的测放1。依据矿山整体走势以及地质调绘资料，确定勘探点具体位置。对于勘探点位置的设计，根据工程实际性质、业主要求等确定。为确保钻探点位的准确，采用 RTK-GPS 测量仪进行放点，放点坐标采用标准坐标系2。对各个勘探点的位置坐标进行明确，并可用全站仪以及水平仪辅助检查勘探点的坐标高程是否准确。同时在设置勘探点时，针对不同阶段，确定允许偏差要求。对 于 详 细 勘 查 阶 段，需 要 确 保 其 平 面 位 置 上 的误 差 偏 差 在-0.25+0.25m 范 围 内，高 程 允 许 偏 差 在-5.00+5.00cm 范围内。对于初步勘查阶段，需要确保其平面位置允许偏差在-0.50+0.50m 范围内，高程允许偏差在-5.00+5.00cm 范围内3。在确保每一个点位上的放样复杂地形地质条件矿山岩土勘查技术的应用分析徐浩摘要：针对当前现有矿山岩土勘查技术应用到复杂地形地质条件时，勘察精度无法得到保障问题，以某矿山岩土工程为例，针对其复杂地形地质条件上的勘查区域进行勘探点测放，对岩体样本和水体样本进行取样，对相关勘查参数计算，提出一种新的勘察技术。通过实例证明，新的勘察技术应用到复杂地形地质条件矿山中可实现对岩土高精度勘察，具有极高可行性。关键词：勘查；地质；岩土；矿山；地形（广东省核工业地质局辐射环境监测中心，广东广州 510800）图1 方格网辅助勘探点布置94工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工建筑工程及户外山区的地质取样勘查、地质岩心钻探、小型灌浆孔、爆破孔等。其钻机底部可选择加装可拆卸式履带行进器。NTQZ-50 型钻机与 XY-100 型钻机相比，最主要的特点既是轻型便捷，便于整体搬迁。但其勘探深度有所限制，适合勘探深度最深不大于 50m 的工程。对此可增设液压增力装置，并配置增加钻杆长度，以达到增加孔深的目的。完成钻孔以及搬迁的过程中，其跨越沟壑使用自配的可延伸式钢构活轮搭桥，可以实现快速迁移。如遇陡坡，可使用履带式行进器辅助以绳索前置牵引攀爬。如有断崖，亦可拆卸以后，选择绕路搬迁。2 勘查实例2.1 矿山岩土勘查项目概况所选的勘查对象为某大型尾矿库，该矿区距离选矿厂约3km，采矿过程中，产出的尾矿大多通过水利运输的方式，输送到矿厂内进行堆存。以该尾矿库为例，对矿山岩土勘查项目概况进行分析见表 1。按照尾矿库安全技术规程文件要求，在尾矿库堆高超过设计坝高 1/22/3 的情况下，必须对矿山岩土进行一次全面的勘察，以便对矿山岩土的稳定性进行校核。2.2 勘查区域自然地质条件本矿尾矿库属峡谷型尾矿，场区的地下水以第四系孔隙为主，含水层以风化岩为主，地下水的整体流向是沿着冲沟向下游流动。对该矿体所在地的水文气候条件进行总结见表 2。2.3 矿山岩土勘查的主要目的与任务2.3.1 目的矿山岩土勘查的主要目的如下：对现状矿山岩土稳定性进行分析与确认；对矿山岩土稳定性的不利因素进行分析，为提出了相应的防治对策给予指导；为矿山岩土的环境与安全评估提供基础资料；为大坝持续加高稳定性评估奠定基础。2.3.2 任务矿山岩土勘查的主要任务如下：尾矿体性质、成分、分布规律及其致密度的测定；尾砂物料物理指标性能测定。2.4 勘查中的主要仪器设备矿山岩土野外/室内勘查投入的主要仪器设备见表 3 和表 4。2.5 勘查方法与勘查结果所布设的勘探点均采用取土穿孔的方式布置，在尾矿堆体内钻孔时，钻进技术主要有套管护壁冲击钻井、螺旋钻与钻井液护壁旋转钻进相结合的钻进技术，设计勘查中的钻进回尺深度为 1m。根据 YBJ11-86 相关规定，结合勘查项目所在地的实际地形条件，共设置 3 条勘查线路以及网格状辅助勘查点。3条线路将其表示为 K-1、K-2 与 K-3，其中 K-1、K-2 为主要勘查线路，布置的勘查点与水边线之间的距离为 5m，K-1、K-2 与 K-3 勘查线上都设置 8 个静力探触点，编号为 TC-1 至 TC-8。所有工作都按照国家现行技术规程和标准中的技术要求执行，根据勘查现场反馈的信息可知，该方法的勘查效果良好。勘查结果见表 5。2.6 相关勘查参数计算完成勘查钻探以及取样的任务，得到原始资料以后，还需要结合得到的数据对相关勘察参数进行计算。以渗流数值为例，假设尾矿库中的渗水在堆积体中流动时，会发生较小的雷诺数分层流动，此时渗水运动与达西线性渗流表 1 矿山岩土勘查项目概况设计总库容/万 m3135.58总坝高度/m57.6尾矿库等级四级尾矿堆积坝坝顶高程/m309.45堆积坝高/m45服务年限5表 3 野外勘查设备仪器数量型号钻机4 台NTQZ-50静力触探车1 辆NKC5090TCTRTK-GPS 测量仪1 台中海达全站仪1 台NTS325现场注水试验设备1 套自制表 4 室内试验勘查设备仪器厂家型号直剪仪地方土壤仪器有限公司提供DSJ-3 型电动四联固结仪GJY-800 型低压渗透仪常规型表 2 矿体所在地的水文气候条件气候半干旱大陆性山地气候风速冬季：1.5m/s；夏季1.35m/s；瞬时最大风力可以达到9级，最高风速为 25m/s气温年平均气温为 8.85；最高气温可以达到 39.2；最低气温可以达到-28.75；地势越高的位置温度越低结冰期每年的 10 月到次年的四月为矿区冻结期；冻土层厚度可以达到 1m 以上植被生长期每年的 4 月到当年的 10 月区域构造矿体中含有一条纵 700m、沟口呈 V 型的主沟槽，基坑坡度平均为 19.36%；300m 以下为 9.05%；整体构造较为复杂CM&M 2023.0195规律相一致，其计算公式如下：v=KJ （1）式中：v代表水在岩土当中的渗流速度；K代表水的渗流系数；J 代表水力坡度（无量纲）。在地下水流的真实情况下，水力梯度常常会有差异，此时达西定律的一般公式如下：（2）公中：代表水力坡度。理正边坡稳定性分析软件，为大坝的抗滑稳定性提供了一种自动求取最小稳定安全系数的方法。在复杂地质情况下，首先在特定区域内进行搜索，并按不同的精度进行分析，逐渐接近最优解，以求出最危险的滑裂面。在计算断面时，根据相似的物理机械性能原理，对矿山进行概化，并根据竖向初期坝体和堆石坝的轴线工程地质主要断面，建立二维数值计算模型。根据库区现状水位标高和最高洪水位标高，对两种不同运行工况，对现状坝顶堆积标高的影响进行分析和计算。矿区的特殊沉积规则，层理错综复杂，经常出现砂、土互层现象，造成地下水渗透率高于垂直渗透率，导致地下水的下渗和层流8。根据已有的施工经验及现场渗水实验资料，采取不同岩土的渗透率推荐值。通过对某矿山现有尾矿库的调查，对现有的大坝进行了静态稳定计算。渗透数值模拟的初始条件分为两种情况：第一种，矿山正常水位条件下的渗透情况；第二种，达到矿山最高洪水位报告时的渗流情况。利用渗流数值分析的几何模型，将渗透分析所得的稳定渗流场引入滑坡分析软件，并将其与岩体稳定性计算结合起来，分别以矿山目前的水位标高和最大洪水状态下的岩体稳定性进行了分析。根据瑞典条分法和“简化 Bishop 法”，对岩土在静载荷作用下可能发生的滑裂面的抗滑安全性能进行分析，并根据目前相关技术规程对不同工作状态下的最小安全系数进行评估。通过上述勘察得到的数据，可以为后续矿山岩土工程活动的开展提供有利数据依据。3 结论针对当前现有矿山岩土勘查技术应用到复杂地形地质条件时，勘察精度无法得到保障问题，以某矿山岩土工程为例，针对其复杂地形地质条件上的勘查区域进行勘探点测放，对岩体样本和水体样本进行取样，对相关勘查参数计算，提出一种新的勘察技术。通过实例证明，新的勘察技术应用到复杂地形地质条件矿山中可实现对岩土高精度勘察，具有极高可行性。设计的方法可以在应用中，对矿山岩土不同结构层地层标高变化、厚度变化范围进行精准描述，并可绘制辅助剖面，以确定主要线路的地层准确度。根据总结或统计的数据，可以了解到矿山岩土环境的实际条件。复杂地形勘查时钻探设备的选取，应以轻型便于拆卸的小型设备为主，以提高整体搬迁工作效率。本次设计选取 NTQZ-50 型钻机取得了成功，提高了项目整体进度，此选取方法切实可行。采用取样的方式，将实验样本进行室内测试，可进一步掌握岩土工程的重力密度、抗剪强度与土层的渗透系数等参数。综上，本文设计的方法在工程中具有可行性，可以基于此方法的应用，实现对矿山工程以及其他相似复杂地形工程的顺利施工奠定基础。参考文献1 薛飞,陶东山.复杂地质条件场地岩土工程勘查工作的要点分 析 J.世界有色金属,2020(21):178-179.2 刘明,艾猛.矿山地质灾害应急勘查与防治分析以旺金石 业采石场西北侧滑坡为例 J.资源信息与工程,2022,37(2):139-141+145.3 赵婷婷,宁亚涛,张林,等.综合勘查技术在山西宁武煤田废弃 矿山自燃区勘查中的应用 J.矿产勘查,2022,13(Z1):321-331.4 朱骏灵.无人机倾斜摄影测量在废弃矿山生态修复勘查中的应 用以广西隆安县点灯山生态修复综合治理项目为例 J.南 方自然资源,2022(2):72-76+80.5 侯晶晶,原媛,吕晶,等.水文地质问题对矿山地质勘查的影响 作用分析 J.世界有色金属,2022(3):103-105.6 冀晓彤,卢红梅.基于矿山地质勘查测绘的 GPS-RTK 测绘技 术应用研究 J.世界有色金属,2022(7):22-24.7 叶茜.废弃矿山变身科普公园河南省地质矿产勘查开发局 环境一院助力鹤壁“黑山头”地质遗迹保护 J.资源导刊,2022 (1):40.8 董雁南.综合物探方法在矿山水文地质资源勘查中的应用研究 J.世界有色金属,2022(5):115-117.表 5 矿山岩土勘查结果土层名称地层标高变化范围/m厚度变化范围/m备注尾粉细砂2.615.8288.14315.68尾粉细砂5.825.4294.05355.50尾粉质黏土1.48.9295.15313.47块石在勘探深度范围内未揭穿砾砂混黏性土1.04.8273.14305.34最大揭露厚度为 2m