对于露天边坡而言QY岩l、断裂构造、地下水{问题一直是影响露天矿山边坡的关键因?sup>[1]Q但对于一些第四系厚度较大、分布范围较qѝ变化较快的露天矿山Q土质边坡由于其自n土体强度低、孔隙大Q地下水易富集,因此土层较厚区域边坡常常极易发生滑坡。此外第四系土层发育的露天矿山,采场水患常常较ؓ严重。由于土质边坡常常处于矿p坡高位,下部基岩更易风化Q地下水易于向坑内渗,造成露天矿坑C水患发育Q媄响采场生产。综上所qͼ对于土质边坡问题可以说是“水、土”问题。以往针对露天矿山边坡问题多集中于构造和岩性的影响Q而对于一些土层较厚的露天矿山对于W四pd层的研究较少Q但׃土层引发的边坡“水、土”问题常常给矿山带来极大困扰?/p>
传统的露天矿p坡研I主要采用^面图和剖面图Q其做法是将边坡I间地层、地貌、构造等地质信息投媄到某一q面上进行计分析,但此Ҏ往往存在直观性差、制作过E复杂繁琐、图像失真扭曲严重等诸多不。矿山采矿活动是一个三l空间时间的动态活动,利用三维可视化徏模技术得理解空间地质信息更加逼真直观[2~4]Q通过强大的可视化技术可提高对复杂地质条件的理解和判定,减少了图像的扭曲q[5]Q此外通过三维地质建模减少对复杂模型进行近D,提高了数据分析的准确度,其是采用一些强有力的空间地质统计分析方法和I间变化交互式分析工h地质数据分析可靠性和准确度更高,灉|性更?sup>[6]?/p>
1 研究区情?/p>
位于包头市白云鄂博的包钢集团巴润露天铁矿现已开采近十年Q矿矛_产量1500万吨。近几年来,随着开采深度和开采强度的不断增大Q露天边坡发生大滑坡已辑֍余vQ其中五处滑坡位于采场固定斜坡\的上Ҏ下方Q直接媄响到生的正常进行,同时威胁着生作业的安全,l包钢集团巴润露天铁矉K成极大困扰。在q十几v滑坡中近三分之一为地下水所D的土层抗剪强度过低引发的圆弧形滑坡。这些土质滑坡地下水富集Q土体强度低Q边坡治理难度大Q花费较多。若能查清露天矿坡土层地质分布特征,采取针对性稳坡和LҎQ将能极大提高露天矿边坡的安全性,此外也能一定程度地降低露天矉K场水患,对今后cM矿山h十分重要的意义?/p>
2 露天矿山土体三维地质建模
2.1 地质剖面图二l三l{?/p>
本次W四pMl地质徏模主要采用地质剖面图提取W四pd地表信息建立三维模型Q但原始地质剖面囄地质资料都是二维图gQ如?Q,无法直接q行三维分析。因此将二维地质剖面图{化ؓ三维地质剖面是三l徏模的必须环节。本ơ三l徏模地质剖面图三维转换工作先将地质剖面q行YZ坐标互换Q再选取地质剖面囑֒勘探U工E布|图对应点坐标进行^面两点坐标{换,q样实C二l剖面图转换Zl剖面图Q如?Q?/p>
? 二维地质剖面?/p>
? 地质剖面图二l三l{?/p>
2.2 矿区土层三维建模
在传l露天矿p坡研I中Q常帔R用二l剖面图反映边坡地质体变化规律。但是土质边坡土体和C水常常纵向和横向上均有较大差异,无法形象直观准确表示地质体的I间位置及Ş态,且效率低Q直观性差Q难以实现露天矿p坡的有效ȝ和采矿设计的规划?/p>
本次三维可视化地质徏模是二l地质剖面图q行三维转换后提取相关第四系底界面Q采用三角网法徏立第四系三维可视化地质模型(如图3Q。从中可以十分直观准地研读原始地表的v伏变化和W四pd层的I间起伏形态和厚度变化势。从图中发现矿区W四pd化十分复杂,多向坑内倾斜Q厚度呈C间厚两边薄的势Q厚度多?0~20c_叻I但存在多处第四系厚层区,最厚处?70余米?/p>
? 矿区土层三维模型
3 分析
3.1 土体厚度
土体厚度是媄响第四系边坡E_性的关键因素之一。露天矿区土体厚度大Q一斚wQ采矿生产剥岩土斚w较大Q成本较高;另一斚wQ土体厚度大区域Q地下水更易储水富集Q土体强度本w就低,造成土体厚度大区域边坡稳定性常常较差。本ơ在W四pMl可视化地质模型基础之上Ҏ土层的顶底界面计第四系的厚度,l制W四pd度等值线图。从?可以看出巴润露天矿区土层厚度差异十分大,?~170c不{。矿区大多数区域土层较薄Q厚度多于15cI但在东西采场l合部厚度均较大Q最厚处?00c以上。根据现有滑体区域分布和土层厚度的对比关pd以看刎ͼ5号和8h体均位于土层厚度较大处?/p>
? 土层厚度值线与滑体区域对?/p>
3.2 基岩面地形分?/p>
地Ş分析是数字地形模型的一U重要方法,可以从三l第四系土层模型属性中可提取各cd形参数和特征Q以对基岩面起伏形态作直观和定量分?sup>[7]Q下面着重介l基岩面起伏形态和坡度坡向指标的提取?/p>
基岩面v伏Ş态利于地下水的渗和滑坡的Ş?sup>[8]。据相关资料l计Q很多土层滑坡其滑面多ؓ基岩面,此外边坡基岩面过低将会对矿区深部开采边坡稳定性十分不利。因此确定基岩面的v伏Ş态是十分必要的。通过W四pd层三l地质模型计基岩面起伏形态。从?和图6可以看出?号和3h体其他区域均Z凹处Q其?h体和8h体东侧基岩面最低高E在标高1500c之下,Z巨厚土层凚w区。此区域土层极厚Q边坡不会随着开采深度的不断推进变得发E_?/p>
? 基岩起伏{值线与滑体区域对?/p>
? 基岩起伏立体?/p>
坡度是表征物体表面倾斜陡峭E度的指标,数学上严D是Q一点切q面与水q_面的夹角。坡向是表征倾斜面的朝向Q表C面某处最陡的倾斜方向[9。坡向常总度ؓ单位Q正北方向ؓ0度,沉K旉方向Q正东方向ؓ90?sup>[10]Q?/p>
Q式1Q?/p>
Q式2Q?/p>
式中为坡度,
为坡向,fx是x方向的高E变化率Qfy是y方向的高E变化率?/p>
Ҏ基岩面v伏Ş态提取基岩面的坡度和坡向因子。坡度越大的地方Q地下水下蚀能力强Q边坡越Ҏ滑坡Q此外若基岩面坡向与边坡坡向一致时也越Ҏ形成滑坡和地下水渗流。在基岩面低凹坡度较大处土层较厚Q同时地表水和大气降水等水源也更Ҏ汇集。由于研I区Z大向斜构造,基岩面多为向坑内倾斜Q土质边坡稳定性更弱,C水将会沿着基岩面凹陷向坑内富集渗漏。从?和图8可以看出矿区土层局部坡度在15度以上,土层较厚的区域,边坡基岩面坡向与边坡坡向基本一_多向坑内倾斜Q其坡度较陡Q多?5度以上,因此巴润矿这U独特的W四pd层特征造成C水更易富集,土质滑坡频发的现象?/p>
? 基岩面坡向图
? 基岩面坡向图
4 l??/p>
通过地勘资料提取W四pM息徏立第四系土层三维模型。在此基上提取土层厚度、基岩面起伏、基岩面坡度和坡向等信息。研I发现巴润露天矿W四pd层变化复杂,h厚度深、多向坑内倾斜、坡度大的特征,q些不利因素造成了巴润矿C水富集和土质滑坡频发。综合现有边坡滑体区域可以发现除2号和3h体外Q其余滑体均位于土层厚度大或坡度大区域。因此研I第四系土层的变化对于露天矿边坡和地下水防治h重要作用?/p>
作者:王蒙 何滔 常徏qI内蒙古科技大学矿业研究院)本文发表于《现代矿业?018q第8?/p>
览全文误论文频道搜烦《三l徏模技术在露天矿土质边坡性质分析中的应用?/font>