DB43T 1385-2018 金属非金属矿山采空区安全风险分级标准

ICS13.100D09DB43湖南省地方标准DB43/T13852018金属非金属矿山采空区安全风险分级标准standardsofGoafRiskGradingforMetalandNon-metalMiEnS2018-o1-29发布2018-03-29实施湖南省质量技术监督局发布DB43/T13852018前言II2规范性引用文件13术语和符号………13.2符号……………………… 4采空区调查测绘与稳定性评价……………… 4.1采空区调查与测绘 34.2工程地质调查 34.3水文地质调查 44.4采空区稳定性评价 45采空区安全风险分级 45.1采空区安全风险等级划分……45.2采空区安全风险定性分级…45.3采空区安全风险定量分级…55.4采空区安全风险分级综合判定…………………5附录A(资料性附录)工程岩体质量分类…… 6附录B(资料性附录)矿柱安全系数计算方法 附录C(资料性附录)极限跨度分析法… 附录D(资料性附录)Mathews稳定性图解方法… DB43/T13852018本标准按照GB/T1.12009给出的规则起草。本标准由湖南省安全生产监督管理局提出。本标准由湖南省安全生产标准化技术委员会归口。本标准起草单位湖南省安全技术中心、长沙矿山研究院有限责任公司。本标准起草人:唐绍辉、廖文景、徐必根、曹基联、张胜军、罗晓晴、刘学勇、盛建红、吴鹏、谢长江、尹建生、李冀、焦文宇、文兴、朱必勇、黄英华、刘秀云、龙敏。本标准为首次发布。DB43/T13852018金属非金属矿采空区安全风险分级标准本标准规定了金属非金属地下矿山采空区的调查测绘与稳定性评价、采空区安全风险分级的要求。本标准适用于金属和非金属地下矿山采空区。本标准不适用于原地溶浸法开采形成的采空区。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而构成为本标准的条款。凡是注明日期的引用文件,其随后所有的修订版均不适用于本标准。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。GB12719矿区水文地质工程地质勘探规范GB16423金属非金属矿山安全规程GB50021岩土工程勘察规范GB50026工程测量规范GB/T15259矿山安全术语GB/T50218工程岩体分级标准GB/T50266工程岩体试验方法标准DZT0096工程地质调查规范3术语和符号下列术语和符号适用于本标准。采空区goaf采空区是由采掘工程在地下产生的"空洞",是地下固体矿物开采后形成的空间。围岩wallrock采空区周围一定范围内对采空区稳定性有影响的岩体。矿柱pillar留下不采或暂时不采、用于支撑或隔离的矿体。采空区暴露面积stopeexposurearEa指采空区顶板、上下盘、侧帮的暴露面积DB43/T13852018表1符号及涵义(续)编号符号涵义24SPAN开挖体的最大无支护跨度(m)25SRF应力折减系数矿房宽度(m)27矿柱宽度(m)28Z上覆岩层厚度(m)入节理面的密度(条/m2)单轴抗压强度(Mpa)平行开挖面的最大诱导应力(Mpa)32矿柱平均应力(Mpa)4采空区调查测绘与稳定性评价4.1采空区调查与测绘4.1.1采空区调查包括采矿情况调查、采空区踏勘测量、井下测量、地表变形、地面建(构)筑物破坏情况调查等,应包含下列主要内容: 开采起始时间、开采方式、生产规模、开采矿层、矿体产状、开采深度、顶板管理、矿柱分布等,搜集矿山开采的有关图件,如矿区井上井下对照图、采掘工程平面图等; 采空区的分布范围、规模、形成时间、充填情况、坍塌状况; 采空区地表变形、影响范围和地表移动盆地特征,已有建(构)筑物的类型、基础形式、变形破坏情况及其原因; 采空区其他灾害情况4.1.2采空区测绘应包括下列主要内容: 核定和编录地表塌陷、阶地和裂缝的发育情况; 采空区相连巷道断面和支护情况; 采空区形状、顶底板高程、平面尺寸和顶板垮落情况; 矿柱平面位置、形状、尺寸和开裂变形情况。4.1.3对隐伏采空区,应采用钻探、物探或三维激光扫描等手段对采空区进行探测。4.2工程地质调查4.2.1工程地质调查应包括下列主要内容:——地形地貌,地质构造,地层岩性、厚度和产状; 划分工程地质岩组,按岩组和不同构造部位进行节理裂隙统计,详细调查软弱岩组的性质、产状、分布及其工程特性。 滑坡、崩塌、沉陷、裂缝、泥石流等不良地质现象的类型、成因、分布和基本特征及其与采空区地表变形的相互关系; 采空区顶底板、矿柱和周边巷道围岩的变形、破坏情况。4.2.2矿岩物理力学参数测试。3DB43/T138520184.3水文地质调查水文地质调查应包括下列主要内容: 矿区气象及地表水发育情况调查;——地下水的类型和赋存条件,地下水涌水量及其补给、排泄及径流条件,各含水层厚度、水位、富水性及水力联系; 破碎带含水、导水性及其与含水层的关系;——地下水水量、水质的动态变化情况; 采空区的充水条件,充水方式,采空区的积水情况4.4采空区稳定性评价4.4.1采空区稳定性评价应包括下列主要内容: 岩体质量评价,岩体质量评价方法可参见附录A; 矿柱稳定性评价,矿柱安全系数计算方法可参见附录B; 顶板稳定性评价,顶板稳定性分析方法可参见附录C、附录D。4.4.2对于复杂采空区的稳定性评价应采用数值模拟法分析。5采空区安全风险分级5.1采空区安全风险等级划分采空区安全风险等级划分为低风险、一般风险、较大风险、重大风险。采空区安全风险等级采用定性、定量方法进行评价,较大风险、重大风险的采空区应进行定量评价。5.2采空区安全风险定性分级5.2.1采空区有下列现象之一的为重大风险: 无采空区实测图纸资料; 矿柱严重开裂、垮塌,顶板发生大面积坍塌; 采空区地表出现塌陷; 采空区大量积水或采空区积水情况不明5.2.2采空区有下列现象之一的为较大风险: 采空区图纸资料不准确,不能反映采空区真实状况; 矿柱开裂、掉块,顶板发生局部坍塌; 采空区地表出现大面积非均匀沉降、开裂等破坏迹象; 采空区积水较多,且积水不能通过排水系统有效排出。5.2.3采空区有下列现象之一的为一般风险: 采空区图纸资料不完整,不能全面反映采空区实际状况; 矿柱局部开裂,顶板发生局部冒落; 采空区地表出现局部沉降、开裂等破坏迹象; 采空区局部积水,积水未及时抽排。5.2.4同时满足下列条件的为低风险: 采空区图纸资料齐全,能真实反映采空区实际状况; 矿柱未开裂,顶板未发生冒落;4DB43/T13852018 采空区地表未出现塌陷、开裂等破坏迹象; 采空区无积水。5.3采空区安全风险定量分级5.3.1矿柱稳定性安全风险分级根据采空区内留设矿柱的安全系数,评价矿柱的安全风险等级,结果如表2。表2矿柱安全风险分级表矿柱安全等级矿柱安全系数低风险ks兰1.5一般风险1.5>ks兰1.2较大风险1.2>ks兰1.0重大风险ks<1.05.3.2顶板稳定性安全风险分级5.3.2.1采用Barton极限跨度分析法从采空区的顶板跨度评价采空区顶板稳定性,结果如表3。表3顶板跨度安全风险分级表顶板支护比(ESR)低风险一般风险2.0兰ESR>1.6较大风险3.0兰ESR>2.0重大风险ESR>3.05.3.2.1采用Mathews稳定性图解方法从采空区的暴露面积评价采空区顶板的稳定性,分级结果如表4。表4暴露面积安全风险分级表采空区暴露面积安全风险等级稳定性分区低风险稳定区一般风险无支护过渡区较大风险支护稳定区重大风险支护过渡区以及崩落区5.4采空区安全风险分级综合判定采用最不利原则,根据矿柱、顶板跨度和暴露面积三个等子因素的稳定性分析评价结果,综合判定采空区的安全风险等级。对于多层重叠的采空区安全风险等级应提高一级。5DB43/T13852018附录A(资料性附录)工程岩体质量分类A.1.1岩体基本质量级别可由岩体基本质量的定性特征和岩体基本质量指标确定。A.1.2BQ值分级详见《工程岩体分级标准》GB/T50218。A.2RQD值分级A.2.1RQD值分级详见《岩土工程勘察规范》GB50021A.2.2根据岩石质量指标RQD,按表A.2.2评价岩体级别。表A.2.2RQD分类法与其它分类指标的关系级次岩体完整性系数Kv裂隙系数K岩层性质平均裂隙间距(CM)0~25很差<70~0.225~50差7~1050~75较好10~17457590好17~2845~0.65V很好>28A.3RMR分级A.3.1RMR地质力学分级方法是采用多因素得分,求其代数和来评价岩体质量。参与评分的6因素包括岩石单轴抗压强度、岩石质量指标RQD、节理间距、节理性状、地下水状态以及节理产状与巷道轴线的关系。其中,节理性状包括节理长度、间隙、粗糙度、充填物性质和厚度以及节理的风化程度。A.3.2结合矿区的实际情况,对矿区岩体可采用前五因素得分,再根据第6项因素进行修正,按表A.3.2-1至表A.3.2-4评价岩体级别。DB43/T13852018A.4Q系统分级方法A.4.1Q系统分级方法的分类指标Q值由式A.4.1确定:A.4.式中RODJn为代表岩体结构的影响,可粗略表示岩石的块度;ra表示节理壁或节理充填物的粗糙度和摩擦特性,可反映嵌合岩块的抗剪强度;JwSRF表示水与其他应力存在时对岩体质量的影响,反映岩石的主动应力。计算所得Q值可能范围为0.0011000。A.4.2Q系统分级每种参数的详细分类由表A.4.2确定:表A.4.2Q系统分级每种参数的详细分类项目及其详细分类数值备注1.岩石质量指标1.在实验或报告中,若RQD≤10(包括。)时,则Q名义上取10确,例如取100、95、A.很差E.很好0~2525~5050~7575902.节理组数Jn1.对于巷道交岔H,取(3.0XJn)2.对于巷道入口处,取(2.0XJn)A.整体性岩体,含少量节理或不含节理B.一组节理C.一组节理再加紊乱的节理D.两组节理E.两组节理再加紊乱的节理F.三组节理G.三组节理再加紊乱的节理H.四组或四组以上的节理,随机分布特别发育的节理,岩体被分成"方糖"块,等等I.粉碎状岩石,泥状物234691215203.节理组粗糙程度Jr1.若有关的节理组平均间距大于3米,Jr按左行数值再加1.0。2.对于具有线理且带擦痕的平面状节理,若线理指向最小强度方向,则可取Jr=0.5a.节理壁完全接触b.节理面在剪切错动10厘米以前是接触的A.不连续的节理B.粗糙或不规则的波状节理C.光滑的波状节理D.带擦痕面的波状节理E.粗糙或不规则的平面状节理F.光滑的平面状节理G.带擦痕面的平面状节理c.剪切错动时岩壁不接触H.节理中含有足够厚的粘土矿物,足以阻止节理壁接触J.节理含砂、砾石或岩粉夹层,其厚度足以阻止节理壁接触4321.51.51.00.5DB43/T13852018表A.4.2Q系统分级每种参数的详细分类(续)项目及其详细分类数值备注4.节理蚀变影响因素JaDr(近似值)1.如果存在蚀变产物,则残余摩擦角中r可作为蚀变产物的矿物学性质的一种近似标准a.节理完全闭合A.节理壁紧密接触,坚硬、无软化、充填物不透水B.节理壁无蚀变、表面只有污染物C.节理壁轻度蚀变、不含软矿物覆盖层、砂粒和无粘土的解体岩石等D.含有粉砂质或砂质粘土覆盖层和少量粘土细粒(非软E.含有软化或摩擦力低的粘土矿物覆盖层,如高岭土和云母。它可以是绿泥石、滑石和石墨等,以及少量的膨胀性粘土(不连续的覆盖层,厚度≤1~2毫米)。b.节理壁在剪切错动10厘米前是接触的F.含砂粒和无粘土的解体岩石等G.含有高度超固结的,非软化的粘土质矿物充填物(连续的厚度小于5毫米)H.含有中等(或轻度)固结的软化的粘土矿物充填物(连续的厚度小于5毫米)J.含膨胀性粘土充填物,如蒙脱石(连续的,厚度小于5毫米)Ja值取于膨胀性粘土颗粒所占的百分数以及含水量c.剪切错动时节理壁不接触K.L.M.含有解体岩石或岩粉以及粘土的夹层(见关于粘土条件的第G、H和J款)N.由粉砂质或砂质粘土和少量粘土微粒(非软化的)构成的夹层0.P.R.含有厚而连续的粘土夹层(见关于粘土条件的第G、H和J款)0.751.0(25o35')2.0(25o35')3.0(20o25')4.0(25o~30")6.0(16"~24o)8.0~12.(6e~12o)8.0~12.0(6"~24o)13.0~20.0(6e~24o)5.节理水折减系数JW水压力的近似值(kg/CM2)1.C~F款的数值均为粗糙估计值,如采取疏干措施,JW可取大一些2.由结冰引起的特殊问题本表没有考虑A.隧道干燥或只有少量极少量的渗水,即局部地区渗流量小于5升/分B.中等流量或中等压力,偶尔发生节理充填物被冲刷现象C.节理无充填物,岩石坚固,流量大或水压高D.流量大或水压高,大量充填物均被冲出E.爆破时,流量特大或压力特高,但随时间增长而减弱F.持续不衰减的特大流量,或特高水压0.50.330.1~0.05<1.01.0~2.52.5~10.02.5~10.0>10>10DB43/T13852018表A.4.2Q系统分级每种参数的详细分类(续)项目及其详细分类数值备注6.应力折减因素SRF1.如果有关的剪切带仅影响到开挖体,而不与之交叉,则SRF值减少25~50%2.对于个向应力差别甚大的原岩应力场(若已测出的话):当510时,减为0.75;当>10时,减为0.5;这里,表示单轴抗压强度,和分别为最大和最小主应力,表示最大切向应力3.可以找到几个下地深度小于跨度的实例记录。对于这种情况,建议将SRF从2.5增至5(见H款)a.软弱区穿切开挖体,当隧道掘进时开挖体可能引起岩体松动A.含粘土或化学分解的岩石的软弱区多处出现,围岩十分松散(深浅不限)B.含粘土或化学分解的岩石的单一软弱区(开挖深处<50米)C.含粘土或化学分解的岩石的单一软弱区(隧道深度>50米)D.岩石坚固不含粘土但很多处出现剪切带,围岩松散(深度不限)E.不含粘土的坚固岩石中的单一剪切带(开挖深度<50米)F.不含粘土的坚固岩石中的单一剪切带(开挖深度>50米)G.含松软的张开节理,节理很发育或像"方糖"块(深度不限)b.坚固岩石,岩石应力问题H.低应力,接近地表I.中等应力,有利的应力条件J.高应力,岩体结构非常紧密(一般有利于稳定性,但对侧帮稳定性可能不利)K.1小时后整体岩石产生剥落L.几分钟后整体岩石产生剥落和岩爆M.整体岩石产生严重岩爆和立即变形C.挤压性岩石,在很高的应力影响下不坚固岩石的塑性流动N.挤压性微弱的岩石压力0.挤压性很大的岩石压力d.膨胀性岩石,化学膨胀活性取决于水的存在与否0.膨胀性微弱的岩石压力Q.膨胀性很大的岩石压力2.57.52.5OC/OOO/OCSRF>200<0.012.5200-100.01-0.31.010-50.3-0.40.525-30.5-0.655~503-20.65-1.050-200<2>1200-400o,/oCSRFl-55-10>510205~1010~20使用本表的补充说明在估算岩体质量(Q)的过程中,除遵照表内备注栏的说明以外,尚须遵守下列规则:1.如果无法得到钻孔岩芯,则RQD值可由单位体积的节理数来估算,在单位体积内,对每组节理按每米长度计算其节理数,然后相加。对于不含粘土的岩体,可用简单的关系式将节理数换算成RQD值,如下:RQD-115-3.3Jv(近似值)式中,JV表示每立方米的节理总数,当JV<4.5,取RQD-1002.代表节理组数的参数Jn常常受叶理、片理、板岩劈理或层理等的影响。如果这类平行的"节理"很发育、显然可视之为一个节理组,但如果明显可见的"节理"很稀疏,或者岩芯中由于这些"节理"偶尔出现个别断裂,则在计算Jn值时,视它们为"紊乱的节理"(或"随机节理")似乎更为合适。3.代表抗剪强度的参数Jr和Ja应与给定区域中最软弱的主要节理组或粘土充填的不连续面联系起来。但是,如果这些Jr/Ja值最小的节理组或不连续面的方位对稳定性是有利的,这时方位比较不利的第二组节理或不连续面有时可能更为重要,在这种情况下,计算Q值时要用后者的较大的(Jr/Ja)值。事实上,(Jr/Ja)值应当与最可能首先破坏的岩面有关。4.当岩体含粘土时,必须计算出适用于松散载荷的因数SRF。在这种情况下,完整岩石的强度并不重要。但是,如果节理很少,又完全不含粘土,则完整岩石的强度可能变成最弱的环节,这时稳定性完全取决于(岩体应力/岩体强度)之比。各向应力差别极大的应力场对于稳定性是不利的因素,这种应力场已在表中第2点关于应力折减因数的备注栏中作了粗略考虑。如果现实的或将来的现场条件均使岩体处于水饱和状态,则完整岩石的抗压和抗拉强度(和)应在水饱和状态下进行测定。若岩体受潮或在水饱和后即行破坏,则估计这类岩体的强度时应当更加保守一些。DB43/T13852018A.4.3Q系统分级方法的得分按表A.4.3划分岩体级别。表A.4.3由Q值确定的岩体级别表Q值>4010~44~l岩体级别I级V级V级评价优良中差劣DB43/T13852018 上覆岩层的平均容重(KN/m3);Z上覆岩层厚度(m);L,一矿柱长度(m);PL—矿房长度(m)。PB.2矿柱安全系数的选取B.2.1只考虑矿柱生产期间的稳定性,矿柱的安全系数取值如下:1)房柱式开采(不回收矿柱):安全系数ks=1.5;2)主要巷道矿柱以及回收矿柱:安全系数ks=2.0;3)边界矿柱:安全系数ks=2.5。B.2.2当需要考虑由于矿柱长期负载而失稳可能对地表建筑物造成损害时,矿柱的安全系数取值如下:1)公共道路、机动车房:安全系数ks=1.5;2)住宅、办公室、工业建筑:安全系数ks=2.0;3)医院、学校、寺庙、水坝:安全系数ks=2.5。DB43/T13852018附录C(资料性附录)极限跨度分析法c.1开挖体的"当量尺寸"De是将开挖体的跨度、直径或侧帮高度除以开挖体的uc支护比"(ESR),即般好