DB43T 1385-2018 金屬非金屬礦山采空區(qū)安全風險分級標準

ICS13.100D09DB43湖南省地方標準DB43/T13852018金屬非金屬礦山采空區(qū)安全風險分級標準standardsofGoafRiskGradingforMetalandNon-metalMiEnS2018-o1-29發(fā)布2018-03-29實施湖南省質(zhì)量技術監(jiān)督局發(fā)布DB43/T13852018前言II2規(guī)范性引用文件13術語和符號………13.2符號……………………… 4采空區(qū)調(diào)查測繪與穩(wěn)定性評價……………… 4.1采空區(qū)調(diào)查與測繪 34.2工程地質(zhì)調(diào)查 34.3水文地質(zhì)調(diào)查 44.4采空區(qū)穩(wěn)定性評價 45采空區(qū)安全風險分級 45.1采空區(qū)安全風險等級劃分……45.2采空區(qū)安全風險定性分級…45.3采空區(qū)安全風險定量分級…55.4采空區(qū)安全風險分級綜合判定…………………5附錄A(資料性附錄)工程巖體質(zhì)量分類…… 6附錄B(資料性附錄)礦柱安全系數(shù)計算方法 附錄C(資料性附錄)極限跨度分析法… 附錄D(資料性附錄)Mathews穩(wěn)定性圖解方法… DB43/T13852018本標準按照GB/T1.12009給出的規(guī)則起草。本標準由湖南省安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局提出。本標準由湖南省安全生產(chǎn)標準化技術委員會歸口。本標準起草單位湖南省安全技術中心、長沙礦山研究院有限責任公司。本標準起草人:唐紹輝、廖文景、徐必根、曹基聯(lián)、張勝軍、羅曉晴、劉學勇、盛建紅、吳鵬、謝長江、尹建生、李冀、焦文宇、文興、朱必勇、黃英華、劉秀云、龍敏。本標準為首次發(fā)布。DB43/T13852018金屬非金屬礦采空區(qū)安全風險分級標準本標準規(guī)定了金屬非金屬地下礦山采空區(qū)的調(diào)查測繪與穩(wěn)定性評價、采空區(qū)安全風險分級的要求。本標準適用于金屬和非金屬地下礦山采空區(qū)。本標準不適用于原地溶浸法開采形成的采空區(qū)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過本標準的引用而構成為本標準的條款。凡是注明日期的引用文件,其隨后所有的修訂版均不適用于本標準。凡是不注日期的引用文件,其最新版本適用于本標準。GB12719礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范GB16423金屬非金屬礦山安全規(guī)程GB50021巖土工程勘察規(guī)范GB50026工程測量規(guī)范GB/T15259礦山安全術語GB/T50218工程巖體分級標準GB/T50266工程巖體試驗方法標準DZT0096工程地質(zhì)調(diào)查規(guī)范3術語和符號下列術語和符號適用于本標準。采空區(qū)goaf采空區(qū)是由采掘工程在地下產(chǎn)生的"空洞",是地下固體礦物開采后形成的空間。圍巖wallrock采空區(qū)周圍一定范圍內(nèi)對采空區(qū)穩(wěn)定性有影響的巖體。礦柱pillar留下不采或暫時不采、用于支撐或隔離的礦體。采空區(qū)暴露面積stopeexposurearEa指采空區(qū)頂板、上下盤、側(cè)幫的暴露面積DB43/T13852018表1符號及涵義(續(xù))編號符號涵義24SPAN開挖體的最大無支護跨度(m)25SRF應力折減系數(shù)礦房寬度(m)27礦柱寬度(m)28Z上覆巖層厚度(m)入節(jié)理面的密度(條/m2)單軸抗壓強度(Mpa)平行開挖面的最大誘導應力(Mpa)32礦柱平均應力(Mpa)4采空區(qū)調(diào)查測繪與穩(wěn)定性評價4.1采空區(qū)調(diào)查與測繪4.1.1采空區(qū)調(diào)查包括采礦情況調(diào)查、采空區(qū)踏勘測量、井下測量、地表變形、地面建(構)筑物破壞情況調(diào)查等,應包含下列主要內(nèi)容: 開采起始時間、開采方式、生產(chǎn)規(guī)模、開采礦層、礦體產(chǎn)狀、開采深度、頂板管理、礦柱分布等,搜集礦山開采的有關圖件,如礦區(qū)井上井下對照圖、采掘工程平面圖等; 采空區(qū)的分布范圍、規(guī)模、形成時間、充填情況、坍塌狀況; 采空區(qū)地表變形、影響范圍和地表移動盆地特征,已有建(構)筑物的類型、基礎形式、變形破壞情況及其原因; 采空區(qū)其他災害情況4.1.2采空區(qū)測繪應包括下列主要內(nèi)容: 核定和編錄地表塌陷、階地和裂縫的發(fā)育情況; 采空區(qū)相連巷道斷面和支護情況; 采空區(qū)形狀、頂?shù)装甯叱?、平面尺寸和頂板垮落情況; 礦柱平面位置、形狀、尺寸和開裂變形情況。4.1.3對隱伏采空區(qū),應采用鉆探、物探或三維激光掃描等手段對采空區(qū)進行探測。4.2工程地質(zhì)調(diào)查4.2.1工程地質(zhì)調(diào)查應包括下列主要內(nèi)容:——地形地貌,地質(zhì)構造,地層巖性、厚度和產(chǎn)狀; 劃分工程地質(zhì)巖組,按巖組和不同構造部位進行節(jié)理裂隙統(tǒng)計,詳細調(diào)查軟弱巖組的性質(zhì)、產(chǎn)狀、分布及其工程特性。 滑坡、崩塌、沉陷、裂縫、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象的類型、成因、分布和基本特征及其與采空區(qū)地表變形的相互關系; 采空區(qū)頂?shù)装?、礦柱和周邊巷道圍巖的變形、破壞情況。4.2.2礦巖物理力學參數(shù)測試。3DB43/T138520184.3水文地質(zhì)調(diào)查水文地質(zhì)調(diào)查應包括下列主要內(nèi)容: 礦區(qū)氣象及地表水發(fā)育情況調(diào)查;——地下水的類型和賦存條件,地下水涌水量及其補給、排泄及徑流條件,各含水層厚度、水位、富水性及水力聯(lián)系; 破碎帶含水、導水性及其與含水層的關系;——地下水水量、水質(zhì)的動態(tài)變化情況; 采空區(qū)的充水條件,充水方式,采空區(qū)的積水情況4.4采空區(qū)穩(wěn)定性評價4.4.1采空區(qū)穩(wěn)定性評價應包括下列主要內(nèi)容: 巖體質(zhì)量評價,巖體質(zhì)量評價方法可參見附錄A; 礦柱穩(wěn)定性評價,礦柱安全系數(shù)計算方法可參見附錄B; 頂板穩(wěn)定性評價,頂板穩(wěn)定性分析方法可參見附錄C、附錄D。4.4.2對于復雜采空區(qū)的穩(wěn)定性評價應采用數(shù)值模擬法分析。5采空區(qū)安全風險分級5.1采空區(qū)安全風險等級劃分采空區(qū)安全風險等級劃分為低風險、一般風險、較大風險、重大風險。采空區(qū)安全風險等級采用定性、定量方法進行評價,較大風險、重大風險的采空區(qū)應進行定量評價。5.2采空區(qū)安全風險定性分級5.2.1采空區(qū)有下列現(xiàn)象之一的為重大風險: 無采空區(qū)實測圖紙資料; 礦柱嚴重開裂、垮塌,頂板發(fā)生大面積坍塌; 采空區(qū)地表出現(xiàn)塌陷; 采空區(qū)大量積水或采空區(qū)積水情況不明5.2.2采空區(qū)有下列現(xiàn)象之一的為較大風險: 采空區(qū)圖紙資料不準確,不能反映采空區(qū)真實狀況; 礦柱開裂、掉塊,頂板發(fā)生局部坍塌; 采空區(qū)地表出現(xiàn)大面積非均勻沉降、開裂等破壞跡象; 采空區(qū)積水較多,且積水不能通過排水系統(tǒng)有效排出。5.2.3采空區(qū)有下列現(xiàn)象之一的為一般風險: 采空區(qū)圖紙資料不完整,不能全面反映采空區(qū)實際狀況; 礦柱局部開裂,頂板發(fā)生局部冒落; 采空區(qū)地表出現(xiàn)局部沉降、開裂等破壞跡象; 采空區(qū)局部積水,積水未及時抽排。5.2.4同時滿足下列條件的為低風險: 采空區(qū)圖紙資料齊全,能真實反映采空區(qū)實際狀況; 礦柱未開裂,頂板未發(fā)生冒落;4DB43/T13852018 采空區(qū)地表未出現(xiàn)塌陷、開裂等破壞跡象; 采空區(qū)無積水。5.3采空區(qū)安全風險定量分級5.3.1礦柱穩(wěn)定性安全風險分級根據(jù)采空區(qū)內(nèi)留設礦柱的安全系數(shù),評價礦柱的安全風險等級,結(jié)果如表2。表2礦柱安全風險分級表礦柱安全等級礦柱安全系數(shù)低風險ks蘭1.5一般風險1.5>ks蘭1.2較大風險1.2>ks蘭1.0重大風險ks<1.05.3.2頂板穩(wěn)定性安全風險分級5.3.2.1采用Barton極限跨度分析法從采空區(qū)的頂板跨度評價采空區(qū)頂板穩(wěn)定性,結(jié)果如表3。表3頂板跨度安全風險分級表頂板支護比(ESR)低風險一般風險2.0蘭ESR>1.6較大風險3.0蘭ESR>2.0重大風險ESR>3.05.3.2.1采用Mathews穩(wěn)定性圖解方法從采空區(qū)的暴露面積評價采空區(qū)頂板的穩(wěn)定性,分級結(jié)果如表4。表4暴露面積安全風險分級表采空區(qū)暴露面積安全風險等級穩(wěn)定性分區(qū)低風險穩(wěn)定區(qū)一般風險無支護過渡區(qū)較大風險支護穩(wěn)定區(qū)重大風險支護過渡區(qū)以及崩落區(qū)5.4采空區(qū)安全風險分級綜合判定采用最不利原則,根據(jù)礦柱、頂板跨度和暴露面積三個等子因素的穩(wěn)定性分析評價結(jié)果,綜合判定采空區(qū)的安全風險等級。對于多層重疊的采空區(qū)安全風險等級應提高一級。5DB43/T13852018附錄A(資料性附錄)工程巖體質(zhì)量分類A.1.1巖體基本質(zhì)量級別可由巖體基本質(zhì)量的定性特征和巖體基本質(zhì)量指標確定。A.1.2BQ值分級詳見《工程巖體分級標準》GB/T50218。A.2RQD值分級A.2.1RQD值分級詳見《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021A.2.2根據(jù)巖石質(zhì)量指標RQD,按表A.2.2評價巖體級別。表A.2.2RQD分類法與其它分類指標的關系級次巖體完整性系數(shù)Kv裂隙系數(shù)K巖層性質(zhì)平均裂隙間距(CM)0~25很差<70~0.225~50差7~1050~75較好10~17457590好17~2845~0.65V很好>28A.3RMR分級A.3.1RMR地質(zhì)力學分級方法是采用多因素得分,求其代數(shù)和來評價巖體質(zhì)量。參與評分的6因素包括巖石單軸抗壓強度、巖石質(zhì)量指標RQD、節(jié)理間距、節(jié)理性狀、地下水狀態(tài)以及節(jié)理產(chǎn)狀與巷道軸線的關系。其中,節(jié)理性狀包括節(jié)理長度、間隙、粗糙度、充填物性質(zhì)和厚度以及節(jié)理的風化程度。A.3.2結(jié)合礦區(qū)的實際情況,對礦區(qū)巖體可采用前五因素得分,再根據(jù)第6項因素進行修正,按表A.3.2-1至表A.3.2-4評價巖體級別。DB43/T13852018A.4Q系統(tǒng)分級方法A.4.1Q系統(tǒng)分級方法的分類指標Q值由式A.4.1確定:A.4.式中RODJn為代表巖體結(jié)構的影響,可粗略表示巖石的塊度;ra表示節(jié)理壁或節(jié)理充填物的粗糙度和摩擦特性,可反映嵌合巖塊的抗剪強度;JwSRF表示水與其他應力存在時對巖體質(zhì)量的影響,反映巖石的主動應力。計算所得Q值可能范圍為0.0011000。A.4.2Q系統(tǒng)分級每種參數(shù)的詳細分類由表A.4.2確定:表A.4.2Q系統(tǒng)分級每種參數(shù)的詳細分類項目及其詳細分類數(shù)值備注1.巖石質(zhì)量指標1.在實驗或報告中,若RQD≤10(包括。)時,則Q名義上取10確,例如取100、95、A.很差E.很好0~2525~5050~7575902.節(jié)理組數(shù)Jn1.對于巷道交岔H,取(3.0XJn)2.對于巷道入口處,取(2.0XJn)A.整體性巖體,含少量節(jié)理或不含節(jié)理B.一組節(jié)理C.一組節(jié)理再加紊亂的節(jié)理D.兩組節(jié)理E.兩組節(jié)理再加紊亂的節(jié)理F.三組節(jié)理G.三組節(jié)理再加紊亂的節(jié)理H.四組或四組以上的節(jié)理,隨機分布特別發(fā)育的節(jié)理,巖體被分成"方糖"塊,等等I.粉碎狀巖石,泥狀物234691215203.節(jié)理組粗糙程度Jr1.若有關的節(jié)理組平均間距大于3米,Jr按左行數(shù)值再加1.0。2.對于具有線理且?guī)Р梁鄣钠矫鏍罟?jié)理,若線理指向最小強度方向,則可取Jr=0.5a.節(jié)理壁完全接觸b.節(jié)理面在剪切錯動10厘米以前是接觸的A.不連續(xù)的節(jié)理B.粗糙或不規(guī)則的波狀節(jié)理C.光滑的波狀節(jié)理D.帶擦痕面的波狀節(jié)理E.粗糙或不規(guī)則的平面狀節(jié)理F.光滑的平面狀節(jié)理G.帶擦痕面的平面狀節(jié)理c.剪切錯動時巖壁不接觸H.節(jié)理中含有足夠厚的粘土礦物,足以阻止節(jié)理壁接觸J.節(jié)理含砂、礫石或巖粉夾層,其厚度足以阻止節(jié)理壁接觸4321.51.51.00.5DB43/T13852018表A.4.2Q系統(tǒng)分級每種參數(shù)的詳細分類(續(xù))項目及其詳細分類數(shù)值備注4.節(jié)理蝕變影響因素JaDr(近似值)1.如果存在蝕變產(chǎn)物,則殘余摩擦角中r可作為蝕變產(chǎn)物的礦物學性質(zhì)的一種近似標準a.節(jié)理完全閉合A.節(jié)理壁緊密接觸,堅硬、無軟化、充填物不透水B.節(jié)理壁無蝕變、表面只有污染物C.節(jié)理壁輕度蝕變、不含軟礦物覆蓋層、砂粒和無粘土的解體巖石等D.含有粉砂質(zhì)或砂質(zhì)粘土覆蓋層和少量粘土細粒(非軟E.含有軟化或摩擦力低的粘土礦物覆蓋層,如高嶺土和云母。它可以是綠泥石、滑石和石墨等,以及少量的膨脹性粘土(不連續(xù)的覆蓋層,厚度≤1~2毫米)。b.節(jié)理壁在剪切錯動10厘米前是接觸的F.含砂粒和無粘土的解體巖石等G.含有高度超固結(jié)的,非軟化的粘土質(zhì)礦物充填物(連續(xù)的厚度小于5毫米)H.含有中等(或輕度)固結(jié)的軟化的粘土礦物充填物(連續(xù)的厚度小于5毫米)J.含膨脹性粘土充填物,如蒙脫石(連續(xù)的,厚度小于5毫米)Ja值取于膨脹性粘土顆粒所占的百分數(shù)以及含水量c.剪切錯動時節(jié)理壁不接觸K.L.M.含有解體巖石或巖粉以及粘土的夾層(見關于粘土條件的第G、H和J款)N.由粉砂質(zhì)或砂質(zhì)粘土和少量粘土微粒(非軟化的)構成的夾層0.P.R.含有厚而連續(xù)的粘土夾層(見關于粘土條件的第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.節(jié)理水折減系數(shù)JW水壓力的近似值(kg/CM2)1.C~F款的數(shù)值均為粗糙估計值,如采取疏干措施,JW可取大一些2.由結(jié)冰引起的特殊問題本表沒有考慮A.隧道干燥或只有少量極少量的滲水,即局部地區(qū)滲流量小于5升/分B.中等流量或中等壓力,偶爾發(fā)生節(jié)理充填物被沖刷現(xiàn)象C.節(jié)理無充填物,巖石堅固,流量大或水壓高D.流量大或水壓高,大量充填物均被沖出E.爆破時,流量特大或壓力特高,但隨時間增長而減弱F.持續(xù)不衰減的特大流量,或特高水壓0.50.330.1~0.05<1.01.0~2.52.5~10.02.5~10.0>10>10DB43/T13852018表A.4.2Q系統(tǒng)分級每種參數(shù)的詳細分類(續(xù))項目及其詳細分類數(shù)值備注6.應力折減因素SRF1.如果有關的剪切帶僅影響到開挖體,而不與之交叉,則SRF值減少25~50%2.對于個向應力差別甚大的原巖應力場(若已測出的話):當510時,減為0.75;當>10時,減為0.5;這里,表示單軸抗壓強度,和分別為最大和最小主應力,表示最大切向應力3.可以找到幾個下地深度小于跨度的實例記錄。對于這種情況,建議將SRF從2.5增至5(見H款)a.軟弱區(qū)穿切開挖體,當隧道掘進時開挖體可能引起巖體松動A.含粘土或化學分解的巖石的軟弱區(qū)多處出現(xiàn),圍巖十分松散(深淺不限)B.含粘土或化學分解的巖石的單一軟弱區(qū)(開挖深處<50米)C.含粘土或化學分解的巖石的單一軟弱區(qū)(隧道深度>50米)D.巖石堅固不含粘土但很多處出現(xiàn)剪切帶,圍巖松散(深度不限)E.不含粘土的堅固巖石中的單一剪切帶(開挖深度<50米)F.不含粘土的堅固巖石中的單一剪切帶(開挖深度>50米)G.含松軟的張開節(jié)理,節(jié)理很發(fā)育或像"方糖"塊(深度不限)b.堅固巖石,巖石應力問題H.低應力,接近地表I.中等應力,有利的應力條件J.高應力,巖體結(jié)構非常緊密(一般有利于穩(wěn)定性,但對側(cè)幫穩(wěn)定性可能不利)K.1小時后整體巖石產(chǎn)生剝落L.幾分鐘后整體巖石產(chǎn)生剝落和巖爆M.整體巖石產(chǎn)生嚴重巖爆和立即變形C.擠壓性巖石,在很高的應力影響下不堅固巖石的塑性流動N.擠壓性微弱的巖石壓力0.擠壓性很大的巖石壓力d.膨脹性巖石,化學膨脹活性取決于水的存在與否0.膨脹性微弱的巖石壓力Q.膨脹性很大的巖石壓力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使用本表的補充說明在估算巖體質(zhì)量(Q)的過程中,除遵照表內(nèi)備注欄的說明以外,尚須遵守下列規(guī)則:1.如果無法得到鉆孔巖芯,則RQD值可由單位體積的節(jié)理數(shù)來估算,在單位體積內(nèi),對每組節(jié)理按每米長度計算其節(jié)理數(shù),然后相加。對于不含粘土的巖體,可用簡單的關系式將節(jié)理數(shù)換算成RQD值,如下:RQD-115-3.3Jv(近似值)式中,JV表示每立方米的節(jié)理總數(shù),當JV<4.5,取RQD-1002.代表節(jié)理組數(shù)的參數(shù)Jn常常受葉理、片理、板巖劈理或?qū)永淼鹊挠绊?。如果這類平行的"節(jié)理"很發(fā)育、顯然可視之為一個節(jié)理組,但如果明顯可見的"節(jié)理"很稀疏,或者巖芯中由于這些"節(jié)理"偶爾出現(xiàn)個別斷裂,則在計算Jn值時,視它們?yōu)?紊亂的節(jié)理"(或"隨機節(jié)理")似乎更為合適。3.代表抗剪強度的參數(shù)Jr和Ja應與給定區(qū)域中最軟弱的主要節(jié)理組或粘土充填的不連續(xù)面聯(lián)系起來。但是,如果這些Jr/Ja值最小的節(jié)理組或不連續(xù)面的方位對穩(wěn)定性是有利的,這時方位比較不利的第二組節(jié)理或不連續(xù)面有時可能更為重要,在這種情況下,計算Q值時要用后者的較大的(Jr/Ja)值。事實上,(Jr/Ja)值應當與最可能首先破壞的巖面有關。4.當巖體含粘土時,必須計算出適用于松散載荷的因數(shù)SRF。在這種情況下,完整巖石的強度并不重要。但是,如果節(jié)理很少,又完全不含粘土,則完整巖石的強度可能變成最弱的環(huán)節(jié),這時穩(wěn)定性完全取決于(巖體應力/巖體強度)之比。各向應力差別極大的應力場對于穩(wěn)定性是不利的因素,這種應力場已在表中第2點關于應力折減因數(shù)的備注欄中作了粗略考慮。如果現(xiàn)實的或?qū)淼默F(xiàn)場條件均使巖體處于水飽和狀態(tài),則完整巖石的抗壓和抗拉強度(和)應在水飽和狀態(tài)下進行測定。若巖體受潮或在水飽和后即行破壞,則估計這類巖體的強度時應當更加保守一些。DB43/T13852018A.4.3Q系統(tǒng)分級方法的得分按表A.4.3劃分巖體級別。表A.4.3由Q值確定的巖體級別表Q值>4010~44~l巖體級別I級V級V級評價優(yōu)良中差劣DB43/T13852018 上覆巖層的平均容重(KN/m3);Z上覆巖層厚度(m);L,一礦柱長度(m);PL—礦房長度(m)。PB.2礦柱安全系數(shù)的選取B.2.1只考慮礦柱生產(chǎn)期間的穩(wěn)定性,礦柱的安全系數(shù)取值如下:1)房柱式開采(不回收礦柱):安全系數(shù)ks=1.5;2)主要巷道礦柱以及回收礦柱:安全系數(shù)ks=2.0;3)邊界礦柱:安全系數(shù)ks=2.5。B.2.2當需要考慮由于礦柱長期負載而失穩(wěn)可能對地表建筑物造成損害時,礦柱的安全系數(shù)取值如下:1)公共道路、機動車房:安全系數(shù)ks=1.5;2)住宅、辦公室、工業(yè)建筑:安全系數(shù)ks=2.0;3)醫(yī)院、學校、寺廟、水壩:安全系數(shù)ks=2.5。DB43/T13852018附錄C(資料性附錄)極限跨度分析法c.1開挖體的"當量尺寸"De是將開挖體的跨度、直徑或側(cè)幫高度除以開挖體的uc支護比"(ESR),即般好