Laubscher经验方法估算沉降破坏(Subsidence Limits)

1 引言

随着全球对矿产资源的需求不断增加以及大量高品位近地表矿藏的枯竭，崩落采矿法成为深部开采大型低品位矿藏的理想方法。崩落采矿法的一个关键特征，也可以说是缺点就是会引起地表沉降，这可能会影响附近的基础设施以及对环境产生重要影响。崩落采矿法中最常用的估计沉降破坏极限的经验方法是Laubscher方法，由于这种方法是在20年前发展起来的，而最近的20年地下采矿发展最快【Kidd Creek Mine---开采深度3km的地下矿山(采矿方法和岩石力学)】，Laubscher图的原始数据集不能反映最新的崩落采矿的现状，即更深的矿体、更复杂的岩体和更高的生产速度，因此有必要重新评价这种经验方法的局限性，包括增加近期崩落采矿作业的新案例，以检查经验性沉降图的有效性。即将举办的Caving 2022第5届块体崩落和分段崩落法国际会议反映了崩落采矿的最新发展。

2 Laubscher方法

各种因素之间复杂的相互作用导致崩落采矿产生地表沉降【采矿引起地表沉降的影响因素】。Laubscher(2000)[A Practical Manual On Block Caving, 525p.]开发了一种经验方法来预测崩落作业造成的地表沉降。该方法基于MRMR分类系统, 它将预测的崩塌角与MRMR、开采深度和开采宽度联系起来。崩落角(caving angle) 定义为从采空区边缘延伸到活动崩落区边缘线的角度，岩体强度越大(MRMR值越高)，崩落角越大。崩落带(caved zone)通常位于采区的正上方，这是最大的地表扰动区域，通常表现为充满破碎的不规则块体的凹坑。断裂起始角(fracture initiation angle)是指从采空区边缘延伸到断裂区边缘线的角度, 该区包括与采空区相邻的所有明显的地表变形，典型的特征是大的裂缝，类似于边坡的倾倒破坏。下沉角(angle of subsidence)标志着最外层的区域和地表上可测量的地表变形的极限, 这些一般描述为弹性或连续的非弹性应变，垂直位移大于2毫米。

Laubscher方法的求解步骤如下:

(1) 确定块体单元的MRMR值; MRMR的确定需要正确的工程判断，并充分考虑应用的地质和岩土环境。

(2) 求崩落材料系数Facotr(cave material factor)，计算Factor需要以下参数: 岩体密度, 崩落高度, 埋深和崩落的最小宽度。

(3) 根据计算的MRMR值和Factor值, 按照如下的Laubscher经验设计图，估算崩落角(断裂角)。

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3 数据集扩展

最近发展了一些新的数据集用来检查Laubscher方法，包括：

(1) Chuquicamata [(2006) Geotechnical Assessment of Caving at the Chuquicamata Mine]

(2) Grace Mine [(2010) Investigation of caving induced subsidence at the abandoned Grace Mine]

(3) Resolution Copper Mine (2018) [Subsidence Impact Analysis - Sensitivity Study | Assessment of Surface Subsidence Associated with Caving Resolution Copper Mine Plan of Operations]

(4) El Teniente mine 【全球最大地下铜矿El Teniente矿的岩石力学研究】

(5) Henderson mine