崩落采矿诱发地表沉降预测的经验方法(Caving Angle)
1 引言
工程岩体分类系统在过去50年取得了很大的进步, 最广泛使用的有: RMR, Q-System和GSI. 当应用这些分类系统时, 必须意识到它们初始的开发目的、基本假设和用于发展这些系统的数据库的限制. 上述这三种分类系统不是专门为崩落采矿发展的, Laubscher's MRMR (Mining Rock Mass Rating)是专为预测崩落性而建立的，尽管它仍有一些局限性需要克服, 但是MRMR经验方法已经在采矿项目中使用了40多年. 这个笔记简要回顾了使用MRMR预测地表沉降的方法.
2 MRMR简介
MRMR最早于1976年提出(Laubscher and Taylor, 1976) , MRMR系统采用Bieniawski定义的基本RMR值，并对其进行调整，以考虑到原位应力和诱发应力、应力变化、节理方向以及爆破和风化的影响。不过, MRMR没有充分考虑不连续、矿脉和泥化节理所起的作用。为了解决这些问题，Laubscher和Jakubec在2000年引入了原位岩体分类系统(IRMR), 2001年引入了岩块强度概念，并提出了一种捕捉和合并除张开节理以外的其它缺陷的方法,(Laubscher and Jakubec，2001)。
3 MRMR预测地表沉降
Laubscher(2000年)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。岩体强度越大(MRMR值越高)，崩落角越大。其求解步骤如下:
(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FCM.
计算FCM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FCM值, 按照如下的Laubscher经验设计图，估算崩落角(断裂角)。
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，如下图所示。崩落区(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。
块体崩落引起地表沉降
4 数值模拟预测地表沉降
数值模拟技术的进步为崩落采矿的地表沉降预测提供了新的途径, 特别是近年发展的合成岩体SRM模拟和IMASS本构模型(IMASS---FLAC3D和3DEC新的本构模型), 这些技术进步聚合在下面不断进化的文档中.
5 参考文献
[1] Laubscher, D.H. & Jakubec, J. (2001) The MRMR Rock Mass Classification for Jointed Rock Masses. in Underground Mining Methods: Engineering Fundamentals and International Case Studies, pp 475–481, Society of Mining Metallurgy and Exploration, SMME.
[2] Jakubec, J. and D. H. Laubscher (2000). The MRMR rock mass rating classification system in mining practice. Australasian Institute of Mining and Metallurgy Publication Series.
[3] Laubscher, D.H. (1977). Geomechanics classification of jointed rock masses - mining applications. Trans. Instn Min. Metall. 86, A1-8.
[4] Laubscher, D. H. (1990) A geomechanics classification system for the rating of rock mass in mine design. J. S. Afr. Inst. Min. Metall., 90(10): 257–73.
[5] Dyke, G. P. (2008). Rock mass characterization: A comparison of the MRMR and IRMR classification systems. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy.
[6] Sainsbury, B., M. E. Pierce and D. Mas Ivars. (2008) “Analysis of Caving Behaviour Using a Synthetic Rock Mass – Ubiquitous Joint Rock Mass Modelling Technique,” in SHIRMS 2008 , Vol. 1, pp. 343-352. Y. Potvin et al., eds. Nedlands, Western Australia: Australian Centre for Geomechanics. (pdf)
[7] Rogers S, Elmo D, Webb G, Catalan A (2014) Volumetric fracture intensity measurement for improved rock mass characterization and fragmentation assessment in block caving operations. Rock Mechanics and Rock Engineering, 48(2),633-649. https://doi.org/10.1007/s00603-014-0592-y (pdf)
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