CC BY
264
© Е.В. Кузьмин, Д.Р. Узбскова, 2004
УДК 622.272
Е.В. Кузьмин, А.Р. Узбеков
РЕЙТИНГОВЫЕ КЛАССИФИКАЦИИ МАССИВОВ ГОРНЫХ ПОРОД: ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ, РАЗВИТИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Семинар №13
Свойства горных массивов достаточно разнообразны и для описания их характеристик возникла необходимость систематизации и сведения к общему числовому показателю разрозненных данных.
Целью введения первых таких классификаций было объединение усилий геологов и горных инженеров для принятия решений по выбору крепления выработок на основе свойств массива. Использование расчетных рейтинговых показателей массивов, на основе полученных геомеханических данных дает возможность обосновать первоначальные проектные решения с дальнейшей их корректировкой по мере получения новых данных.
Необходимо понимать, что использование классификаций не может заменить более тщательно разрабатываемые проекты технологических процессов на основе детальных данных. Тем не менее, использование этих проектных систем требует наличие относительно детальной информации о давлении в нетронутом массиве, свойствах массива горных пород и возможном порядке отработки, которая не доступна на ранних стадиях проектирования. Как только данная информация становится доступной, можно пересмотреть схему классификации массива горных пород и использовать ее в сочетании с более детальным анализом характеристик. Применение классификаций горных массивов по критериям их устойчивости насчитывает более 100 лет (таб-
лица). Одной из первых попыток соотнести показатели устойчивости массивов горных пород к принятию определенных решений на их основе была сделана в 1879 году Риттером.
Основной вклад Риттера заключался в предложении применить общий подход к проектам проходки выработок, в частности определению требований к системам крепления, на основе опытных данных.
Ранние упоминания использования для проектирования крепления выработок классификации массивов в работе Терцаги, в которых нагрузка на несущие стальные оклады крепи оценивается на основе описывающей массив классификации.
В 1958 г Ёоффер предположил, что время устойчивости для определенного пролета обнажения можно соотнести с гео-механическими характеристиками породы. Его классификация используется как часть общего подхода к проведению выработок.
Индекс качества породы (ЯОО) был предложен Диром в 1967 г для количест-
Рис. 1. Определение показателя качсства породы НОЭ
ІУ
!у
а-
I. = 0
нет кусков > 10см
Пример расчета показателя качества породы RQD Общая длина керна = 200см
п длина кусков I > 10см
=
Длина керна
38+17+20+35
200
•І.ІЬ
нет извлечения
. = 38см
. = 17см
х 100
х 100 = 55%
1_ = 20см
I—
ш
о
1=
Поправки -10 : ме -20 : по к RMR лкая трещ дверженн иноватост ые разруш > ению ß
Неуст ойчивы f
А ||^УСто йчивые
J #
Рис .2. Зависимость пролета обнажения от показателя НМН по Ленгу
20
40 60
R M R
80
RQD =
(М0см)
I
(1)
100
венной оценки качества массива по данным кернового бурения.
Этот показатель определяется как процентное отношение кусков более 100 мм к общей длине керна.
керна
Пример расчета показателя показан на рис. 1.
В настоящее время, этот показатель, является существенным компонентом при подсчете рейтинговык показателей в других классификациях.
В 1972 г Викхем предложил использовать количественный метод для описания качественных характеристик массива и для Основные критерии устойчивости массивов горных пороа
выбора соответствующего крепления на основе классификации ЯБК. В большей степени развитие этой системы опиралось на рассмотрение примеров крепления выработок относительно небольшого сечения посредством арочной крепи и стальной сетки, хотя исторически впервые в этой системе появляются ссылки на использование набрызг бетона. Это одна из первых попыток внедрения рейтинговых показателей в описание массивов.
В 1973 г. Бенявский предложил рейтинговый критерий устойчивости массива. В 1976 г. он опубликовал классификацию массивов горных пород, названную геоме-ханической классификацией или рейтингом массива горнык пород (ЯМЯ). Одна из последних версий ЯМЯ быиа принята в 1989 г.
В классификации массивов используются следующие 6 параметров: прочность пород на одноосное сжатие; показатель качества пород ЯОО; расстояние между трещинами; условия трещиноватости; наличие подземных водопри-токов; ориентация трещин.
На рис. 2 представлен график, позволяющий определить устойчивый пролет обнажения.
Голы Критерий Краткое описание
1879 Риттер Предложение использования общего подхода к массивам для выбора крепления выработок на основе опытных данных
1946 Т ерцаги Классификация массивов (приводится краткое описание и возможные проявления горного давления)
1950 Стини Геологическая классификация
1958 Лоффер Предложил учитывать время устойчивости
1964 Дир (RQD) Классификация по трещиноватости по данным кернового бурения
1972 Викхем (RSR) Впервые вводится рейтинговый показатель, учитывающий несколько факторов, влияющих на устойчивость массива
1973 Бенявский (RMR) Используется для выбора крепления выработок, определения устойчивых пролетов, при принятии проектных решений для открытых и подземных работ
1974 Бартон, Лиен, Люнд Юили NGI) Используется для выбора крепления выработок, определения устойчивых пролетов, при проектировании открытых и подземных разработок
1976 Лобшир (MRMR) Используется для выбора крепления выработок, определения пролета обнажения, при выборе параметров для открытых горных работ, определения параметров систем с обрушением
Классификация Q или NGI - (Норвежского геотехнического института) была разработана Бартоном, Лиеном и Люндом в 1974 г.
На основе анализа большого количества проходческих работ, Бартон предложил для определения характеристик массива горных пород и обоснования выбора крепления использовать индекс качества массива для проходческих работ Q. Численное значение индекса Q варьирует от 0,001 до 1000 по логарифмической шкале и определяется по формуле:
„ RQD Jr Jv
Q = ^ х — х —— (2)
Jn Ja SRF
где RQD/Jn - показатель размеров блочных структур в массиве горных пород; r/Ja - показатель прочности в зоне сколов между блоками в массиве горных пород; Jw/SRF -показатель давления, действующего в массиве.
Система RMR Бенявского основывалась на примерах подземного строительства гражданских сооружений, поэтому возникла необходимость составить специальную классификацию для горнодобывающей промышленности. Вследствие этого классификация
была модифицирована и дополнена для возможности использования в горном деле.
Кендорским был изменен рейтинг Бе-нявского для практического его использования для систем с обрушением. Система получила распространение в США.
Лобшир (1977, 1984), Лобшир и Тейлор (1976) и Лобшир и Пейдж (1990) привели описание системы «горного рейтинга массива горных пород» (МЯМЯ). Она базируется на ЯМЯ, но в нее были также внесены дополнительные параметры влияния давления нетронутого массива и привнесенного давления, изменения давления, влияния взрывных работ и выветривания. В рейтинге МИМЯ дополнительно вводятся коэффициенты выветривания, привнесенного давления, направления трещин, ведения взрывных работ и подземных вод.
Знания рейтинга по этой системе позволяет не только эффективно подбирать типы и параметры крепления выработок, но и определять степень обрушаемости пород, выбирать параметры систем с самообруше-нием на основе богатого накопленного опыта в этой области и приуроченности этой классификаций к системам с обрушением.
— Коротко об авторах
Кузьмин Евгений Викторович - профессор, доктор технических наук, Узбекова Алина Рашидовна - горный инженер, ассистент, Московский государственный горный университет.
---------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ им. Г.В. ПЛЕХАНОВА
БЛИНОВ Павел Александрович Разработка составов и регулирование свойств промывочных жидкостей для бурения геологоразведочных скважин в слабосвязных породах 25.00.14 к.т.н.
ГОЛИЦЫН Сергей Вячеславович Обоснование рациональных параметров опор скольжения ленточных конвейеров в зоне нагрузки 05.05.06 к.т.н.
