Рейтинговые классификации массива горных пород

План лекции

Классификация устойчивости
горных пород по Q-рейтингу
Сотрудниками Норвежского геотехнического института Бартоном, Лиеном и Люндом была разработана классификация качества массива горных пород, которая называется Q-система или NGI.

Классификация устойчивости
горных пород по Q-рейтингу

Классификация устойчивости
горных пород по Q-рейтингу
Классификация массива горных пород по устойчивости относительно интервалов Q-рейтингов

Порядок определения RQD
RQD – Показатель качества породы (Rock Quality Designation). отношение общей длины сохранных кусков керна длиной более 10 см (или два диаметра керна) к длине пробуренного интервала в скважине [1]. Используя значения RQD выделяют пять классов горных пород (А-Е).
RQD имеет значения от 0 до 100. При RQD = 0, значение Q рейтинга также равен 0, поэтому при расчетах все значения RQD от 0 до 10 округляют до 10. При расчетах округление значений до 5, например, 100, 95, 90 и т.д., дают достаточную точность.
RQD и объемная трещиноватость массива

Порядок определения RQD
Схема определения RQD по керну

Порядок определения RQD
Схема определения RQD в выработках

Съемку трещин необходимо производить горным компасом. Трещины, длиной менее 1 м в описание не берутся. Замеренные углы и азимуты падения трещин наносятся на полярную диаграмму трещиноватости. Одна трещина обозначается на диаграмме точкой. По сгущению точек на диаграмме трещиноватости выделяют системы трещин – совокупность примерно параллельных трещин. Далее по количеству систем трещин принимается показатель Jn.

Трение по поверхности трещин зависит от природы поверхностей трещин, если она волнистая, плоская, гладкая или шероховатая.
Термины – шероховатая, гладкая и зеркало скольжения относятся к малым трещинам в масштабе: сантиметрах или миллиметрах. Это можно оценить путем запуска пальца вдоль трещины; небольшой масштаб шероховатости будет ощущаться.

Крупномасштабная шероховатость измеряется от масштаба: дециметра к метру и измеряется путем укладки метровой линейки на поверхность трещины для определения амплитуды большого масштаба шероховатости. Термины ступенчатая, волнистая и плоская используются для крупномасштабной шероховатости. Масштабность шероховатости должна быть рассмотрена в связи с размером блока, а также к вероятному направлению скольжения.

При расчете Q-значения, Jr - значение выбирается для самой неблагоприятной системы трещин, где сдвиг является наиболее вероятным.

Показатель степени изменения трещин Ja зависит от двух факторов: толщины заполнителя трещин; прочности заполнителя трещин, которые зависят от минерального состава заполнителя.
При определении степени изменения сцепления трещин заполнитель делится на три категории («а», «b» и «c») основанные на мощности и степени сцепления контактов трещины при сдвиге по контакту.
Для гладких трещин достаточно заполнителя мощностью 1 мм для предотвращения контакта стенок трещин, а для шероховатых и волнистых трещин требуется несколько миллиметров и даже сантиметров.

Параметры, подсчитываемые для оценки влияния воды, определяются на базе информации о количестве притока воды или на оценке давления воды. Вода может смягчить или промыть минеральный заполнитель, тем самым уменьшить трение совместных трещин. Давление воды может снизить нормальную составляющую напряжения на стенки трещин и вызвать более легко сдвиг блока. Показатель влияния воды определяется гидрогеологом рудника в зависимости от водопритока на рассматриваемом участке.

Фактор релаксации напряжений создан для подсчета напряжений в горном массиве. Могут быть некоторые трудности в определении величины SRF для подземных горных работ, так как, напряжения, индуцированные горными работами, могут изменяться очень существенно с развитием очистных работ.

SRF рассчитывается по описательной шкале напряжений от ограниченно низких к средним и высоким напряженным состояниям. Отношение прочности на одноосное сжатие (UCS) к максимальному главному напряжению, возникающему вокруг выработки может быть также использован для оценки SRF .
На этапе проектирования горных выработок ожидаемые значения SRF могут быть приняты на основании опыта ранее проведенных выработок, либо по значениям определенным для разрабатываемого района.
При определении SRF в первую очередь следует определить категорию напряженно-деформированного состояния массива. Различают следующие категории напряженно-деформированного состояния по Бартону:
а) Выработка пересекает зону ослабленных пород
б) Крепкие горные породы, проявляющие неустойчивость при высоких или низких напряжениях.
в) Слабые горные породы, склонные к пластическим деформациям под влиянием умеренных и высоких напряжениях.
г) Горные породы, склонные к набуханию, набухание за счет химических реакций, зависящих от наличия воды.

Выбор формы и размеров сечений выработок

Выбор типа и параметров крепи горных выработок на основании рейтинговой оценки массива
Параметры крепи выбирают исходя из показателя Пролет/ESR, которые зависят от типа выработки, где «Пролет» - пролет выработки, ESR - коэффициент типа выработки.
Показатель (Пролет/ESR) для подготовительных выработок принимается в пределах 1,27 – 1,96, в зависимости от ширины выработки
Показатель (Пролет/ESR) для капитальных выработок принимается в пределах 1,97 – 3,71 в зависимости от ширины выработки.
Показатель (Пролет/ESR) для сопряжений принимается в пределах 7 – 9,9, в зависимости от максимального пролета.
Значение ESR

Выбор типа и параметров крепи горных выработок на основании рейтинговой оценки массива

Крепление горно-капитальных выработок
Параметры анкерной и торкретбетонной крепи
Количество анкеров на 1 м2 и расстояние между анкерами
Значения длины анкеров в зависимости от ширины выработки
Толщина торкрет бетонной крепи для капитальных горных выработок

Крепление горно-капитальных выработок
Параметры армокаркасной крепи
Выбор конструкции армокаркасной крепи в зависимости от Q рейтинга
Расстояние между ребрами усиления при армокаркасной крепи в зависимости от значения Q рейтинга

Конструкции армокаркасной крепи
Крепление горно-капитальных выработок
Параметры армокаркасной крепи

Контрольные вопросы
История развития рейтинговых классификации массива горных пород;
Классификация массива пород по Терцаги, Протодьяконову, Булычева;
Определение индекса качество пород RQD по Диру в условиях рудника Ушкатын-3;
Определение индекса качество пород RQD по Диру в условиях рудника Артемьевский;
Определение индекса качество пород RQD по Диру в условиях рудника Нурказган;
Рейтинг горных пород Q или NGI по Бартону в условиях рудника Укатын-3;
Рейтинг горных пород Q или NGI по Бартону в условиях рудника Артемьевский;
Рейтинг горных пород Q или NGI по Бартону в условиях рудника Нурказган.