基于修正RMR分級法的金屬礦山巖體穩定性分析

摘" 要：焦家金礦寺莊礦區正逐步進入深部采礦，目前中深部采場存在穩固性較差的情況。結合寺莊礦區實際工程中地溫、地下水及地應力的影響，對RMR分類法修正改進，提出IRMR分類法作為寺莊礦區巖體質量評級的方法。結果表明，主采的2號和7號礦體，從-280～-450 m深度大部分礦體為穩固性中等的Ⅲ巖體，僅部分區域存在穩固性較差的Ⅳ巖體。從IRMR法和RMR法結果對比中可以發現，大部分分級結果一致，僅一處工程IRMR分級為Ⅳ，結果更加合理。

關鍵詞：金屬礦山；RMR法；IRMR法；穩定性分析；質量評級

中圖分類號：TD326 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）11-0143-04

Abstract： Sizhuang mining area of Jiaojia Gold Mine is gradually entering deep mining. At present， the stability of middle and deep stopes is poor. According to the influence of ground temperature， groundwater and ground stress in the actual engineering of Sizhuang mining area， the RMR classification is modified and improved， and the IRMR classification is proposed as the method of rock mass quality rating in Sizhuang mining area. The results show that most of the No.2 and No.7 orebodies in the main mining located at the depth of -280～-450 m have medium-stability III rock mass， and only part of the orebodies have poor stability IV rock mass. From the comparison of the results of RMR method and IRMR method， it can be found that most of the classification results are the same， only one project IRMR classification is Ⅳ， the result is more reasonable.

Keywords： metal mine; RMR method; IRMR method; stability analysis; quality rating

在眾多巖體質量分級方法中，巖體地質力學分類（Rock Mass Rating，RMR）法目前應用較為廣泛，但在實際工程實踐中發現該方法自身存在一定的缺陷，所以不少專家學者對該方法進行了一定的修正。通過利用應力損傷進行分級的地應力修正巖體地質分類（IRMR）法[1-2]，可以更準確地反映地巖體質量真實情況；此外，部分研究人員綜合考慮爆破震動影響系數和采礦現場的暴露面積這2個指標建立了雙指標修正巖體地質力學分類（M-IRMR）法[3]；引入開挖卸荷對RMR法評價結果進行了修正[4]；增加不連續面與邊坡破壞模式以及邊坡開挖方法等參數的邊坡巖體質量等級分類（SMR）法[5]；考慮巖體完整性指數的地質力學分類（RMRkv）法[6]等等，這些修正的RMR分類法都可以更好地反映巖體質量的變化情況。

寺莊礦區是除焦家礦區以外，焦家金礦的又一主力生產礦區。未來，寺莊礦區隨著開采深度的不斷加大，地壓規律顯現將愈加明顯，圍巖和礦體會更加破碎，礦巖的穩固性越來越差，對開采帶來了嚴重的影響。在實施深部開發活動之前，詳細評估寺莊礦區中深部主力生產中段巖體質量至關重要，以便為采礦設計提供更加合理的技術參數。因此，本文在綜合考慮地下水及地熱弱化影響的基礎上，考慮地應力的影響對RMR分類法進行進一步修正，針對寺莊礦區-280～450 m巖體質量進行IRMR分類法評價，以便獲得更加準確的巖體質量和穩定性研究。

1" RMR分類法

RMR法被廣泛應用，其結果受5個常規因素（R1—R5）的控制，即巖體的抗壓強度、質量指標、節理間隔、節理狀態及地下水狀態。此外，還需要考慮到節理方向對工程的影響R6。計算公式如下

RMR=R1+R2+R3+R4+R5+R6。" " " " "（1）

根據表1中列出的6個基本指標及其相應的評分標準，可以計算出巖體的RMR值，并將其按照不同的特征進行分類，將其劃分為5類[7]，詳情請參見表2。

2" RMR分類法修正

2.1" 單軸抗壓強度R1項的修正

從表1中R1的評分規則中不難看出，賦分區間跨度較大并且存在“突變”[8]。比如說，巖石的單軸抗壓強度為99 MPa時，R1的賦分為7分，而當巖石的單軸抗壓強度為100 MPa時，賦分突變為12分，實際上這2個巖石的單軸抗壓強度沒有明顯的區別，卻會造成最終RMR的計算結果相差5分之多。因此，應該對R1進行連續賦分進行修正，可以將巖石的抗壓能力的評估結果精確地定義為一個特定的閾值，以減少原有的評估標準的不確定性。詳情參考表3，利用多元線性擬合回歸法，其函數關系見式（2）。

R1=-0.000 3σ+0.135σ+0.902 3。" "（2）

隨著開采深度的不斷增加，高滲透帶來的地下水問題對巖體質量的影響也不能夠被忽視。因此，還要引入地下水和地熱弱化對巖體存在的影響。由于地下水壓力的作用，巖石的水巖相互作用變得更加復雜，包括軟化、泥化、離子交換、水化、分解、溶蝕及其孔隙動水壓和靜水壓等等。因此，巖石的抗壓能力通常要比試驗機測得的結果要弱。R1需要引入地下水影響下的弱化修正[9]。水弱化系數KW為

KW=σucsw/σucs，" " " " " " " " " " "（3）

式中：σucs為室內巖石單軸抗壓強度；σucsw為水弱化后的巖石單軸抗壓強度。含水率不同，巖石單軸抗壓強度不同，KW是巖石含水率函數[9]。

并且，開采深度越深地下溫度越高，由于地質體的非均質性，即巖石的各種礦物的熱膨脹率存在一定差異，因此當溫度每升高1℃時，巖石的內部就會產生0.4～0.5 MPa的壓力變化，這將導致巖體的熱脹冷縮而破裂，嚴重影響到工程圍巖的質量。還需對R1進行熱弱化修正[9]。熱弱化系數KT為

KT=σucst/σucs，" "（4）

式中：σucst為熱弱化后的巖石單軸抗壓強度。

綜合式（2）（3）和（4），可得修正的R1分值計算式

R1=-0.000 3（KWKT）σ+0.135KWKTσ+0.902 3。（5）

2.2" RQD的評分R2項的修正

RMR的RQD指標被劃分成5個等級，并且根據等級的大小，賦予5個等級的相應的權重，與R1的賦分一樣存在“突變”。因此，也需要采用擬合公式對RQD的賦分進行修正，結果見表4，具體線性公式見公式（6）。

R1=0.001 2I+0.069 2IRQD+1.23。" （6）

2.3" 節理間距評分值R3的修正

同樣地，節理間距R3與R1和R2一樣存在“突變”根，把節理間距劃分為小于0.06 m、0.06～0.2 m、0.2～0.6 m、大于2 m五段，但由于這些段落的差異，需要通過一種更加精確的連續性評估方法，以確保每一段的結果都是準確可靠的，修正結果見表5。擬合公式見公式（7）。

R3=3.541lnJv+16.661 7。" " " " " " " "（7）

2.4" 地應力值評分R7的修正

深部巖體所受地應力作用較大導致其地質條件更加復雜。根據實測，當巖體埋入1.6 km的深度時，其所承受的地應力會超過40 MPa。隨著高地應力的增加，深部巖體的力學特征也會受到明顯改變，而常規RMR法沒有考慮地應力對巖體質量的影響，從而導致其評估的準確性受到限制。在寺莊金礦的開采過程中，地應力是一個重要的影響因素，需要結合實際應力大小，以及巖體的結構和物理性質對RMR分類法進行進一步修正。因此，將巖體損傷系數Z作為R7參與到RMR值的最終計算中。地應力的修正可參照國家標準執行[10]，見表6。

對表6中的地應力進行了連續的評估，并將巖體損傷系數Z與評估結果相結合，以此來修正地應力，詳情請參見表7。根據地應力影響細化修正表，得到R7項與其評分值之間的連續評分方程，其函數關系見式（8）。

R7=3Z-18。" " " " " " " （8）

3" 工程應用

本文選取焦家金礦寺莊礦區-280～-450 m中段2號和7號脈主要沿脈和采場礦體進行質量分級研究，在現場節理裂隙調研和室內巖石力學實驗基礎上，獲得分級所需指標特征，進行IRMR質量評價，并與RMR分級結果進行對比，詳見表8。

根據RMR表和GB/T 50218—2014《工程巖體分級標準》，以及巖體質量等級和穩定性評估結果，在實際施工中，應當根據巖體的自穩定性，選擇最佳的采礦跨度值，以達到最佳的施工效果，見表9。

根據修正的IRMR分類法進行巖體穩定性分析，發現寺莊礦區的巖體大多數都是Ⅲ等，少數是Ⅱ等和Ⅳ等。因此，建議將Ⅲ等巖體的開挖范圍限制在6～10 m，并且在一些較小的裂縫處，使用雙層混凝土，并在頂板上安裝錨索和金屬網。Ⅳ型巖石開挖區域的橫向距離一般在3～6 m之間，并需要在頂部安裝錨固件和金屬網。Ⅱ型巖石開挖區域的橫向距離一般在10～15 m之間。

4" 結論

1）在巖體質量評價時，RMR法是一種有效的評價方法，但其沒有考慮地溫、地下水和地應力等因素的影響。因此，提出了一種新的評價方法，即IRMR分類法，其可以更準確地評估巖體質量。

2）采用新建立的IRMR巖體評價體系，對寺莊礦區部分采場巖體質量和穩定性進行了全面的評估，并以此為基礎，精確地計算出每一項指標的分值，從而獲取了寺莊礦區中段各調查地點巖體質量的準確數據，從IRMR法和RMR法結果對比中可以發現，2號礦脈280沿脈的分級結果不一致，IRMR分級結果更加合理。

3）寺莊礦區巖體質量分級研究結果顯示，寺莊礦區2號礦體中大部分礦體屬于Ⅲ巖體，穩固性中等，有少量穩定性差的Ⅳ級巖體；7號礦體屬于Ⅲ級巖體，穩固性中等，-340 m中段礦體穩固性變差，屬于Ⅳ級巖體。

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