» » Открытые горные работы в зоне деформаций и обрушения массивов пород

Открытые горные работы в зоне деформаций и обрушения массивов пород

19.08.2016

Еще в работах, а затем в учебнике мы отмечали, что при комбинированной разработке месторождения следует минимизировать негативное взаимное влияние технологий открытых и подземных работ. Например, с точки зрения устойчивости откосов уступов и бортов карьера в целом целесообразно организовать горные работы таким образом, чтобы подвигание фронта очистных подземных работ от массива к откосу карьера было генеральным его направлением.
Это условие, справедливое в любом случае, особенно важно при системах подземной разработки с обрушением руды и пород. Соблюдение его оказало решающее влияние на успешную отработку уступов карьера «Угольный ручей» в зоне обрушения от подземной разработки пологонаклонного рудного тела мощностью 15—30 м (рис. 13.1) на месторождении Норильск-1.
Открытые горные работы в зоне деформаций и обрушения массивов пород

Здесь развитие зоны обрушения фиксировали глубинными реперами, расположенными в скважинах, которые пробурили с уступов карьера.
Наблюдения показали, что и в процессе развития зоны обрушения в массиве пород, и после выхода ее на поверхность существенных деформаций борта карьера не отмечалось. Наклон борта карьера при этом не превышал 20—22° по сравнению с 35—40° по предельному контуру.
В Криворожском бассейне подземный рудник им. Коминтерна полностью подрабатывает один из бортов карьера ЦГОК.
Рудное тело, разрабатываемое подземным способом, расположено по отношению к карьеру так, что при опускании фронта очистных работ в зону обрушения последовательно попадают участки борта карьера, начиная с верхней кромки (рис. 13.2).
Открытые горные работы в зоне деформаций и обрушения массивов пород

На карьере стремятся организовать отработку уступов таким образом, чтобы к моменту обрушения участок борта был оформлен до предельных границ. За распространением зоны обрушения и поведением бортов карьера осуществляют постоянное наблюдение на специальных станциях, где используют методы непосредственных и косвенных измерений и наблюдений.
Первая группа включает в себя такие методы, как маркшейдерские измерения и определение изменения пространственных координат точек заблаговременно созданной сети (используются маркшейдерско-геодезические приборы и методы, дальномерные измерения, спутниковые съемки); наблюдения за развитием систем трещин на уступах карьеров. Эти наблюдения позволяют фиксировать и отслеживать динамику проявлений деформации подработанной толщи массива пород уже на уступах карьера.
Динамику деформирования подработанных пород во времени и в пространстве массива пород можно наблюдать с помощью косвенных, чаще всего — геофизических методов. Все они основаны на том, что определенные физические свойства горных пород зависят от их плотности и трещиноватости. Периодически измеряя такие показатели, как скорость распространения акустических волн, плотность массива, электросопротивление, магнитные свойства, радиометрические параметры и т.д., можно по изменению параметров указанных физических свойств установить положение границы развивающейся зоны обрушения (или другой зоны) в массиве пород.
Открытые горные работы в зоне деформаций и обрушения массивов пород

Открытые горные работы в зоне деформаций и обрушения массивов пород

В качестве примера прогнозирования динамики развития зоны обрушения поверхности на борту карьера путем обламывания консольных зависаний пород рассмотрим наблюдения за развитием трещин разрыва.
Консольное зависание пород, показанное на фотографии (рис. 13.3), схематически можно представить в виде консольной плиты или балки переменного поперечного сечения (рис. 13.4).
Разрушение консолей происходит ступенчато, в виде террас обрушения шириной 5—45 м и длиной, соответствующей размерам провала на поверхности (рис. 13.5). Такой характер разрушения консолей является результатом превышения напряжений растяжения его предельного значения, дающего начало трещинообразованию. Наблюдения за развитием трещин разрывов в консольных зависаниях, выполненные на Зыряновском месторождении, помогают проследить этот процесс в динамике. Из графика (рис. 13.6) можно видеть, что трещины (по ширине) вначале развиваются достаточно медленно, затем скорость развития резко увеличивается и, наконец, происходит разрушение (отрыв) консоли по этой трещине.
Аналогичный характер разрушения консольного зависания пород имеет место и на других рудных месторождениях (Кривбасса, Рудного Алтая, Центрального Казахстана и др.).
Открытые горные работы в зоне деформаций и обрушения массивов пород

Наблюдения в натурных условиях показывают, что обрушение консольных зависаний пород после выхода зоны обрушения на поверхность в виде террас происходит не внезапно, а в течение определенного интервала времени, большую часть которого занимает стадия спокойного развития.
Проводя систематические наблюдения за развитием обрушения (в частности, за раскрытием трещин разрыва, окаймляющих зону обрушения), на любом месторождении можно прогнозировать не только продолжительность каждого этапа развития обрушения консолей, но и линейные параметры, и зависимость их от параметров очистных работ.
Часто, особенно при совмещении открытых и подземных работ, необходимо оценить устойчивость консольного зависания пород.
С этой целью можно воспользоваться результатами описанных наблюдений, а в первом приближении — расчетными методами строительной механики, приведенными в работе.
Отмечено, что зона обрушения в процессе развития может стабилизироваться, т.е. своды разгрузки приходят в состояние статического равновесия. Причины этого могут быть различными: встреча с породой — мостом в слоистых массивах; наличие участка монолитных, более прочных пород; изменение силовой обстановки и др.
В результате этого развитие зоны обрушения прекращается, а если выпуск руды продолжается, то под образовавшимся зависанием пород образуются большие пустоты. Такое состояние весьма опасно, так как в любой момент статическое равновесие может нарушиться (например, в результате воздействия массовых взрывов в соседнем блоке или в карьере), что вызовет внезапное обрушение больших масс пород. При этом образуется мощная воздушная волна, которая может привести к авариям в очистных и подготовительных выработках.
Открытые горные работы в зоне деформаций и обрушения массивов пород

С другой стороны, если зависание образовалось недалеко от поверхности, внезапное обрушение пород может привести к мгновенному выходу воронки обрушения на поверхность или образованию провала на уступах карьера.
До выхода зоны обрушения на поверхность контроль за развитием свода обрушения целесообразно выполнять геофизическими методами.
Геофизические измерения при контроле за развитием пустот могут быть дополнены наблюдениями за состоянием массива с помощью поверхностной станции, станции глубинных реперов, наблюдениями из подземных выработок (за перемещениями реперов, инструментальная дальномерная съемка пустот, звукометрические наблюдения) и т.д.
Предпочтительна схема, когда зона обрушения (или воронка обрушения) развивается вверх равномерно до выхода на земную поверхность (уступы карьера).
Когда образуются зависания пород, причем на значительных площадях, необходимо принимать соответствующие меры по их ликвидации.
На руднике им. XXII съезда КПСС Зыряновского комбината образовалось зависание на площади более 10 тыс. м2. При этом толщина зависшего массива (до поверхности) была от 30 до 70 м. В таком состоянии зависание просуществовало около года. Когда убедились, что обнажение может простоять еще неопределенное время, а его самообрушение может произойти в неподходящий момент, был выполнен специальный комплекс буровзрывных работ по посадке потолочины.
Важнейшими технологическими операциями в карьере, характерными для одновременной или последовательной подземнооткрытой разработки месторождения, являются разведка подземных горных выработок в бортах и под дном карьера, погашение обнаруженных подземных пустот, отработка горных пород в окрестности подземных выработок.
По поводу последней из перечисленных заметим, что при открытой разработке месторождения технологии отработки как руды, так и пустых пород в данном случае практически не отличаются.
В состав первой, разведочной группы указанных работ входят обнаружение подземных пустот, определение их местоположения, формы и размеров, установление динамики их развития.
Первая задача решается в несколько этапов. Прежде всего тщательно изучается вся имеющаяся графическая документация. Особенно важно это при схеме последовательной подземно-открытой разработки.
Затем оценивается достоверность информации на момент рассмотрения, в том числе возможность изменения параметров подземных пустот за истекшее после съемок время в рассматриваемых горно-геологических и геомеханических условиях.
С учетом результатов такого анализа проводят геофизические исследования участков массива с подземными пустотами. Такие работы выполняют непосредственно в зонах развития открытых горных разработок, имея целью уточнение первоначальной информации о пустотах.
Наконец, когда уступы карьера приближаются к подземным горным выработкам на расстояния, равные двух-трехкратным размерам предохранительных целиков, производят окончательную корректировку пространственного положения и размеров пустот методом бурения разведочных скважин с уступов карьеров. Эти скважины бурят от лежачего бока залежи к висячему по сетке, обеспечивающей надежное определение параметров пустот, например, 5x5 м для рудных залежей средней мощности или больше в других случаях.
При приближении уступов карьера к подземным выработкам целесообразно разведочные скважины использовать для погашения пустот посредством взрывания или закладки.