10.4. Предпочтительные направления развития фронтов очистных работ в карьере и руднике.

При комбинированной разработке месторождений фронт ведения горных работ необходимо располагать в направлении:

при подземных очистных работах – от массива к карьеру;

при открытых работах – навстречу фронту развития подземных очистных работ.

П одработка борта карьера в направлении от массива к карьеру обеспечивает наибольшую устойчивость борта карьера (рис. 10.5).

Рис. 10.5. Деформация пород при подработке откоса в направлении от массива.

В условиях месторождений, сложенных скальными породами, после выхода воронки обрушения на поверхность дальнейшее развитие зоны обрушения происходит с последовательным образованием консольных зависаний пород. Если забой остановить в положении АВ (см. рис. 10.5), то с течением времени граница зоны обрушения стабилизируется по линии ВС, определяемой углом полного обрушения пород γ.

Таким образом, основное требование к ведению очистных работ в бортах карьера системами с обрушением пород заключается в том, чтобы фронт очистных работ подвигался в направлении карьера непрерывно. Этим создаются условия непрерывного развития зоны обрушения, захватывающей уступы карьера.

При попадании участков или всего карьера в зону полного обрушения пород под воздействием подземных работ важно знать характер перемещения разрыхленных пород в зоне обрушения с тем, чтобы иметь возможность управлять им.

Если в кровле обрушаемых блоков имеются монолитные крепкие породы, то процесс обрушения может задержаться, возможны зависания и при дальнейшем увеличении площади подработки возможно внезапное обрушение. Поэтому должны быть приняты меры по обеспечению обрушения всей толщи пород до карьера одновременно с обрушением блока после выпуска руды.

Стабилизировать обрушение налегающей толщи можно принудительным путем.

Так, на Ново-Сокольной линзе Лениногорского комбината в результате принудительного обрушения пород над блоком № 3 работы в этой части карьера можно было начать через три месяца после окончания выпуска руды из блока. Обычно перерыв в работе на участке карьера в зоне обрушения составлял 10—20 мес.

Отработка запасов руд в бортах карьера с обрушением налегающей толщи требует исключительно четкой взаимоувязки работ в карьере и подземном руднике. Опыт работы комбинатов «Апатит», Лениногорского, ЦГОК (Кривбасс) показывает, что такая организация работ на практике возможна, и она дает положительные результаты в обеспечении безопасности работ.

При открытых горных работах в зонах обрушения наиболее опасной формой деформации подработанных массивов является воронкообразование. Причем решающим следует считать момент выхода воронок обрушения на поверхность.

В связи с этим необходимо подземные горные работы под дном и в бортах карьеров проводить по схемам и параметрам, которые обеспечивали бы минимальные условия для образования воронок обрушения.

Но если избежать образования воронок обрушения не удаётся, то при комбинированной разработке месторождения обязательным условием подземных работ является обеспечение выхода воронки обрушения на поверхность в минимальные сроки.

На условия формирования и развития воронок обрушения существенно влияют физико-механические свойства массива обрушенных пород, определяемые, в частности, его плотностью. С увеличением плотности возникают условия для формирования пустот над очистными блоками, которые затем могут развиться в воронки обрушения. Чтобы свести до минимума условия образования и внезапного появления воронок на поверхности, необходимо обеспечить наибольшее разрыхление массива обрушенных руд и пород.

Сыпучие свойства обрушенных скальных пород резко увеличиваются при достижении коэффициента разрыхления k_р = = 1,25 + 1,30. Более точно эту границу можно определить в каждом конкретном случае. Массив обрушенных пород с коэффициентом разрыхления, меньшим указанного предела, можно характеризовать как склонный к воронкообразованию. Вероятность образования воронок обрушения не может быть равной нулю.

Опыт показывает, что образование пустот, зависаний и воронок в существенной степени определяется системой работ. Так вероятность воронкообразования увеличивается при одностадийной отбойке в зажиме по сравнению с вариантом двухстадийной отбойки блоков на компенсационное пространство. Это объясняется меньшими значениями коэффициента разрыхления (1,06—1,26) против (1,35—1,4) при двухстадийной отбойке.

Другое важное условие, также позволяющее значительно снизить воронкообразование в массиве обрушенной горной массы, заключается в равномерном выпуске отбитой руды по площади блоков. Наиболее приемлем одновременный равномерный выпуск отбитой руды из всех блоков, подрабатывающих участок карьера.

Однако, по горно-геологическим и иным объективным причинам реализовать изложенную рекомендацию удается не всегда. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо выбрать такую схему отработки блоков и выпуска руды, которая обеспечивала бы наиболее равномерное перемещение массива обрушенных пород.

Для условий крутопадающих залежей рекомендуется поддерживать равномерно-последовательный порядок выпуска из возможно большего количества отверстий при минимальном расстоянии между ними и малых дозах выпуска. При этом скорость выпуска должна быть порядка 4—5 т/м² в сутки. Выпуск целесообразно начинать с лежачего бока рудной залежи (при больших мощностях залежи), а в направлении простирания контакт «руда — порода» поддерживать плоским, с углом наклона к горизонту порядка 50°. В иных условиях оптимальные схемы и режимы выпуска могут быть другими.

Рассматривая вопросы совместной (особенно с обрушением руды и пород) разработки месторождения, нельзя упускать из виду такой важный момент, как контроль за состоянием подработанных массивов пород. Должен быть поставлен комплекс маркшейдерских, геофизических и геомеханических наблюдений за изменениями состояния массивов пород (их напряженного и деформированного состояния, структуры и др.), развитием пустот, зон сдвижения и обрушения, воронок обрушения, деформаций откосов уступов и бортов др.

Расвумчоррский рудник ОАО «Апатит» в период 2000-2002 г.г. осуществлял выемку запасов апатито-нефелиновых руд в пределах стыковочной зоны с карьером Центрального рудника. При этом весьма актуальным являлся вопрос контроля состояния массива пород подрабатываемого борта карьера, особенно в его верхней части, где уступы были поставлены в конечное положение и где образуется всё большая консоль зависающих пород по мере отработки целика между открытыми и подземными работами.

(Опыт контроля состояния массива при подработке северо-западного борта Центрального рудника подземными работами рудника «Расвумчорр, ОАО «Апатит»)