Управление состоянием массива является составной частью горной технологии, которая должна отвечать требованиям эффективности, экономичности и безопасности работ. Изменение экологических требований к технологии добавляет к известным критериям требование сохранности земной поверхности, например, когда массив расположен под участком с интенсивным земледелием, охраняемыми объектами и т. п.
Целью управления состоянием массива горных пород в этих условиях становится выбор схем разработки, которые сохраняли бы земную поверхность от разрушения в случае выхода, зоны обрушения пород до уровня наносов.
Управление горным давлением как совокупность мероприятий по предотвращению неуправляемых процессов развития напряжений и деформаций состоит в использовании в числе прочих технологических решений остаточной несущей способности разрушенных геоматериалов. Технологически управление состоянием массива сводится к обеспечению оптимальных параметров элементов системы «массивы-крепь-поверхность» по критерию сохранности земной поверхности.
Критерием эффективности управления состоянием массиваявляется себестоимость связанных с этим работ или приведенные затраты на 1 м3 погашенных пустот. Из применяемых способов управления массивом по этому критерию наиболее предпочтительнее обрушение пород. Однако этот способ связан с повышенными потерями сырья, разубоживанием вмещающими пустыми породами и нарушением земной поверхности с изменением экологического равновесия на участке земной коры.
Такой подход предлагает систематическую ошибку при оценке затрат, поскольку действительная стоимость отвлекаемых земель, минерального сырья и изменение экологической обстановки не могут быть выражены в материальном измерении.
Благодаря критерию сохранности земной поверхности, способы управления массивом становятся в сравнимые условия, отвечая в то же время концепции гуманного подхода к использованию недр и земли. В частности, использование критерия исключает из числа возможных способы управления с обрушением пород с выходом на земную поверхность, удельный вес которых при добыче полезных ископаемых еще достаточной велик. Широкое применение этого способа при его экономических преимуществах породило серьезные экологические проблемы в районах Курской магнитной аномалии, Донбасса, Урала и других горнодобывающих регионах.
Теория устойчивости. Зависимость между параметрами устойчивых обнажений выработок и свойствами пород и массивов установлена работами Н. Г. Ялымова, С. В. Ветрова, В. И. Борщ-Компонийца, В. П. Волощенко, В. П. Влоха, Ф, Ф.Рычик и др. Механизм взаимодействия структурных блоков с учетом технологических факторов и времени установлен Л. Мюллером, В. Р. Именитовым, Р. В. Каплуновым, В, А. Кондратовым, Д. М. Казикаевым, Е. В. Кузьминым и др.
Управление устойчивостью массива посредством изменения напряжений в его элементах обосновано работами К. В. Рупленейта, Б, А- Картозня, Е, Г. Авершина, Т. Л. Фисенко, И. М. Петухова и др.
,При подземной разработке скальных месторождений устойчивость массивов обеспечивается использованием методов, которые принимают массив дискретным с гравитационно-тектоническо-структурным полем (В. Д. Слесарев, А. А. Борисов. Г. Н. Кузнецов, С. В. Ветров). Эти методы различаются друг от друга механизмом взаимодействия структурных блоков.
Свойство дискретных массивов создавать устойчивые конструкции за счет энергии разрушения пород используется для управления горным давлением (М. Т. Алимжанов, Б. 3. Амусин, В. В. Виноградов, Н, В. Баклашов и др.).
В зависимости от соотношения напряжений и деформаций в массиве выработки, проведенные в разрушенных породах, ведут себя по одному из типов:
- сохраняют устойчивость за счет первичных межкусковых связей, если деформации не превышают предела упругости;
- сохраняют устойчивость за счет вторичных межкусковых связей, возникающих при самозаклинивании структурных блоков;
- не сохраняют устойчивости, если межкусковые связи нарушаются при разрушении пород.
Несущая способность корректируется технологией разработки на стадиях подготовки очистных блоков, выемки их и погашения пустот применением крепи, закладки выработанного пространства и назначением безопасных параметров очистных выработок.
Крепь участвует в процессе формирования вокруг выработок зон мощностью, равной первым метрам. В управлении состоянием массива роль крепи снижается при увеличении объема образованных в нем пустот.
Радикальным способом управления массивом является создание равнопрочных по сравнению с извлекаемыми породами искусственных массивов из твердеющих смесей.
В горной практике широко применяется управление состоянием массива назначением безопасных по условиям концентрации напряжений пролетов обнажений горных выработок. На рудниках Киргизии, Казахстана, Забайкалья и других регионов устойчивость массивов за счет использования несущей способности пород обеспечивается на площадях до 6000 м в плане с пролетами обнажений до 50 м в течение нескольких лет. Указанные породные конструкции существуют на глубинах 50...600 м в породах с коэффициентом прочности по М. М. Протодьяконову 10...20.
