Концепция. При разделении залежей на участки в подготовительной стадии напряжения в массиве незначительны и не представляют опасности, если выработки проходятся в ненарушенном массиве. Формирование добычных работ может нарушить геомеханическую сбалансированность.
Оптимальные показатели очистной выемки обеспечиваются, когда не превышаются допустимые по геомеханическим условиям параметры, а коэффициент запаса имеет минимальную величину. При этом условии использование остаточной несущей способности пород является альтернативой временной и постоянной крепи.
Управление массивом при очистных работах - это подготовительная стадия, формирующая элементы разделения массива искусственными и естественными целиками. Поэтому разделение рудных тел на технологические участки должно производиться еще на стадии проектирования.
Погашение выработанного пространства. Этот способ разработки руд отличается тем, что последствия его скорректировать без нарушения окружающей среды невозможно, как это можно сделать при очистной выемке уменьшением размеров выработок повышением интенсивности добычи руды и другими мероприятиями.
Способы управления массивом классифицируются по принципу состояния выработанною пространства на время окончания работ по погашению, что отличает предложенную классификацию от классификации систем разработок в период очистной выемки (таблица).
Классы_________________ Группы Варианты
С изоляцией Перемычками Деревянными, бетонными
пустот . ■ (
Породными завалами Подрывкой кровли и боковых пород
_ С подачей материала извне
С обрушени- Принудительное обруше- Вместе с рудой ем пород вне В открытую камеру
Управляемое обрушение Вместе с рудой
____ В открытую камеру ____^_^^___
С закладкой Твердеющими смесями Слоевые системы
Камерные системы Сыпучими материалами Гидравлическая
__^_________ ('ухая ___
Комбиниро- Перепуск пород извне Вместе с рудой ванные спо- В открытую камеру
собы Хвостами подземного Без разделения на этайси
выщелачивания С разделением на этажи ' :
Сочетание способов изо- С разделением целиками из за- лядни и закладки твер-кладки ... .,, .* дсющими смесями Изоляцией пустот в искусствен-
. пых массивах
Сочетание способов с Без разделения по восстанию закладкой и хвостами ПВ С разделением искусственными __________________________ .^________ массивами
Классификация способов управления массивом развивает и дополняет классификации систем разработки Н. И. Трушкова, М. И. Агошкова, В. Р. Именитова и др. Выделение процесса погашения из комплекса технологических процессов объясняется ведущей ролью погашения для управления состоянием массива.
I класс - способы с естественным поддержанием массива - характеризуется изоляцией погашаемых участков массива. Способы отличаются небольшими затратами, полнотой использования недр, но требуют достаточно представительной информации о массиве.
II класс - способы с обрушением пород — отличается заполнением пустот породами извне или отбиваемыми внутри камер. Поддержание массива осуществляется за счет подпора элементов массива породой. Способы отличаются малой трудоемкостью работ, но сопровождаются повышением потерь и разубоживания.
III класс - способы с искусственным поддержанием массива искусственными массивами из твердеющих смесей - отличается высокими показателями извлечения, универсальностью и гарантированной сохранностью земной поверхности, но ограничены в применении дороговизной и дефицитностью закладочных смесей.
IV класс — комбинированные способы погашения - объединяет способы, не вписывающиеся в рамки вышеперечисленных классов, Например, погашение перепуском пород с поверхности или вышерасположенных горизонтов, хвостами подземного выщелачивания, а также варианты сочетания I, II и III классов.
Классы подразделяются на группы по основному отличию данного класса. Внутри групп выделены варианты по признаку существенного отличия.
Способы погашения пустот с гарантированным сохранением земной поверхности классифицируются по тому же признаку - состоянию массива на момент завершения технологических процессов -после окончания работ, связанных с погашением. В отличие от способов, применяемых в горной практике, ресурсосберегающие способы исключают применение обрушения пород из-за опасности разрушения земной поверхности.
Погашение пустот изоляцией применяется сравнительно редко. Это объясняется необходимостью полноты представлений о поведении массивов при разработке и отсутствием достаточно разработанных научных основ технологии. Известные случаи относятся к разработке рудных тел небольшого сечения, залегающих в породах крепких и средней крепости.
Изоляцией погашают пустоты на Джезказганском, Миргалимсайском, Гюмушлугском, Шамлугском, Хайдарканском, Сумсарском месторождениях, на участках СУБРа, ЮБР и т. д. Наибольший опыт погашения пустот изоляцией накоплен на рудниках Киргизии - Хайдарканском и Кадамжайском в массивах весьма сложной тектоники и средней устойчивости пород. За рубежом способ широко применяется при разработке урановых руд в США, Канаде, ЮАР.
Принудительные обрушение широко применяется при эксплуатации железорудных месторождений Кривбасса. Урала, Сибири, Казахстана, Ингичкинского вольфрамового месторождения, Хибин, Джижикрутекого, Горной Шории, Тырныауза, Зыряновска, Лениногорска. В качестве основного способ применяется при подземной добыче железных руд на рудниках Франции, Швеции, Японии, ФРГ, Канады, Финляндии, Алжира, Южной Кореи и др. Преимущества способа объясняются высокой степенью механизации буровзрывных работ и незначительной себестоимостью.
К недостаткам способа относятся трудности контроля полноты заполнения пустот и повторного погашения в случае недостаточною обрушения налегающих пород. Неуправляемость процесса приводит к накоплению больших пустот в объемах до 500 тыс. м3 с возможностью массового обрушения. Невозможность доработки запасов после погашения, повышенные разубоживание и потери делают; способ предпочтительным для отработки мощных месторождений руд средней ценности. Главный недостаток способа погашения обрушением -большие площади отчуждения земель в погашаемом районе с нарушением экологического равновесия, что не всегда восполпимо даже рекультивацией. Основное направление совершенствования способа погашения пустот обрушением — использование механизма проявления горного давления для управляемого сдвижения налегающих пород в пустоты, увязанного во времени и пространстве. Перспективы способа оцениваются неоднозначно, хотя природо - сберегающие тенденции развития научно-технического прогресса технологий проявляются и уменьшении области применения этой экологически некорректной технологии.
Погашение пустот твердеющими смесями. Этот метод обладает следующими преимуществами:
- повышает устойчивость вмещающих пород при разработке месторождений в сложных горно-геологических условиях;
- способствует сохранению дневной поверхности от сдвижений и обрушений пород под влиянием горных работ;
: - уменьшает потери и разу б оживание руды при отработке месторождений;
- дает возможность изоляции локальных источников физико-химических процессов (эндогенные пожары, эманирующие источники и пр.);
- предупреждает опасность горных ударов при перераспределении горного давления на естественные и искусственные массивы;
. - позволяет утилизировать отходы горнодобывающих, перерабатывающих и местных производств;
- повышает безопасность ведения горных работ при отработке совместно открытым и подземным способами, а также под водоносными горизонтами, охраняемыми объектами и др.
Основной недостаток способа заключается в относительно высокой стоимости (до 55-65 % от общих затрат на добычу) основного вяжущего компонента -цемента, достигающей 25-60 % стоимости закладочных материалов. Поэтому дальнейшее расширение области применения этого способа связано с научно-техническим прогрессом в области технологии приготовления закладочных смесей.
Твердеющей закладкой широко пользуются в Канаде, США, Австралии, Швеции, Японии, Финляндии, Болгарии и др. В Канаде удельный вес закладки при погашении пустот достигает 40 %. Широкое распространение способа объясняется высокой ценностью руд и большой глубиной разработки.
На рудниках Японии с закладкой добывают около 43 % руд цветных металлов. В Финляндии с погашением пустот закладкой добывают около 85 % руд, в Австралии до 80 % руд по объему.
Способ погашения пустот твердеющей закладкой позволяет:
- формировать искусственные потолочины днища и целики между камерами;
- укреплять часть обрушенных пород или руд для придания им свойств, необходимых по условиям безопасности работ;
- осуществлять выемку наиболее ценных руд с минимальным разубоживанием по сравнению с разработкой остальной части месторождения;
- формировать в искусственном массиве выработки различного назначения на стадии погашения пустот.
Комбинированные способы применяют на горных предприятиях с высоким уровнем инженерно-технологического обеспечения.
Определение оптимальных границ способов погашения в пределах одного месторождения невозможно без знания особенностей проявления механизма горного давления для управления процессами в массиве.
Основу комбинаций представляет применение твердеющей закладки. Широко применяется комбинация способов погашения изоляцией с обрушением. Для повышения надежности погашения изолируемого участка естественно или принудительно обрушают породы на локальной площади. Широко комбинируются способы погашения пустот изоляцией и обрушением на урановых рудниках Канады, США, ЮАР и других стран.
Наиболее перспективна комбинация технологий с закладкой и выщелачиванием металлов на месте залегания.
Рудники Северного Кавказа. Добыча минерального сырья ведется на рудниках Тырныауза, Салона, Урупа, Квайсы, и др. За годы добычи руд в пределах рудоносных провинций сложилась, напряженная геомеханическая ситуация. Крутое падение рудных тел, выходящих на дневную поверхность, способствовало массовой подработке массивов и разрушению в различных формах: от плавного сдвига до обрушения с образованием крупных провалов. За годы эксплуатации первичной выемке подлежали руды с высоким содержанием металлов. Затем кондиции снижались, а руды с меньшим содержанием оставались в недрах рудников в виде металлоносной закладки.
Садонское месторождение - гидротермального типа, локализовано в форме кварцевых и кварцево-карбонатных жил и прожилков с гнездообразными скоплениями сульфидов свинца, цинка, меди и железа. Рудные тела залегают на глубинах до 250 м. Форма рудных тел - зоны, жилы, линзы, прожилки. Простирание месторождения до 4,5-5 км, падение до 1,5 км. Мощность жил изменяется в пределах 0,2-0,26 м, протяженность 20-50 м, редко более. Руды локализованы в геологических блоках протяженностью 80-160 м, разобщенных безрудными интервалами длиной 200-400 м.
Потери руд в недрах Садонских рудников оцениваются в 2 млн. т с содержанием свинца около 2,6 % и цинка более 3 %. Многолетнее неуправляемое погашение пустот при первичной и повторной разработке месторождения на отдельных участках разрушило массив с выходом зон обрушения диаметром до 70 метров на дневную поверхность. Зоны обрушения пород являются проводниками водных потоков, которые активно выщелачивают потерянные.в недрах минералы, вынося в реку Ардон растворы минералов.
Добыча руд с оставлением пустот незаполненными является исторически первой технологией управления массивом. Ее привлекательность заключается в минимизации затрат на управление массивом.
Исследования Садонского месторождения были выполнены в 1842 г., а с 1843 г. начата его промышленная эксплуатация. В 1853 г. произведена детальная разведка месторождения штольнями с попутной добычей руд, содержащих серебро и свинец. С 1892 г. рудой стала цинковая обманка, которую ранее оставляли в пустотах. В 1927 г. Осетия - единственный в стране производитель цинка, а доля ее в добыче свинца составляет 63 %. С 1958 г. добывается наиболее богатая потерянная ранее руда, но темпы добычи не велики. Руду добывают системами разработки с естественным управлением массивами. Разубоживание руд от 15 до 40 %, потери - до 20 %.
Квайсинское месторождениеявляется аналогом Садонского и отличается карстами и трещинами. Маломощные участки в устойчивых вмещающих породах разрабатывают системами с магазинированием, а в неустойчивых - с нерегулярной закладкой пустот породой.
Тырныаузское месторождение. Рудные тела локализуются в скарнах на контакте роговиков с мраморами. Глубина месторождения 1000 м, мощность изменяется от первых метров до 130 м, падение рудных тел крутое. Рудные компоненты: вольфрам, молибден, медь, висмут. Система подзтажных штреков с отбойкой глубокими скважинами от середины к границам блока при двухстадийном порядке разработки отличалась низкими экономическими показателями, поэтому преимущество получила система этажного принудительного обрушения с одностадийной выемкой.
Урупское месторождение. Крепость пород по Протодьяконову 10-18. Глубина оруденения 800 м. Главное рудное тело- ассоциация линз и пластов, выполненных серно-, медно- и медно-цинково-колчеданными сплошными, слоистыми медноколчеданными, прожилково-вкрапленными рудами и рудными микрокварцитами. Породы на контакте с рудным телом неустойчивы. Коэффициент их крепости 8-14. Система разработки горизонтальными слоями с гидравлической закладкой применяется для выемки подречных запасов р.Уруп. Потери - до 15%, разубоживание - до 25%. Камерно-столбовую систему разработки применяют на пологом падении с оставлением целиков размерами 3x3 м на расстоянии 6-12 м друг от друга.
Отличительная особенность рудников Кавказа - управление массивом без заполнения пустот. Отставание содержания металлов в рудах от действующих кондиций и выборочная выемка богатых участков месторождений ускоряют процесс разрушения массивов с разрушением дневной поверхности. Иногда для увеличения надежности управления массивом изолирующие пустоты частично заполняли отсортированной, отбитой в стенках или поданной извне породой. Практика эксплуатации Садонских месторождений подтверждает, что управление массивом без компенсации пустотности не может быть корректным.
Распространена двухстадийная схема: камеры первой очереди разрабатывают с магазинированием, а камеры второй очереди или междукамерные целики отбивают на пустоты первой очереди. Вторая стадия доводит показатели потерь и разубоживания до 20-40 %.
Классы_________________ Группы Варианты
- способствует сохранению дневной поверхности от сдвижений и обрушений пород под влиянием горных работ;