Управление состоянием горного массива

УПРАВЛЕНИЕ СОСТОЯНИЕМ ГОРНОГО МАССИВА (а. соntrol of rock mass соnditions; н. Gebirgsbeherschung; ф. соntrole de l'etat du massif; и. соntrol de macizo) — совокупность мероприятий по целенаправленному переводу массива в заведомо устойчивое, близкое к предельному или неустойчивое состояние. Осуществляется путём изменения в процессе разработки формы, параметров и продолжительности обнажения горных пород, а также изменения физико-механических свойств пород, обеспечивающих экономичное и безопасное ведение горных работ.

Объекты управления состоянием горного массива — природные и техногенные массивы. Их состояние до осуществления управления состоянием горного массива и возможные его результаты оцениваются с помощью расчётных методов. В основу большинства из них положено сопоставление действующих и разрушающих напряжений или сдвигающих и удерживающих сил.

При подземной разработке массив, как правило, поддерживается в зоне ведения горных работ в заведомо устойчивом состоянии и только после их завершения выработанное пространство погашается. Оценка состояния массива и управления состоянием горного массива производятся специальными методами (см. Управление горным давлением).

При открытой разработке заведомо устойчивое состояние обеспечивается уменьшением высоты и крутизны обнажения, укреплением массива инженерными методами или искусственным увеличением прочности пород (для перевода массива в неустойчивое состояние предпринимаются обратные действия). Повышение устойчивости может быть достигнуто и в случае, если массив в процессе отработки поддерживать в объёмном напряжённом состоянии путём создания бокового распора за счёт сближения сопрягаемых бортов карьера или их подпора внутренним отвалом и насыпями. При этом на участках взаимного влияния сопряжений, равных высоте борта, отмечается приращение коэффициента запаса устойчивости (см. Устойчивость). Увеличение или уменьшение высоты и крутизны обнажения, а также создание бокового распора может быть осуществлено обычными технологическими приёмами с помощью эксплуатируемого оборудования. Укрепление природных массивов инженерными методами широко применяется только при постановке бортов карьеров в предельное положение. К ним относятся: механическое удержание части откоса по слабой поверхности с помощью железобетонных свай, штанг и гибких троссовых тяжей (при крупноблочном строении массива); упрочнение сильно трещиноватых и сыпучих пород цементацией и нагнетанием растворов из полимерных веществ; изолирование поверхности откоса, склонного к интенсивному выветриванию или выщелачиванию нанесением на него слоя торкрет-бетона, шприц-бетона или полимерных плёнок. Укрепление техногенных массивов осуществляется главным образом в процессе отсыпки отвала путём внесения в отвальную массу укрепляющих добавок, создаётся также дренирующий слой в основании. Целесообразность применения инженерных методов упрочнения оценивается сопоставлением затрат на выполнение этих работ с затратами на ликвидацию возможных нарушений устойчивости массива.

Перевод массива в неустойчивое состояние преследует цель использовать природные силы тяжести для отделения пород от массива и их перемещения в заданном направлении. Наибольший эффект достигается при подработке основания массива механическим, гидравлическим и взрывным способами.

Перспективное направление управления состоянием горного массива — изменение физико-механических свойств пород путём различных физико-химических воздействий. Одно из них — замачивание массива из глинистых пород — широко используется при гидромониторной разработке (с увеличением влажности от 1 5 до 30% сцепление пород уменьшается в 1,5-2,5 раза, после чего массив легко разрушается средствами гидромеханизации). Воздействуя на глинистые горные породы тепловыми полями, в них инициируют химические реакции, сопровождаемые образованием более прочных соединений и структур. При воздействии динамических нагрузок сыпучие и глинистые горные породы как гетерогенные среды могут существенно изменять свои свойства за счёт изменения соотношения составляющих (твердогазообразных; твердожидкогазообразных или твердожидких).

Как научное направление управления состоянием горного массива впервые получило развитие в CCCP с 60-х гг. В практике открытых горных работ управление состоянием горного массива (путём цементации, установки железобетонных свай и штанг) широко применяется в CCCP на карьерах по добыче руд цветных металлов. За рубежом эти способы получили наибольшее развитие в Японии, ФРГ, Франции и США. Управление состоянием горного массива путём придания откосу выпуклой формы получило распространение на угольных разрезах CCCP. Изменение формы обнажения в плане используется при выемке марганцевой руды под торцовыми бортами карьеров без их разноса. Этот принцип положен в основу предложенной впервые в CCCP технологии разработки крутопадающих залежей с внутренним отвалообразованием (см. Слоевая выемка). Управление состоянием горного массива путём целенаправленного перевода массива в неустойчивое состояние также впервые осуществлено и детально разработано в CCCP.

В связи с интенсивным развитием малоотходных и ресурсосберегающих технологий, охраны окружающей среды отмечается устойчивая тенденция более широкого применения управления состоянием горного массива.