Przejście z eksploatacji odkrywkowej na eksploatację podziemną jest dla wielu kopalń odkrywkowych jedynym sposobem na zwiększenie lub kontynuację wydobycia. W związku z tym wiele kopalń odkrywkowych podjęło decyzję o zmianie sposobu eksploatacji, a wiele innych jest w trakcie projektowania zmian. Takie działania zrealizowało już wiele kopalń na całym świecie, przy czym ma to miejsce głównie w kopalniach wydobywających rudy metali. Technika ta nie jest jednak stosowana powszechnie dla złóż pokładowych takich jak dla złoża węgla. Głównym powodem jest to, że węgiel zazwyczaj znajduje się w górotworze o średnich i słabych parametrach, mocno uwarstwionym oraz ze złożoną strukturą geologiczną. Brak doświadczeń jest ograniczeniem we prowadzaniu przejścia z eksploatacji odkrywkowej na eksploatację podziemną. Mimo to, na podstawie trendów światowych, również w górnictwie węglowym wybranych kopalń odkrywkowych Wietnamu rozpoczęto przechodzenie z eksploatacji odkrywkowej na eksploatację podziemną.
W każdym projekcie dotyczącym przejścia z eksploatacji odkrywkowej na eksploatację podziemną, wymagane jest określenie filara stanowiącego strefę warstw skalnych znajdujących pomiędzy wyrobiskiem odkrywkowym a planowanymi wyrobiskami podziemnymi.
Celem niniejszej pracy było, więc sformułowanie geomechanicznych kryteriów bezpiecznego prowadzenia eksploatacji podziemnej w sąsiedztwie eksploatacji odkrywkowej dla warunków górniczo-geologicznych Wietnamu.
Opierające się na zaproponowanym w pracy schemacie postępowania, przeprowadzono obliczenia i analizy dla przypadku przejścia z eksploatacji odkrywkowej na eksploatację podziemną w Wietnamie – kopalnie Cao Son – Khe Cham II-IV. Parametry mechaniczne skał budujących górotworu w regionie zostały kalibrowane przy pomocy programu komputerowego metodą elementów różnic skończonych (FLAC), teorii Knothego, metody ‘back analysis’ i założenie ‘worst case’. Następnie, analiza stateczności przeprowadzona została dla każdej fazy stanu zaawansowania czasowo-przestrzennego kopalni odkrywkowej
i kopalni podziemnej. W efekcie zaproponowano lokalizację ścian przy eksploatacji podziemnej umożliwiającą bezpieczną realizację eksploatacji podziemnej i odkrywkowej.
Na podstawie przeprowadzonych analiz oraz obliczeń numerycznych można sformułować następujące wnioski:
1. Właściwa realizacja przejścia z eksploatacji odkrywkowej na eksploatację podziemną polega na zapewnieniu przez wymagany okres czasu bezpieczeństwa jednocześnie dla wyrobiska odkrywkowego oraz wyrobisk podziemnych. Dla spełnienia tego warunku niezbędne jest określenie odpowiedniego filara, którego parametry uzależnione są głównie od systemu eksploatacji podziemnej, deformacji powierzchni wywołanej przez eksploatację podziemną, stateczności zboczy wyrobiska odkrywkowego i warunków hydrologicznych.
2. Przy projektowaniu przejścia z eksploatacji odkrywkowej na eksploatację podziemną, eksploatacja odkrywkowa i eksploatacja podziemna oddziałują wzajemnie na siebie przez pewien okres czasu, zanim eksploatacja odkrywkowa zakończy swoją aktywność. Harmonogram prac jest ważnym czynnikiem w projekcie przejścia z eksploatacji odkrywkowej na eksploatację podziemną. Dobry plan eksploatacji z właściwym postępem oraz właściwym harmonogramem może zapobiegać wzajemnemu niekorzystnemu oddziaływaniu pomiędzy eksploatacją odkrywkową a podziemną. Na przykładzie przejścia z eksploatacji odkrywkowej (Cao Son) na eksploatację podziemną (Khe Cham II-IV) przedstawiono metodę projektowania parametrów odpowiedniego filara.
3. W przypadku prowadzenia tylko eksploatacji podziemnej pod nieczynną już odkrywką, należy określić bezpieczną grubość filara pomiędzy dnem odkrywki a wyrobiskami podziemnymi, która zapobiegać będzie wdarciu się wody z dna odkrywki do wyrobisk podziemnych. Dla warunków geologicznych w Wietnamie, optymalna grubość filara wynosi ok. 150 m.
4. Przy prowadzeniu jednoczesnej eksploatacji podziemnej i odkrywkowej, odpowiedni filar powinien obejmować strefę ochronną zbocza oraz strefę pomiędzy dnem
eksploatacji podziemnej na stateczność zbocza. Eksploatacja podziemna przy grubości filara stropowego 150 m powinna być zatrzymana przed dolną i górną krawędzią eksploatowanego zbocza w odległości minimum 100 m.
5. Przy prowadzeniu eksploatacji podziemnej wielopokładowej z kolejnością z góry na dół, wpływ eksploatacji podziemnej pokładu znajdującego się poniżej jest większy od wpływu pokładu znajdującego powyżej (kąt zasięgu wpływów głównych jest stały, zatem im głębiej tym większy wpływ). Prowadzenie wielopokładowej eksploatacji podziemnej przy aktywnej eksploatacji odkrywkowej sprawia, że przewidywana strefa ochronna zbocza ma kształt zbliżony do trapezu (strefa filarowa). Wymiary zależą głównie od grubości pokładów planowanych do wybierania i odległości między nimi. Strefa filarowa może być wybrana po zakończeniu eksploatacji odkrywkowej.
6. Obecności uskoków nie zmienia znacząco wpływu eksploatacji podziemnej na zbocze wyrobiska odkrywkowego. W wybranych przypadkach lokalizacji i kierunku uskoku eksploatacja podziemna przebiegająca z prawej strony do dolnej krawędzi ma mniejszy wpływ na stateczność zbocza.
7. Wyniki obliczeń analitycznych i numerycznych uzyskano przy założeniu wielu uproszczeń, które obejmowały m.in.: przyjęcie zachowania się górotworu zgodnie z modelem sprężysto-plastycznym (M-C), założenie wysokości i wartości parametrów mechanicznych strefy zawału i strefy spękań, przyjęcie średnioważonych wartości właściwości skał budujących górotwór. Pomimo tych uproszczeń, wyniki analizy wskazują, że metoda numeryczna może być skutecznym narzędziem przy określeniu bezpiecznej grubości filara przejścia z eksploatacji odkrywkowej na eksploatację podziemną oraz oddziaływania pomiędzy obydwiema eksploatacjami.
8. W przypadku jednoczesnej eksploatacji (Cao Son i Khe Cham II-IV), zbocze kopalni odkrywkowej można uznać za stateczne przy kolejnych stopniach zaawansowania eksploatacji, a także przy różnym układzie prowadzenia eksploatacji podziemnej. Niemniej jednak przemieszczenia zachodzące na powierzchni skarp mogą wpłynąć negatywnie np. na urządzenia transportowe. Zaleca się prowadzenie eksploatacji podziemnej najpierw w lewej połowie potem w prawej części pokładu nr 9, podobnie
9. Opracowany i zastosowany algorytm postępowania dla przypadków posiadających niepełne dane wejściowe, daje podstawy do stwierdzenia, że może być skutecznym narzędziem do projektowania przejścia z eksploatacji odkrywkowej na eksploatację podziemną dla warunków geologiczno-górniczych w Wietnamie. Przy założeniu najmniej korzystnych warunków (‘worst case’) wyniki otrzymane są większe, niż powinno to być w rzeczywistości. Uzyskuje się wówczas odpowiedni poziom bezpieczeństwa i większą pewność przy podejmowaniu konkretnych rozwiązań projektowych.
10. Zaleca się zainstalowanie systemu monitoringu wokół zbocza wyrobiska odkrywkowego. Wyniki otrzymywane z systemu monitoringu są niezbędne nie tylko do wykrywania jakichkolwiek ruchów na powierzchni terenu, podejmowania wyprzedzających działań w celu zapobiegania lub złagodzenia ryzyka i ostrzegania przed wystąpieniem ewentualnej katastrofy, ale także, jako przydatny materiał do kalibracji danych czy weryfikacji obliczeń oraz bieżącej analizy stateczności metodami numerycznymi.
11. Dla warunków górniczo-geologicznych w Wietnamie z uwagi na duże opady, konieczne jest prowadzenie odwadniania dna wyrobiska odkrywkowego oraz zwalnianie postępu eksploatacji podziemnej w okresie sezonu deszczowego.
12. Dalsze prace w ramach analizowanego zagadnienia powinny się skupiać na wykorzystaniu w analizach numerycznych innych modeli konstytutywnych, opracowaniu trójwymiarowych modeli geologicznych i topograficznych do obliczeń przestrzennych, a także weryfikacji uzyskanych w pracy wyników w oparciu o badania w warunkach naturalnych.