Отдел проблем разработки месторождений на больших глубинах: история создания и направления деятельности
Надана хронологія роботи колективу відділу з моменту створення, охарактеризовані основні напрями його роботи та перспективи подальших досліджень. Основних напрямів роботи шість: наукові основи підтримки підготовчих і капітальних виробок, розробка нових технологій і елементів кріплення підготовчих і...
Збережено в:
| Дата: | 2012 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Назва видання: | Геотехническая механика |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/53983 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Отдел проблем разработки месторождений на больших глубинах: история создания и направления деятельности / А.Ф. Булат // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 100. — С. 260-281. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-53983 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-539832025-02-09T13:53:55Z Отдел проблем разработки месторождений на больших глубинах: история создания и направления деятельности Department of problems of development of deposits on large depths: history of creation and direction activity Булат, А.Ф. Надана хронологія роботи колективу відділу з моменту створення, охарактеризовані основні напрями його роботи та перспективи подальших досліджень. Основних напрямів роботи шість: наукові основи підтримки підготовчих і капітальних виробок, розробка нових технологій і елементів кріплення підготовчих і капітальних гірничих виробок з використанням нетрадиційних, ресурсозберігаючих та екологічно чистих матеріалів; нові технології дегазації вуглепородного масиву з використанням газозбірної виробки; наукові основи ультразвукової технології формування радіоційно-захистових покрить; реструктуризация угольной промышленности на базе высокоэффективных маневровых теплоэнергетических комплексов (МТЭК), орієнтованих на комбіновану виробку тепла і електроенергії; розвиток теорії математичного моделювання процесів провітрювання вугільних шахт у нормальных та аварійних режимах. У подальшому ці дослідження будуть продовжені в напрямку вдосконалення систем дегазації вугільних шахт і використання техногенного метану. Given chronology of work of collective of department from the moment of creation, described basic his work assignments and prospects of subsequent researches. Basic work assignments six: scientific bases of support of the preparatory and capital making, development of new technologies and elements of fastening of the preparatory and capital mountain making with the use of untraditional, resource – keep and ecologically clean materials; new technologies of degassing of coal - pedigree array with the use of the gas- сollapsible making; scientific bases of ultrasonic technology 261 of forming of radiation -protection coverage; restructuring of coal industry on the base of high efficiency manoeuvre is warm power complexes (HEPK), oriented to the combined making of heat and electric power; development of theory of mathematical design of processes of ventilation of coal mines in normal and malfunctions. In subsequent these researches will be continued in direction of perfection of the systems of degassing of coal mines and use of technogen menhane. 2012 Article Отдел проблем разработки месторождений на больших глубинах: история создания и направления деятельности / А.Ф. Булат // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 100. — С. 260-281. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/53983 622.272.3.001.5 ru Геотехническая механика application/pdf Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Надана хронологія роботи колективу відділу з моменту створення, охарактеризовані основні напрями його роботи та перспективи подальших досліджень. Основних напрямів роботи шість: наукові основи підтримки підготовчих і капітальних виробок, розробка нових технологій і елементів кріплення підготовчих і капітальних гірничих виробок з використанням нетрадиційних, ресурсозберігаючих та екологічно чистих матеріалів; нові технології дегазації вуглепородного масиву з використанням газозбірної виробки; наукові основи ультразвукової технології формування радіоційно-захистових покрить; реструктуризация угольной промышленности на базе высокоэффективных маневровых теплоэнергетических комплексов (МТЭК), орієнтованих на комбіновану виробку тепла і електроенергії; розвиток теорії математичного моделювання процесів провітрювання вугільних шахт у нормальных та аварійних режимах. У подальшому ці дослідження будуть продовжені в напрямку вдосконалення систем дегазації вугільних шахт і використання техногенного метану. |
| format |
Article |
| author |
Булат, А.Ф. |
| spellingShingle |
Булат, А.Ф. Отдел проблем разработки месторождений на больших глубинах: история создания и направления деятельности Геотехническая механика |
| author_facet |
Булат, А.Ф. |
| author_sort |
Булат, А.Ф. |
| title |
Отдел проблем разработки месторождений на больших глубинах: история создания и направления деятельности |
| title_short |
Отдел проблем разработки месторождений на больших глубинах: история создания и направления деятельности |
| title_full |
Отдел проблем разработки месторождений на больших глубинах: история создания и направления деятельности |
| title_fullStr |
Отдел проблем разработки месторождений на больших глубинах: история создания и направления деятельности |
| title_full_unstemmed |
Отдел проблем разработки месторождений на больших глубинах: история создания и направления деятельности |
| title_sort |
отдел проблем разработки месторождений на больших глубинах: история создания и направления деятельности |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2012 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/53983 |
| citation_txt |
Отдел проблем разработки месторождений на больших глубинах: история создания и направления деятельности / А.Ф. Булат // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 100. — С. 260-281. — рос. |
| series |
Геотехническая механика |
| work_keys_str_mv |
AT bulataf otdelproblemrazrabotkimestoroždenijnabolʹšihglubinahistoriâsozdaniâinapravleniâdeâtelʹnosti AT bulataf departmentofproblemsofdevelopmentofdepositsonlargedepthshistoryofcreationanddirectionactivity |
| first_indexed |
2025-11-26T13:59:12Z |
| last_indexed |
2025-11-26T13:59:12Z |
| _version_ |
1849861660544598016 |
| fulltext |
260
практических рекомендаций при разработке отделами ГП “ДонУГИ” техноло-
гических схем очистной выемки пологих пластов и схем механизированного
крепления комбайновых лав, внедрены в ОАО “Краснодонуголь”, ОАО “Пав-
лоградуголь”. Переданы Межотраслевому центру последипломного образова-
ния и кафедре “Охрана труда” ДонГТУ МОН Украины для использования в
учебном процессе последипломной подготовки и повышения квалификации ра-
ботников угольной промышленности и в учебном процессе подготовки студен-
тов. Фактический экономический эффект от внедрения методик и рекоменда-
ций составил 960 тыс. грн, ожидаемый экономический эффект составил более
11 млн. грн в год. “Методика проведения профессиональных тренингов по ох-
ране труда и оценки готовности руководителей участков работ угольных шахт к
предупреждению аварийных ситуаций” утверждена на отраслевом уровне, вне-
дрена в ГП “Свердловантрацит” с ожидаемым экономическим эффектом
9156,25 тыс. грн в год на одну шахту
Созданные ветеранами отдела научные основы управления динамическими
проявлениями горного давления продолжают совершенствоваться. Идёт про-
цесс внедрения полученных результатов в промышленность.
УДК 622.272.3.001.5
Отдел проблем разработки месторождений
на больших глубинах, зав. отделом,
академик НАН Украины А.Ф. Булат
ОТДЕЛ ПРОБЛЕМ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НА БОЛЬШИХ
ГЛУБИНАХ: ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ И НАПРАВЛЕНИЯ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Надана хронологія роботи колективу відділу з моменту створення, охарактеризовані ос-
новні напрями його роботи та перспективи подальших досліджень. Основних напрямів робо-
ти шість: наукові основи підтримки підготовчих і капітальних виробок, розробка нових тех-
нологій і елементів кріплення підготовчих і капітальних гірничих виробок з використанням
нетрадиційних, ресурсозберігаючих та екологічно чистих матеріалів; нові технології дегаза-
ції вуглепородного масиву з використанням газозбірної виробки; наукові основи ультразву-
кової технології формування радіоційно-захистових покрить; реструктуризация угольной
промышленности на базе высокоэффективных маневровых теплоэнергетических комплексов
(МТЭК), орієнтованих на комбіновану виробку тепла і електроенергії; розвиток теорії мате-
матичного моделювання процесів провітрювання вугільних шахт у нормальных та аварійних
режимах. У подальшому ці дослідження будуть продовжені в напрямку вдосконалення сис-
тем дегазації вугільних шахт і використання техногенного метану.
DEPARTMENT OF PROBLEMS OF DEVELOPMENT OF DEPOSITS ON
LARGE DEPTHS: HISTORY OF CREATION AND DIRECTION
ACTIVITY
Given chronology of work of collective of department from the moment of creation, described
basic his work assignments and prospects of subsequent researches. Basic work assignments six:
scientific bases of support of the preparatory and capital making, development of new technologies
and elements of fastening of the preparatory and capital mountain making with the use of untradi-
tional, resource – keep and ecologically clean materials; new technologies of degassing of coal -
pedigree array with the use of the gas- сollapsible making; scientific bases of ultrasonic technology
261
of forming of radiation -protection coverage; restructuring of coal industry on the base of high effi-
ciency manoeuvre is warm power complexes (HEPK), oriented to the combined making of heat and
electric power; development of theory of mathematical design of processes of ventilation of coal
mines in normal and malfunctions. In subsequent these researches will be continued in direction of
perfection of the systems of degassing of coal mines and use of technogen menhane.
При преобразовании Днепропетровского Филиала института механики в
Институт геотехнической механики АН УССР Государственный комитет СМ
СССР по науке и технике своим Постановлением № 41 от 15.06.1967 г. возло-
жил на институт ответственность за решение проблем разработки месторожде-
ний полезных ископаемых на больших глубинах, за координацию, направления
и уровень развития науки в стране в этой области, а также за практическое ис-
пользование ее достижений.
Исследования по решению отдельных вопросов этой большой проблемы
проводились в ряде научных отделов института, а работы по координации ис-
следований в стране осуществлялись созданными в институте специальными
комиссиями во главе с ведущими учеными. В результате, за первое десятилетие
(1967-1977 гг.) были решены многие актуальные вопросы, усложнявшие добы-
чу полезных ископаемых на больших глубинах. Это и борьба с внезапными вы-
бросами пород, угля и газа, управление устойчивостью горных выработок, про-
ветривание газообильных шахт, вопросы подъема, транспорта и др.
В этот же период в угольной промышленности Донбасса и горнорудной
Кривбасса происходило наращивание объемов очистных работ за счет освоения
более глубоких горизонтов. Перед горной наукой, помимо решаемых задач,
возникала необходимость определения перспективных путей повышения эф-
фективности и безопасности разработки месторождений в усложняющихся ус-
ловиях.
Учитывая такое положение, Ученый совет института в декабре 1977 года
принял решение о создании специального научного отдела проблем разработки
месторождений на больших глубинах и определил ему задачи:
– определение основных направлений научно-исследовательских работ по
проблеме разработки полезных ископаемых на больших глубинах;
– изыскание перспективных принципов и рациональных параметров основ-
ных технологических процессов эффективной и безопасной разработки место-
рождений полезных ископаемых на больших глубинах;
– разработка рекомендаций для представления в директивные органы по
развитию научных работ по проблеме и использованию их результатов в на-
родном хозяйстве.
Президиум Академии наук УССР поддержал предложение института и в
мае 1978 года такой отдел был создан. Заведующим отделом утвердили д.т.н.
Грецингера Б.Е. Комплектовался отдел специалистами упраздненного отдела
управления горнотехническими процессами и научной группы отдела аэрогазо-
динамики.
Первыми сотрудниками отдела стали: кандидаты технических наук Боров-
ский А.В., Волков В.И., Шинковский В.А., Шишацкий А.Г.; младшие научные
262
сотрудники Галатова С.В., Гринев В.М., Полежай В.М.; инженеры Андрейчен-
ко Т.А., Диденко Н.В., Ладычук Ю.И., Миронов С.И., Старцев А.И., Черкасова
А.Б.; техники Минаев Б.А., Сташевская Л.М. В отделе были развернуты иссле-
дования по современному состоянию и определению перспективных путей по-
вышения эффективности и безопасности разработки месторождений полезных
ископаемых на больших глубинах, а также продолжались исследования по ра-
ботам, перешедшим из отдела аэрогазотермодинамики (по пылеподавлению и
по применению нетрадиционной технологии разработки угольных пластов).
Основной задачей отдела на тот период было изучение влияния горно-
геологических и технологических факторов на эффективность работы рудников
и шахт Кривбасса. В результате проведенных исследований разработан и пере-
дан техуправлению МЧМ УССР метод определения эффективности работы
горнорудных предприятий, учитывающий приведенные затраты и ущерб от по-
терь и разубоживания руды.
В 1980-1983 гг. отдел пополнился кандидатами технических наук Каленчен-
ко А.Н. и Сапуновой И.А., а также инженерами Алферовым О.А., Андрее-
вым А.А., Левиным А.Д., Гречко Н.В, Гусак С.М. Это привело к расширению
тематики исследований и объемов внедрения их результатов. Для рудных шахт
велись исследования по применению прогрессивного управляемого торцевого
выпуска руды. Были разработаны расчетные схемы по определению усилий пе-
ремещения щита под обрушенными породами с учетом влияния высоты подэ-
тажа, а также схемы отбойки основной массы руды в блоке на компенсацион-
ное пространство и в зажатой среде. Для угольных шахт были развернуты
большие работы по изысканию новых технических решений и методов опреде-
ления рациональных параметров технологических схем разработки угольных
пластов, залегающих в сложных горно-геологических условиях больших глу-
бин и определения горнотехнических факторов, оказывающих влияние на вы-
бор основных проектных решений.
Расширены исследования по применению нетрадиционной технологии раз-
работки угольных пластов с предварительным микробиологическим их разу-
прочнением, по управлению газообильностью горных выработок, по разработке
способов борьбы с пылью и улучшению состояния окружающей среды. Груп-
пой сотрудников во главе с Волковым В.И. и Сапуновой И.А. была проведена
колоссальная работа по сбору информации и статистическому анализу основ-
ных горно-геологических факторов, оказывающих влияние на эффективность
разработки пологих, наклонных и крутых угольных пластов Донбасса, по раз-
работке перспективных для глубоких горизонтов вариантов технологических
схем разработки и составлению экономико-математической модели их реализа-
ции. Определены рациональные параметры элементов технологических схем
разработки угольных пластов на глубинах 1000 м и более, обеспечивающие по-
лучение технико-экономических показателей не ниже уровня, достигнутого в
условиях неглубоких шахт. Получены основные технико-технологические ре-
шения, перспективные для типичных горно-геологических условий залегания
угольных пластов на больших глубинах Донбасса, включающие схемы вскры-
263
тия, системы разработки, требования к средствам механизации очистных работ
и проведения горных выработок, предложения по проветриванию шахт и кон-
диционированию шахтного воздуха, а также по применению эффективных спо-
собов и средств борьбы с пылью. По некоторым результатам этой большой ра-
боты был разработан «Альбом схем вскрытия, подготовки и систем разработки
пологих пластов Донбасса на больших глубинах, с расположением выработок в
разгруженных зонах», утвержденный Минуглепромом СССР, и выпущенный
как директивный документ. Отдельные материалы были опубликованы в отрас-
левых журналах «Уголь Украины» и «Уголь».
Вторая большая исследовательская работа по проблеме была направлена на
разработку основ нетрадиционной технологии добычи угля предварительно ра-
зупрочненных пластов. Предложена гипотеза о возможности осуществления
управляемого процесса газодинамического диспергирования угля посредством
предварительного газонасыщения угольного пласта с последующим иницииро-
ванием на его забое газодинамических импульсов.
Положительный опыт применения бактериально-химических способов до-
бычи редких и цветных металлов был принят за основу при изучении возмож-
ности его использования для разупрочнения угольного массива. В качестве раз-
рушающего инструмента исследовался микробиологический и биохимический
механизм деструкции угля. В результате исследований, проведенных с участи-
ем ученых Института минеральных ресурсов Мингео СССР (г. Симферополь) и
Института микробиологии и вирусологии АН УССР (г. Киев) были выбраны и
наработаны типы бактерий в увязке с микробиологической средой, способные
деструктировать углепородный массив. Проверка метода в промышленных ус-
ловиях показала, что угольный пласт достаточно эффективно разупрочняется и
переходит в транспортабельное состояние. В результате были определены пути
реализации этого нетрадиционного способа разрушения угольного массива и
разработан ряд технологических схем в увязке с конкретными горно-
геологическими условиями залегания угольных пластов и применяющейся тех-
нологией их разработки. Работа выполнялась зав. отделом д.т.н. Грецингером
Б.Е, к.т.н. Шинковским В.А. и аспирантом Петухом А.П. Петух А.П., используя
отдельные проработки по микробиологическому окислению метана, обосновал
возможность повышения нагрузки на очистной забой, подготовил и в 1982 году
защитил кандидатскую диссертацию.
Продолжались ранее выполнявшиеся работы по аэрогазодинамике в на-
правлении поиска путей управления газообильностью горных выработок глу-
боких шахт, изучения аэрогазодинамических процессов в пределах выемочного
участка и непосредственно очистного забоя. Исследования велись группой со-
трудников во главе с к.т.н. Боровским А.В. и Волковым В.И. На основе обоб-
щенных и проанализированных горно-геологических и горнотехнических дан-
ных, результатов экспериментальных исследований, проведенных на несколь-
ких участках глубоких шахт, был установлен диапазон варьирования интенсив-
ности газовыделения из всех источников поступления и долевое участие каж-
дого из них в газовом балансе. Эти результаты позволили эксплуатационникам
264
определять меры борьбы с метаном с целью повышения нагрузки на очистной
забой, исходя из условий безопасности ведения горных работ. В качестве одно-
го из методов снижения газоотдачи из угольного пласта был предложен и апро-
бирован метод консервации метана путем нагнетания в пласт раствора жидкого
стекла. Проведен комплекс исследований аэрогазодинамики очистного забоя
при безлюдной выемке угля из тонких пластов крутого падения.
По отдельным материалам исследований и разработок по совершенствова-
нию систем подготовки крутых угольных пластов Донбасса, склонных к газо-
динамическим проявлениям, младший научный сотрудник отдела Кухарев Е.В.
подготовил и в 1983 году защитил кандидатскую диссертацию.
В отделе также велась крупная исследовательская работа по развитию и
разработке способов борьбы с пылью и улучшению состояния окружающей
среды при различных технологических процессах горного производства (к.т.н.
Шинковский В.А., Шишацкий А.Г., инженер Андреев А.А., инженер-химик
Гринев В.М.). В результате, до промышленного применения были доведены два
метода пылеподавления – пенный и конденсационный. Первый для применения
и угольных шахтах, а второй – на предприятиях рудных и нерудных месторож-
дений, а также на погрузочных и перегрузочных узлах транспортных систем, в
частности, при загрузке сыпучих материалов в трюмы морских судов. Для пыле
подавления в угольных шахтах были исследованы физико-химические свойства
и выбраны составы нетоксичных пенообразователей, разработаны конструкции
пеногенераторов, обеспечивающих эффективное пылеподавление при работе
выемочных машин и в перегрузочных транспортных узлах. Исследования по
разработке нетоксичных пенообразователей проводились совместно с Институ-
том коллоидной химии и химии воды АН УССР. Один из исполнителей этих
работ, инженер-химик Гринев В.М, с использованием полученных результатов
подготовил и в 1983 году защитил кандидатскую диссертацию.
Для конденсационного метода пылеподавления, в результате исследований,
были разработаны математические модели динамики эжектируемых струй пы-
левых частиц и их улавливания каплей факела орошения, установлена возмож-
ность интенсификации этого процесса за счет создания условий конденсации
пара на каплях факела орошения. Разработан способ пылеподавления, заклю-
чающийся в струйной подаче насыщенного пара в зону дробления горной мас-
сы дробилкой. Эта работа проводилась совместно с конструкторским отделом
СКТБ института, руководимым к.т.н. Чемерисом И.Ф. Была разработана систе-
ма пылеподавления с автономным электрическим парогенератором. Изготовле-
ние оборудования по пылеподавлению осуществлялось на опытном производ-
стве института. Метод и установки пылеподавления в количестве более 100
комплектов внедрены на предприятиях «Укрнерудпрома», треста «Хмельниц-
кдорстрой-материалы» и цементных заводах Украины, РСФСР, Молдавской
ССР, Таджикской ССР, Узбекской ССР и др.
Разработан также способ и устройство для обеспыливания при бурении
взрывных скважин на карьерах. Использование разработанных способов и сис-
тем пылеподавления в промышленности позволяло значительно улучшать са-
265
нитарно-гигиенические и безопасные условия труда горнорабочих. По мате-
риалам этой большой работы сотрудниками отдела опубликован ряд статей в
отраслевых журналах и научных сборниках института, получено более 10 ав-
торских свидетельств на изобретения, а инженер Андреев А.А. подготовил и в
1991 году защитил кандидатскую диссертацию.
Во второй половине 1990-го года в структуре отдела проблем разработки
месторождений на больших глубинах и в его руководстве произошли измене-
ния. Отделу была передана структурная лаборатория «Проблем разработки угля
в сложных горно-геологических условиях», входившая в состав отдела механи-
ки горных пород и возглавляемая д-р техн. наук Булатом А.Ф. Постановлением
Президиума Академии наук УССР от 03.10.1990 г. заведывание реорганизован-
ным отделом возложено на д.т.н. (ныне академика НАН Украины) Булата А.Ф.,
а д-р техн. наук Грегингера Б.Е. избрали на должность главного научного со-
трудника. Значительно увеличилась общая численность отдела и количество
сотрудников с учеными степенями. В отдел переведены кандидаты наук Курно-
сов А.Т., Репка В.В., Вакарчук С.Б., Ляшенко Е.И, Андреев С.Ю., Хохолев В.К.
Заместителем заведующего отделом был назначен к.т.н. Курносов А.Т. Серьез-
ным образом расширилась также направленность научной деятельности отдела.
После проведенной реорганизации было усилено направление по разработке
перспективных способов и средств управления горным давлением.
В 1992-1993 гг. в отделе была открыта госбюджетная тема № 05.41.02
«Системы и технологии управления состоянием предельно-напряженных и вы-
бросоопасных горных пород на основе использования внутренней энергии мас-
сива». Полученные результаты показали важность развития этого направления
для науки и практики. По инициативе и под руководством доктора технических
наук А.Ф. Булата был существенно расширен круг участников совершенствова-
ния этого направления из числа других отделов института. Установлено также
творческое сотрудничество с институтами математики, физико-органической
химии, Карпатского отделения института геофизики Академии УССР, Донец-
кого государственного института КПИ, Рейнско-Вестфальским политехниче-
ским институтом (г. Аахен, ФРГ) и др.
В результате проведенных теоретических исследований и эксперименталь-
ной проверки были установлены закономерности протекания геомеханических
процессов в угольном пласте при формировании зон повышенных напряжений
и снижения уровня их концентрации под влиянием малоэнергоемких воздейст-
вий, приводящих к активизации процесса разрушения призабойной части очи-
стного забоя за счет энергии упругих деформаций, накопленных массивом. Раз-
работаны способы воздействия на зоны повышенных напряжений, получившие
одобрение Центральной комиссии по внезапным выбросам угля, породы и газа
и прошедшие промышленную проверку на крутых угольных пластах всех трех
производственных объединений центрального района Донбасса. Использование
разработок обеспечило повышение нагрузки на очистной забой за счет снятия
ограничений по фактору горного давления и выбросоопасности пласта. Резуль-
таты этих исследований вошли в «Инструкцию по управлению горным давле-
266
нием в очистных и подготовительных выработках при разработке угольных
пластов с углами падения свыше 350», утвержденную Минуглепромом УССР и
используемую на шахтах с крутым и крутонаклонным залеганием пластов.
В дальнейшем расширялись объекты и объемы исследования характера
проявлений напряженно-деформированного состояния массива горных пород в
зонах тектонических нарушений при ведении очистных работ щитовыми агре-
гатами АЩМ, АЩ, АНЩ. В результате были разработаны научно-технические
принципы и обоснованы методы управления состоянием угольных пластов пу-
тем малоэнергоемких воздействий. Разработана математическая модель для
оценки свойств и состояния призабойной части угольного пласта, учитываю-
щая горно-геологические и горнотехнические факторы. В результате этой
большой комплексной работы были выявлены закономерности разрушения
предельно напряженных горных пород при слабых воздействиях, которые в
1992 г. были признаны открытием (диплом № 1). Среди авторов открытия заве-
дующий отделом, доктор технических наук А.Ф. Булат. Кроме того, была выяв-
лена закономерность разрушения горных пород в приконтурной области выра-
ботки, которая в 1996 г. была признана открытием (диплом № 43). Среди авто-
ров открытия заместитель заведующего отделом, кандидат технических наук
А.Т. Курносов. В 1992 г. за комплекс работ по управлению освобождением
энергии горных пород при разработке полезных ископаемых была присуждена
премия Академии наук Украины им. А.Н. Динника. В числе авторов работы за-
ведующий отделом, доктор технических наук А.Ф. Булат. По данному направ-
лению опубликовано 2 монографии, авторами которых являются А.Ф. Булат и
А.Т. Курносов.
Наряду с исследованиями по управлению состоянием горного массива с
1992 г. в отделе получают развитие работы, направленные на комплексное ис-
пользование сырья. С этой целью при отделе создается структурная лаборато-
рия «Физико-химических и биотехнологических методов управления состояни-
ем горного массива и комплексного использования сырья» во главе с доктором
технических наук Репкой В.В. В лабораторию вошли кандидаты технических
наук Шинковский В.А., Андреев С.Ю., Бондарева С.В., Кухаренко В.П., инже-
неры Диденко А.Т. и Рыжов Г.А. Этим коллективом уже в 1999 г. была разра-
ботана математическая модель взаимосвязи набухания, усадки и пластифика-
ции угля при физико-химических воздействиях. Разработан и внедрен на шах-
тах новый способ предотвращения выбросов угля и газа при вскрытии крутых
пластов.
Использование явлений физико-химической механики позволило присту-
пить к созданию нетрадиционных технологий добычи угля. Были разработаны
принципы управления состоянием углепородного массива посредством текучих
реагентов. С целью определения параметров воздействия на пласт совместно с
сотрудниками других подразделений института был спроектирован экспери-
ментальный участок на шахте «Северная» ПО «Дзержинскуголь», горизонт 940
м. Проведенная обработка пласта физико-химическими растворами и гидроим-
пульсными воздействиями показала, что в результате фазовых изменений и
267
структурно-поровых преобразований прочностные и деформационные свойства
угля изменяются более чем на 23 %. Это направление получило дальнейшее
развитие при разработке мероприятий, направленных на борьбу с внезапными
выбросами угля и газа.
С 2001 года, с приходом в отдел научного сотрудника В.Я. Осеннего, по-
ложено начало проведению комплексных исследований горных пород на раз-
ных энергетических уровнях с применением оптической и электронной микро-
скопии, а также физико-химических исследований на основе термогравиметрии
и рентгеноструктурного анализа. Многолетний опыт работы В.Я. Осеннего в
области плазменного разрушения крепких руд в Кривбассе позволил ему, в
рамках международного обмена, наладить контакты с Европейским союзом вы-
соких температур обработки материалов и многие годы сотрудничать с видны-
ми учеными России и Франции: доктором технических наук, профессором
С.В. Дресвиным (кафедра электротехники и электротехнологии Санкт-
Петербургского государственного политехнического университета), профессо-
ром Ж. Амуру, заведующим инженерной лабораторией процессов плазмы и по-
верхностных обработок университета им. Пьера и Марии Кюри, Высшей на-
циональной школы химии в Париже, профессором Р. Фоше, заведующим фа-
культетом естественных наук НКПиПО «Наука о керамических процессах и
поверхностных обработках» Лиможского университета. Благодаря этому со-
трудничеству работы института и отдела прошли апробацию на трех Европей-
ских конференциях «Progress in Plasma Thermal Processing of Materials» в Санкт-
Петербурге и Страстбурге. Научные труды по исследованию плазменных про-
цессов в горных породах и сверхтвердых материалах опубликованы в США,
Франции, Норвегии, Болгарии.
С 1999 г. по 2003 г. в рамках выполнения бюджетной тематики разработан
методический подход к реструктуризации предприятий Минуглепрома в энер-
гокомплексы с глубокой термообработкой низкосортных углей с получением
синтетического жидкого топлива или синтезгазов. По результатам эксперимен-
тов ожижения углей получена жидкая фракция – продукт гидрогенизации, ко-
торая после очистки является аналогом высокооктанового бензина А-98. По-
добный эксперимент проведен в Украине впервые. В рамках этой работы осу-
ществлены теоретические исследования процессов термодеструкции углей, вы-
явлены зависимости выхода продуктов реакции от параметров процесса, разра-
ботана экономико-математическая модель создания теплоэнергокомплексов и
сопутствующих производств: газификации, гидрогенизации, производства
электроэнергии и стройматериалов. В работе активное участие принимали: отв.
исп. к.т.н. А.Т. Курносов, к.т.н. С.Ю. Андреев, к.т.н. В.Л. Приходченко, инж.
Н.В. Коваль и др. Данное направление получило продолжение при разработке
способов термопереработки шламов и низкосортных углей (2007-2010 гг.).
Теоретическими и лабораторными экспериментами доказана эффектив-
ность энерготехнологического принципа переработки углепородных смесей в
едином энергокомплексе с получением энергетических газов и сырья для
строительной отрасли. Способ термопереработки запатентован (пат. Украины
268
№ 56306). Впервые показано, что при термопереработке угольных шламов вы-
деляются достаточные объемы газа с высокой теплотой сгорания (18-
24 МДж/м3), а вторичное использование твердого остатка возможно в различ-
ных стройматериалах. В работе активное участие принимали А.Т. Курносов,
В.Л. Приходченко, Е.А. Слащева, В.Я. Осенний, В.С. Возиянов, Э.С. Клюев.
Разработанный способ термопереработки углепородных отходов позволяет ли-
квидировать шламохранилища, улучшить экологию региона, снизить загрязне-
ние атмосферы, почвы и водных объектов, повысить энергопотенциал региона,
качество жизни и эффективность работы предприятий за счет создания новых
производств и рабочих мест. Ожидаемый экономический эффект от внедрения
данных разработок составляет более 3 млн. грн/год.
Широкомасштабное развитие исследовательских работ в отделе в направ-
лении решения новых задач, связанных с оценкой геомеханического состояния
массива, контроля свойств пород, прогнозирования проявления горного давле-
ния и др. привело к созданию новой аппаратуры геофизического контроля,
имеющей неоспоримые преимущества перед другими приборами: аппаратура
«Импульс», прибор виброакустического контроля анкерной крепи ПВК, изме-
рительные системы контроля анкерной крепи. Результатом выполнения этих
работ явились две монографии, авторами которых являются: А.Ф. Булат,
А.Т. Курносов, В.К. Хохолев. На материалах исследовательских работ по соз-
данию средств и способов диагностики защищены кандидатские диссертации
В.К. Хохолева, В.Л. Приходченко, С.А. Курносова, Ю.Н. Пилипенко.
Важным шагом в развитии отделов института, явилось определение при-
оритетных направлений фундаментальных исследований. Для отдела проблем
разработки месторождений на больших глубинах сформулировано шесть на-
правлений научной деятельности, которые успешно развиваются и подкрепле-
ны бюджетным и хоздоговорным финансированием. Научным руководителем
направлений является А.Ф. Булат.
I направление исследований – научные основы поддержания подготови-
тельных и капитальных выработок в сложных горно-геологических усло-
виях обводненного газонасыщенного массива горных пород и больших
глубин разработки (более 1000 м).
Необходимость данного направления исследований вызвана тем, что на
шахтах Украины более 70 % выработок находятся в условиях неустойчивых
пород и больших глубин разработки. В качестве основных средств поддержа-
ния используются металлоемкие дорогостоящие рамные крепи из спецпрофиля
СВП, несущая способность которых исчерпала свои возможности. По этой
причине более 30 % выработок ежегодно перекрепляется, что приводит к удо-
рожанию себестоимости угля минимум на 25 %.
С целью методического и технического обеспечения Стратегии развития
топливно-энергетического комплекса Украины до 2030 года и Программы «Ук-
раинский уголь», утвержденной постановлением Кабинета Министров Украи-
ны № 438 от 30.03.2002 г., отделом проведены фундаментальные исследования
по установлению закономерностей изменения напряжено-деформированного
269
состояния обводненного газонасыщенного породного массива на больших глу-
бинах под влиянием очистных работ, разработан ряд методических, технологи-
ческих и технических рекомендаций по безопасному и эффективному поддер-
жанию подготовительных и капитальных выработок в сложных горно-
геологических условиях.
1.1. Впервые предложена математическая модель, позволяющая на основе
расчета возможных направлений площадок скольжения и разрыва связей в эле-
ментах модели определять ориентацию систем доминирующей техногенной
трещиноватости с учетом естественных структурных дефектов, слоистости, из-
менения прочностных свойств пород, влияния очистных работ и тектонических
напряжений. На основе данной модели создан новый программный комплекс
компьютерного моделирования и визуализации деформаций и напряжений в
массиве горных пород, который был широко апробирован в лабораторных и
шахтных условиях. Он существенно отличается от известных возможностью
определения систем техногенных магистральных трещин, точностью получае-
мых результатов, максимальной автоматизацией ввода и обработки информа-
ции. Алгоритмы и аналитические решения вошли составной частью в методики
комплексного контроля состояния флюидонасыщенного массива, основанные
на совмещении аналитических и экспериментальных методов определения па-
раметров процессов формирования горного давления. В результате были опре-
делены рациональные технологические и технические параметры способов и
средств комбинированного поддержания штреков, даны рекомендации по их
эффективному поддержанию. Фактический экономический эффект от внедре-
ния данных разработок составил 964 тыс. грн.
1.2. В условиях неустойчивых пород и больших глубин разработки отжим
угля и вмещающих пород со стороны боков достигает таких размеров, что те-
ряется опора кровли и она разрушается, а поднятие почвы (особенно, в услови-
ях увлажнения) достигает 2,6-2,8 м при высоте выработки 3,8 м.
Основным назначением анкерных систем, устанавливаемых в бока и почву
горных выработок, является повышение их устойчивости за счет создания опор
и основания для породно-анкерного перекрытия в породе. К средствам крепле-
ния боков и почвы пластовых выработок предъявляются серьезные требования:
свободно разрушаться режущим органом комбайна при концевых операциях на
сопряжении лавы со штреком, а также не препятствовать подрывке почвы, об-
ладать высокой прочностью на растяжение, но незначительным сопротивлени-
ем на срез. Таким условиям соответствуют одноосно-армированные стеклопла-
стики в виде стержней или труб.
На базе разработанной типизации условий поддержания боков и почвы ан-
керными системами обоснованы параметры и паспорта крепления боков и поч-
вы для различных горно-геологических условий шахт Украины, разработаны
научно-технические принципы обеспечения устойчивости и контроля качества
анкерного крепления.
Опытно-промышленные испытания крепления почвы выработки анкерами
стеклопластиковыми армированными трубчатыми (АСАТ) при комбинирован-
270
ном рамно-анкерном поддержания штреков проведены в сложных горно-
геологических условиях шахты им. А.Ф. Засядько. Фактором экономической
эффективности послужило снижение издержек на подрывку пород почвы. В ре-
зультате опытно-промышленных испытаний смещения пород почвы снизились
в среднем на 49 % и не превысили допустимую величину. Ожидаемый эконо-
мический эффект от внедрения данной разработки достигает 3,7 млн. грн. на
одну лаву. Фактический экономический эффект от применения данной техно-
логии крепления почвы на экспериментальном участке составил более 130 тыс.
грн..
1.3. По причине низкой несущей способности анкеров при комбинирован-
ном рамно-анкерном поддержании выработок в неустойчивых породах смеще-
ния кровли штреков превышают 400-500 мм, а арочная крепь работает в режи-
ме жесткого деформирования. В отделе совместно с инженерно-техническим
персоналом шахты им. А.Ф. Засядько на основе установленных закономерно-
стей работы рамно-анкерного крепления в весьма неустойчивых породах разра-
ботаны принципиально новые способы крепления кровли выработок, которые
базируются на повышении несущей способности анкерных систем нового тех-
нического уровня за счет управляемого изменения профиля стенок шпуров при
анкеровании. Разработаны методические рекомендации, которые устанавлива-
ют параметры нарезки профиля стенок шпуров для сталеполимерных анкеров,
обеспечивающих повышение несущей способности анкерного крепления под-
готовительных выработок в неустойчивых вмещающих породах на основе ме-
тодов аналитической механики и моделирования динамических процессов в де-
терминировано-хаотических системах. Параметры данной технологии, новые
способы и оснастка профилирования шпуров защищены тремя патентами.
Новые способы рамно-анкерного крепления кровли выработок успешно
прошли промышленные испытания на шахте им. А.Ф. Засядько при отработке
2-ой и 3-ей западных лав пласта l4. Смещение кровли снизилось на 42-45%, а
нагрузка на очистной забой по газовому фактору повысилась на 13,6 %. Факти-
ческий экономический эффект от внедрения разработок составил около 2,3 млн.
грн. Объем поддержания выработок с применением рамно-анкерного крепления
на шахте им. А.Ф. Засядько превысил 27 км, из которых больше половины
пройдены в неустойчивых породах и поддерживаются с использованием анке-
ров, закрепленных новыми способами. Исследования и разработки по данному
направлению осуществлялись кандидатами технических наук
А.Т. Курносовым, С.А. Курносовым, И.Н. Слащевым, а также инженерно-
техническими работниками шахты им. А.Ф. Засядько.
II направление исследований – разработка новых технологий и элемен-
тов крепления подготовительных и капитальных горных выработок с ис-
пользованием нетрадиционных, ресурсосберегающих, высоконадежных и
экологически чистых материалов.
В целом на угольных предприятиях страны ежегодно расходуется свыше
5 млн. м3 остродефицитного леса, который как крепь подвергается гниению и
имеет низкую несущую способность. Железобетонные изделия дорогостоящи,
271
тяжелы, неподатливы, легко разрушаются при возведении, металлические – бы-
стро коррозируют, имеют низкую несущую способность. Все эти проблемы
решаются при применении композитов конструкционного назначения из стек-
лопластика. Стекловолокна обеспечивают изделию прочность и жесткость, а
связующее придает ему монолитность, способствует эффективному перерас-
пределению усилий между волокнами, защищает от химических и других воз-
действий.
Фундаментальные исследования и разработки по применению композици-
онных материалов в горном деле выполнялись в течение ряда лет по приори-
тетному направлению развития науки и техники «Новые технологии и ресур-
сосберегающие технологии в энергетике, промышленности и агропромышлен-
ном комплексе».
2.1. Одним из важнейших элементов крепления подготовительных и капи-
тальных горных выработок является затяжка. В настоящее время в качестве ма-
териалов затяжки используется свыше 60 % древесина (доски, распилы, кругля-
ки), около 20 % – бетонные и железобетонные изделия и 10 % – металл (решет-
ка, сетка, листы).
Одним из разработанных элементов крепления выработок является стекло-
пластиковая затяжка, предназначенная для крепления в качестве ограждающей
конструкции в сочетании с различными видами крепи для повышения устойчи-
вости кровли и боков выработок и предохранения от вывалов породы. На базе
теоретических исследований установлены закономерности изменения несущей
способности затяжек в зависимости от ее формы, типа стекловолокна, связую-
щего, способа и технологии их изготовления, технических и технологических
параметров, разработано и утверждено Техуправлением Минуглепрома Украи-
ны ТЗ на затяжку. Экспериментальные образцы изготовлены на предприятиях
Павлоградского механического завода (ПМЗ) и опытного производства Инсти-
тута механики НАН Украины (г. Киев). Лабораторные испытания проведены на
стендах ПМЗ, СКТБ Института механики НАН Украины, НИИСПИ (г. Днепро-
петровск), Марганецкого ГОКа (г. Марганец). Новизна разработок защищена
двумя патентами. К промышленным испытаниям предложено 4 модификации
гофрированных стеклопластиковых затяжек, армированных металлическими
полосами и деревянными брусками. Затяжки прошли испытание на пожаро-
опасность и содержание токсичных газообразных продуктов в НИИГД и на
общую безопасность в МакНИИ. В соответствии с распоряжением Минугле-
прома Украины шахтные испытания затяжек прошли на шахтах четырех объе-
динений: «Добропольеуголь», «Укрзападуголь», «Донбассантрацит», «Ровень-
киантрацит». По данным исследований разработаны технические условия на
применение затяжек в горных выработках ТУУ 88311.002-96. Ожидаемый эко-
номический эффект от использования затяжек из пластиковых материалов со-
ставляет более 6,2 млн. грн. Эффект достигается за счет снижения трудоемко-
сти монтажа затяжки и их повторного использования.
2.2. В отделе разработаны конструкции анкеров АСАТ (анкер стеклопла-
стиковый армированный трубчатый). Разработки защищены двумя патентами.
272
Анкерная крепь из композитных материалов представляет собой специально
изготовленную и возведенную систему анкеров, установленных и закреплен-
ных в приконтурной зоне боков и почвы выработки.
Опытно-промышленные партии АСАТ успешно прошли испытания в лабо-
раторных и промышленных условиях на шахтах «Алмазная» ГКХ «Добро-
польеуголь», «Павлоградская» ГКХ «Павлоградуголь», «Бужанская» ГКХ «Ук-
рзападуголь» и им. А.Ф. Засядько в соответствии с разработанной и утвержден-
ной методикой приемочных испытаний. По результатам научных исследований
и промышленных испытаний разработаны технические условия на анкер АСАТ
– ТУ 10.1-054 11 357-004-2000.
2.3. Разработка и опытно-промышленная проверка средств и способов
управления горным давлением в очистных выработках на базе стоек повышен-
ной несущей способности из тростникового материала.
Основным направлением создания индивидуальных и костровых стоек при
креплении очистных забоев и сопряжений с подготовительной выработкой, за-
менителей древесины и металла является выбор материала широко распростра-
ненного в Украине, отвечающего требованиям простой технологической пере-
работки, заданной конструкционной прочности и относительно невысокой
стоимости. Таким требованиям, как показали исследования, является тростник
обыкновенный, ежегодно произрастающий на огромных территориях Украины
в поймах рек, бесплодно сжигаемый или сгнивающий на дне рек и озер, нанося
экологический вред живой природе. В отделе разработана и запатентована
стойка шахтной крепи на основе тростника как наполнителя и связующего –
бакелитового лака ЛБС-1.
Важная роль в создании прочной конструкции принадлежит связующему,
которое должно удовлетворять следующим требованиям: хорошая смачиваю-
щая способность и адгезия к наполнителю; усадка при отвердении в пределах,
не вызывающих микротрещин; устойчивость вязкостных свойств в течение
длительного времени; быстрое отвердение без выделения летучих веществ; со-
ответствие санитарным нормам применения в подземных условиях.
Опытно-промышленная партия стоек из тростниковых материалов квадрат-
ного сечения площадью 0,015 м2, длиной 1 м и массой до 4,5 кг испытана на
шахте № 4 «Нововолынская» производственного объединения «Укрзападуголь»
в качестве индивидуальной и костровой крепи. По результатам испытаний раз-
работаны рекомендации и технологический регламент по применению стоек
повышенной несущей способности из тростниковых материалов в качестве ин-
дивидуальной и костровой крепи, утвержденные Минуглепромом Украины.
Ожидаемый годовой экономический эффект от применения стоек из тростника
в качестве костровой крепи составляет более 5 млн. грн.
2.4. Разработка стоек из спецпрофиля с замком трения повышенной несу-
щей способности.
Стойка предназначена для крепления сопряжений лавы со штреком, а также
участков повышенного горного давления (ПГД) в зоне влияния очистных работ.
Традиционно в сложных горно-геологических условиях участки сопряжений и
273
зоны ПГД крепятся деревянными, клиновыми или гидравлическими стойками
большого типоразмера, которые по причинам дороговизны, дефицитности, от-
сутствия необходимого ассортимента и перебоями в снабжении учащаются
случаи нарушения паспортов крепления и связанные с этим обвалы пород и
травмирование людей.
В отделе разработана конструкция стоек из спецпрофиля бывшего в упот-
реблении и извлекаемого из завалов при погашении выработок и оригинального
замка трения повышенной несущей способности, обеспечивающего рабочую
характеристику на уровне 20-30 тс при высоте раздвижности стойки 2,2-3,5 м и
конструктивной высоте податливости 0,4 м. Новизна разработки подтверждена
патентом.
Экспериментальная партия стоек испытана в лабораторных условиях. В со-
ответствии с приказом Минуглепрома Украины приемочные испытания опыт-
ной партии стоек проведены на шахте им. РККА (ныне «Алмазная») ПО «Доб-
ропольеуголь». На основании лабораторных и шахтных испытаний отраслевая
лаборатория экспертизы ДонУГИ сделала вывод о соответствии стоек из спец-
профиля с замком трения повышенной несущей способности технологическим
требованиям и техническому уровню, заложенных в ТЗ и рекомендовала к из-
готовлению промышленным способом по заказам шахт. Основным достоинст-
вом стойки из спецпрофиля является ее низкая стоимость и работа в регули-
руемом режиме податливости. Ожидаемый экономический эффект от внедре-
ния стоек в производство определяется полной заменой остродефицитных и до-
рогостоящих деревянных стоек. По предварительным оценкам одна стойка из
спецпрофиля при ее эксплуатации в течение года заменяет от 25 до 50 деревян-
ных, т.е. 2,5-5,0 м3 леса. При нынешних ценах на лес-кругляк в размере 1200 –
1500 грн/м3 и средней потребности одной шахты в аналогичных стойках 500-
1000 шт. в год ожидаемый экономический эффект от внедрения стоек по одной
шахте составляет от 1,5 до 6,0 млн. грн. Исследования, разработки и промыш-
ленные испытания новых технологий и элементов крепления выработок возгла-
вил к.т.н. А.Т. Курносов при непосредственном участии сотрудников отдела
к.т.н. С.А. Курносова, главного конструктора проекта В.С. Возиянова, конст-
рукторов В.Ф. Калиниченко, Ю.Н. Сафонова и др.
III направление исследований – научные принципы новых технологий
дегазации углепородного массива с использованием газосборной выработ-
ки, предусматривающие разделение во времени и пространстве процессов
безопасной отработки угольных пластов высоконагруженными лавами и
эффективной добычи метана.
Увеличение глубины разработки свыше 1000 м и интенсификация добыч-
ных работ на наиболее производительных шахтах Украины приводит к опас-
ным скоплениям метана в горных выработках и ограничению нагрузки на очи-
стной забой по газовому фактору. Превышение допустимых «Правилами безо-
пасности…» норм скопления метана в газовоздушной смеси горных выработок
является основной причиной возгорания и взрывов газа метана, обрушений
кровли, внезапных поднятий почвы, выдавливания массива угля и породы, вне-
274
запных выбросов угля породы и газа, что, в конечном итоге, приводит к чело-
веческим жертвам. Поэтому эффективная дегазация углепородного массива
признана принципиально важным направлением решения проблемы безопасной
отработки угольных пластов.
Основным недостатком традиционных дегазационных мероприятий являет-
ся то, что они проводятся из подготовительных выработок, которые одновре-
менно используются и для добычи угля. Подобные схемы дегазации, в боль-
шинстве случаев, делают невозможным проведение предварительной дегазации
газоносных пород, расположенных в кровле и почве отрабатываемого пласта.
При этом штреки, как правило, находятся слишком далеко от мест расположе-
ния газоносных источников и поэтому скважины не в состоянии качественно и
эффективно их дегазировать. Другой проблемой дегазации является низкая ус-
тойчивость подготовительных выработок, использующихся для бурения дега-
зационных скважин по причине их длительного пребывания в зонах макси-
мального опорного давления.
С целью обеспечения Указа Президента Украины «О неотложных меро-
приятиях по улучшению условий труда и совершенствованию государственно-
го надзора по его охране на предприятиях угольной промышленности»
от16.01.2002 г. №26/2002, Постановлений Кабинета министров Украины №
1463 от 27.09.2000 г. «О мероприятиях по развитию промышленной добычи ме-
тана на угольных месторождениях Донбасса» и № 939 от 6.07.2002 г. «Об ут-
верждении программы повышения безопасности труда на угольных шахтах»
отдел проблем разработки месторождений на больших глубинах ИГТМ
НАН Украины с 2002 года провел широкий комплекс фундаментальных и при-
кладных исследований, направленных на разработку принципиально новых
технологий дегазации углепородного массива с использованием газосборной
выработки, предусматривающих разделение во времени и пространстве процес-
сов добычи угля и дегазации массива.
Новые технологии дегазации предназначены для обеспечения эффективного
и безопасного ведения горных работ в сложных горно-геологических условиях
глубоких шахт, улучшения условий труда шахтеров, предотвращения экологи-
ческого загрязнения окружающей среды, попутной добычи альтернативного
топлива – метана высокой концентрации.
При выполнении работы был решен ряд важнейших фундаментальных и
прикладных задач. Научные результаты связаны с установлением новых зако-
номерностей изменения геомеханического состояния и газовой проницаемости
газонасыщенного породного массива под влиянием очистных работ и реакцией
на данные процессы пространственных и временных параметров различных по
литологической структуре источников газовыделения в горные выработки. По
результатам опубликовано значительное количество научных работ, сделано
открытие № 218 «Закономерность изменения газовой проницаемости горных
пород при переходе их из объемного равнокомпонентного напряженного со-
стояния в разнокомпонентное», одним из авторов которого является
к.т.н. С.А. Курносов.
275
На базе полученных научных результатов разработаны методики прогноза
перемещения свободного метана в массиве, контроля устойчивости и определе-
ния параметров рационального расположения газосборных выработок, разрабо-
таны технические задания на проектирование экспериментальных участков по
отработке элементов технологии отбора газа. Нами были разработаны и под-
тверждены Патентами Украины ряд новых способов дегазации и добычи мета-
на из пластов-спутников, газоносных пород и выработанного пространства.
Широкомасштабная апробация разработок в условиях опасных по газу шахт
им. А.Ф. Засядько и «Краснолиманская» подтвердила преимущества предло-
женных технологий дегазации по сравнению с применяемыми на шахтах отрас-
ли. В результате были установлены: требования к правильной организации ра-
бот по дегазации, параметры целевого заложения дегазационных скважин на
конкретные источники газовыделения, последовательность проведения буро-
вых и дегазационных работ, параметры и режимы взаимоувязки процессов уг-
ледобычи и дегазационных мероприятий при различных технологических схе-
мах ведения горных работ.
Основным практическим результатом наших исследований стали разработ-
ка, утверждение и введение в действие стандарта Минуглепрома Украины
СОУ 10.1.05411357.006:2007 «Дегазація вугільних пластів та вміщуючих порід
з застосуванням газозбірної виробки. Схеми дегазації», который по приказу
Минуглепрома № 546 с 1.04.2008 г. внедряется на угольных шахтах Украины.
Данный стандарт регламентирует условия и параметры эффективного приме-
нения новых схем дегазации в угледорывающей отрасли Украины, устанавли-
вает требования к заложению газосборных выработок и расположению дегаза-
ционных скважин. Выполнение III-го направления работ осуществлялось под
научным руководством академика НАН Украины А.Ф. Булата при непосредст-
венном участии сотрудников отдела с.н.с. Курносова А.Т.,
с.н.с. Курносова С.А., н.с. Слащева И.Н., н.с. Слащевой Е.А., гл. констр. проек-
та Возиянова В.С., гл. технолога Ковбасенко В.Б., м.н.с. Сапегина В.Н. К разра-
боткам стандарта были также привлечены специалисты ДонУГИ, ВНИМИ,
МакНИИ и Донгипроуглемаш. На базе научных исследований и разработок по
данным направлениям подготовлена к защите докторская диссертация Курно-
сова С.А.
IV направление исследований – разработка научно-технических основ
ультразвуковой технологии формирования радиационно-защитных (РЗ)
покрытий с аномально высокими свойствами на разнообразных матрич-
ных материалах с использованием модификаторов из вторичного мине-
рального сырья техногенных месторождений Украины.
Проблема радиационной безопасности в Украине и вопросы создания эф-
фективных и относительно дешевых РЗ материалов на базе использования оте-
чественного вторичного минерального сырья в виде хвостов горнодобывающих
и химических перерабатывающих производств имеет особую актуальность.
Материал, разработанный в результате проведенных НИР, является более
эффективным функционально и более дешевым экономически по сравнению с
276
традиционно выпускаемыми для аналогичных целей материалами, так как при
его изготовлении исходным сырьем является β-полугидрат фосфогипса. По ре-
зультатам исследований сделано открытие № 57 «Явление аномального изме-
нения интенсивности потока квантов проникающего излучения моно и много-
элементными средами».
Результаты работы внедрены в рентгенологическом отделении Городской
клинической больницы № 18. Ожидаемый экономический эффект от оборудо-
вания разработанными изделиями рентгенологических кабинетов в масштабе
Украины составляет более 13 млн. грн. Работу выполняли к.т.н. Иванов В.А.
(ответственный исполнитель), м.н.с. Голов К.С. По результатам выполненных
исследований Голов К.С. в 2011 году защитил кандидатскую диссертацию.
Фундаментальные исследования отдела по указанным направлениям только
за последние 10 лет нашли отображения в 4-х научных открытиях, 8-ми моно-
графиях, более 100 статьях в фаховых издательствах, в том числе в 20-ти зару-
бежных. Новизна разработок подтверждена 41 патентом Украины. Общий фак-
тический эффект от внедрения разработок в производство составил более
10 млн. грн., ожидаемый – более 40 млн. грн.
Разработки отдела признаны ведущими научными организациями страны,
ближнего и дальнего зарубежья и отмечены Государственной премией Украи-
ны в области науки и техники, которая вручена заведующему отделом Була-
ту А.Ф.
V направление исследований –реструктуризация угольной промышлен-
ности на базе высокоэффективных маневровых теплоэнергетических ком-
плексов (МТЭК), ориентированных на комбинированную выработку тепла
и электроэнергии. Основанием для этого является привлечение одной из са-
мых эффективных в мировой практике технологии сжигания угля в циркули-
рующем кипящем слое (ЦКШ). Такая технология позволяет сжигать низко-
сортный уголь и даже отходы углеобогащения, которых сегодня множество на-
коплено в угледобывающих регионах. Выработка электроэнергии на тепловом
потреблении позволяет получить достаточно высокий коэффициент полезного
действия - около 80 %, что невозможно сегодня для мощных электростанций.
Экономическая эффективность энергетических комплексов на базе нерента-
бельных угольных шахт обусловлена:
- низкой стоимостью используемого топлива (низкосортный необога-
щенный уголь, отходы углеобогащения);
- реализацией принципа когенерации, т. е. выработкой электроэнер-
гии на тепловом потреблении;
- отсутствием затрат на обогащение и транспортирование угля до
электростанции и передачи электроэнергии от электростанции к угледобываю-
щим предприятиям.
Технико-экономические расчеты по проектам свидетельствуют, что созда-
ние МТЭК позволит уменьшить себестоимость электроэнергии в 2,5-3 раза, а
тепловой энергии – в 4-5 раз по сравнению с действующими тарифами, а шахты
277
за счет теплоэнергетического самообеспечения будут иметь возможность пре-
вратиться в прибыльные и рентабельные предприятия.
МТЭК служат для комбинированной выработки тепла и электроэнергии, а
их высокая эффективность достигается за счет наиболее экономичной выработ-
ки электроэнергии на тепловом потреблении. Строительство МТЭК на базе уг-
ледобывающих предприятий позволяет решить следующие вопросы:
1. Обеспечить надежность электро- и теплоснабжения угледобывающих
предприятий, а также прилегающих к ним жилых массивов и промышленных
предприятий. Выработка электроэнергии осуществляется по тепловому графи-
ку, а надежность электроснабжения обеспечивается работой электрических ге-
нераторов МТЭК параллельно с энергосистемой.
2. Существенно сократить расход импортного природного газа за счет выво-
да из эксплуатации отопительных газовых котельных.
3. Использовать в качестве топлива высокозольные отходы углеобогащения,
идущие сегодня в отвал.
4. Организовать рентабельное производство с комбинированной выработкой
электроэнергии и тепла по сравнению с низкорентабельной, экологически
“грязной”, шахтной котельной и необходимостью закупки электроэнергии из
энергосистемы.
5. Создать дополнительные рабочие места и на значительный срок решить
социальные проблемы, связанные с закрытием шахт.
Экологически чистая технология сжигания низкосортного угля в топках
ЦКС обеспечивает:
- приведение вредных выбросов в атмосферу до уровня нормативных
(окислы азота - до 200 мг/нм3, двуокись серы - до 400 мг/нм3, пыль - до 100
мг/нм3);
- использование шахтной воды в качестве источника водопотребления
по замкнутому циклу без выбросов промышленных вод в водные объекты;
- утилизацию и использование золы для закладки в шахту и производ-
ства стройматериалов;
- утилизацию запыленного шахтного воздуха, содержащего метан, в
топках котла;
- ликвидацию шламохранилищ и рекультивацию территории, зани-
маемой ими.
Как составляющие топливной смеси теплоэнергетических комплексов могут
использоваться такие местные ресурсы, как отходы древесины, другие про-
мышленные отходы. Особенное место должно занимать использование для вы-
работки тепловой и электрической энергии бытового мусора, а также восста-
новленных источников энергии – солнечной, ветровой, геотермальной.
Принципиальным отличием данной методики диверсификации, от предла-
гавшихся ранее в Украине и России, является включение в структуру МТЭК
модульных блоков, реализующих принципы энерготехнологической переработ-
ки угля на месте его добычи с использованием собственных тепла и электро-
энергии. Для бурых углей и углей с низкой степенью метаморфизма предлага-
278
ется технология переработки угля методом гидрогенизации. Использование те-
пловой энергии шахтного энергокомплекса для получения синтетического бен-
зина, дизельного топлива, смазочных материалов, парафинов, воска и т.д. по-
зволит значительно снизить величину энергетической составляющей затрат на
получение данной продукции. Для углей с высокой степенью метаморфизма
предлагается использовать технологию извлечения из них пиритной серы. При
этом пиролизные газы, получаемые в результате паровоздушной обработки уг-
ля, перерабатываются в высоколиквидный товар – серную кислоту – для даль-
нейшего использования в химической промышленности, а обессеренный уголь
сжигается в топках шахтного энергокомплекса, не теряя своей теплотворной
способности. Весьма перспективным является включение в состав шахтного
энергокомплекса модуля, реализующего теплоэнергоемкую технологию полу-
чения из низкосортного угля искусственного жидкого топлива, которое с успе-
хом может заменить дорогостоящий кокс в доменном производстве. В состав
энергокомплекса целесообразно включать цех по производству строительных
материалов с утилизацией гипсосодержащих золошлаковых отходов комплекса,
которые, кроме того, являются отличным материалом для дорожных покрытий.
Реализация МТЭК в отрасли позволит децентрализовать выработку электро-
энергии, частично компенсировать пиковые нагрузки, выиграть время и сфор-
мировать условия для переоснастки мощных твердотопливных электростанций
современным оборудованием, накопить опыт эксплуатации котлоагрегатов на
базе ЦКШ-технологий, наиболее плотно приспособить их к условиям использо-
вания отечественного сырья, отработать параметры и заложить основы для соз-
дания украинских котлостроительных предприятий с использованием передо-
вых технологий сжигания угля.
VI направление исследований – развитие теории математического моде-
лирования процессов проветривания угольных шахт в нормальных и ава-
рийных режимах. В настоящее время в этом направлении работают с.н.с.,
к.т.н. Бунько Т.В., с.н.с., к.т.н. Боровский А.В., с.н.с., к.т.н. Кокоулин И.Е.,
м.н.с. Новиков Л.А.; м.н.с. Бескровный Н.В. (в 2011 г вышел на пенсию). В
рамках этого направления были проведены теоретические и экспериментальные
исследования закономерностей, связывающих аэродинамические параметры
регулируемых ветвей шахтной вентиляционной сети (ШВС) и объектов провет-
ривания, исследована динамика аэродинамических параметров систем вентиля-
ции. Теоретически определено и экспериментально подтверждено, что увели-
чением аэродинамического сопротивления выработок, инцидентных критиче-
скому маршруту от источника воздухоснабжения к объектам проветривания, но
не входящих в него, возможно снижение минимального уровня общешахтной
депрессии, необходимой для обеспечения объектов проветривания заданным
количеством воздуха. Предложен критерий “минимум максимального напора
вентиляторов главного проветривания (ВГП)”, обеспечивающий выбор опти-
мальных режимов работы (ВГП), совместно работающих на общую вентиляци-
онную сеть. Разработана математическая модель ШВС с динамически изме-
няющейся структурой и параметрами, учитывающая развитие горных работ.
279
Разработан метод расчета оптимальных режимов работы ВГП и параметров ре-
гулирующих устройств, обеспечивающих необходимое воздухораспределение в
заданных расчетных периодах при минимуме напора ВГП, отличающийся ис-
пользованием результатов топологического анализа при поиске ветвей ШВС,
подлежащих регулированию. Использование этого метода в отрасли позволило
уменьшить количество регуляторов, необходимых для обеспечения заданных
расходов воздуха в объектах проветривания, повысить эффективность провет-
ривания уменьшением расходов на его осуществление, существенно сократить
время выполнения вентиляционных расчетов на ПЭВМ.
Разработанные методы и алгоритмы были реализованы в созданной системе
автоматизированного проектирования ШВС позволяющей научно обоснованно
выбирать аэродинамические параметры ШВС с изменяющимися параметрами и
топологией. Программное обеспечение системы прошло межведомственные
испытания в Минуглепроме Украины и включено в состав действующего "Ру-
ководства по проектировании вентиляции угольных шахт", утвержденного
Приказом Госкомитета Украины по надзору за охраной труда № 131 от
20.12.1993 г.
В рамках выполнения работ по Программе повышения безопасности на
угольных шахтах, утвержденной Постановлением Кабинета Министров Украи-
ны от 6 июля 2002 г. № 939, было разработано нормативно-методическое обес-
печение, регламентирующее внедрение в практику работы участков ВТБ уголь-
ных шахт, ГВГСС и проектных институтов угольной отрасли информационно-
аналитических систем мониторинга и расчета рациональных параметров систем
вентиляции. Разработаны и испытаны на нескольких шахтах угольной отрасли
экспериментальные образцы аэродинамического преобразователя разницы дав-
ления ПРД-1. Разработаны рекомендации по совершенствованию систем про-
ветривания выемочных участков угольных шахт. Сформировано пособие по
проведению вентиляционных расчетов для учебно-методических центров по-
вышения квалификации Минуглепрома Украины.
Дальнейшим продолжением работ этого направления стала разработка ме-
тодов проектирования, анализа, оперативного и перспективного планирования
вентиляционных систем с неопределенными структурой и аэродинамическими
параметрами глубоких метанообильных шахт. Эти иcследования связаны с уче-
том особенностей перехода горных работ на большие глубины, повышением
метанообильности угольных пластов, вмещающих пород и выработанного про-
странства, повышением нагрузки на очистные забои в условиях информацион-
ной неопределенности. В рамках этих исследований были получены следую-
щие результаты:
- впервые предложены: формализованный инвариантний способ описания
зон ШВС с неопределенной структурой нелинейными многополюсниками;
классификация многополюсников и обоснованы диакоптические вычислитель-
ные процедуры определения их аэродинамических параметров;
- установлены закономерности формирования областей управления и управ-
ляемости в сложных многовентиляторных сетях. Показано, что область управ-
280
ляемости задается множеством основных объектов проветривания многопо-
люсника без базовой точки, а область управляемости определяется объемом n-
мерным гиперпараллепипедом, метрику которого характеризуют максимальные
расходы воздуха в регулируемых ветвях многополюсника.
- показано, что процесс принятия решений персоналом участка ВТБ при ре-
шении задач перспективного планирования в условиях неопределенности опи-
сывается функционально- ситуационной временной сетью Петри, терминаль-
ные переходы которой интерпретируют выполнение информационных, диакоп-
тических вычислительных и технологических процедур с детерминированным
временем срабатывания, если процедура является автоматизированной, и ото-
бражаются структурным элементом с неопределенным временем срабатывания,
если процедура является интерактивной;
- разработан метод структурной идентификации вентиляционных систем с
неопределенной структурой и аэродинамическими параметрами, учитывающий
различное технологическое назначение выработок в технологическом процессе
проветривания и позволяющий определять основные аэродинамические связи
между элементами ШВС, повышающий достоверность принимаемых решений
при перспективном планировании действующих вентиляционных систем;
- разработан метод комплексной параметрической идентификации ШВС в
условиях неполноты и недостоверности исходных данных, отличающийся уче-
том качественных и количественных характеристик горных выработок, что по-
зволило существенно сократить время на сбор и обработку данных, выявлять
участки ШВС, параметры которых определены с недопустимой погрешностью,
определять истинные аэродинамические сопротивления выработок и путей дви-
жения воздуха в ШВС, а также аэродинамические параметры математической
модели ШВС на ПЭВМ, способную заменить ее в задачах перспективного пла-
нирования, связанных с многовариантными расчетами воздухораспределения;
- разработаны методы выбора рационального воздухораспределения в ШВС
и эффективного базиса регулирующих устройств при определении технических
возможностей шахты по фактору вентиляции, отличающиеся комплексным
учетом критериев безопасности, экономичности и эффективности и анализом
иерархических структур в ШВС, что позволило создать адаптивный базис
средств местного регулирования;
- усовершенствованы существующие методы выбора рациональных аэроди-
намических параметров ШВС при проектировании в условиях неопределенно-
сти критериев оптимальности, которые отличаются использованием областей
управления ВГП в ШВС и адаптивны к хода оптимизационного процесса, что
позволило определять оптимальные режимы работы ВГП с учетом областей их
промышленного использования, выявлять выработки ШВС, которые реализуют
аэродинамическую связь ВГП на исходящей струе воздуха и определять рацио-
нальную величину аэродинамического сопротивления этих выработок;
- разработан метод расчета рациональных аэродинамических параметров
ШВС, отличающийся учетом возможности безремонтного поддержания горных
выработок, позволяющий определять выработки, увеличение сечения которых
281
обеспечивает объекты проветривания заданным количеством воздуха при ми-
нимуме суммарных приведенных затрат;
- разработанная функциональная событийная модель процесса принятия
решений персоналом участка ВТБ положена в основу разработанного норма-
тивно- методического документа «Группа информационного обеспечения уча-
стка вентиляции. Порядок функционирования»;
- обоснована адаптация организационной структуры участка ВТБ, заклю-
чающаяся в создании группы информационного обеспечения. На основе сфор-
мированной модернизированной матрицы прав и полномочий разработана нор-
мативно-методический документ, регламентирующая ее права и обязанности
СОУ «Группа информационного обеспечения участка вентиляции. Порядок
создания»;
- основные результаты исследований использованы в проектах ШВС ГП
«Добропольеуголь» (Белицкая, Алмазная, Белозерская), ГП «Селидовуголь»
(им. Д.С. Коротченко, Комсомолец, им. Ф.Э. Дзержинского), ОАО «Павлоград-
уголь» (Западно-Донбасская, Самарская, Степная, им. Н.И. Сташкова, Благо-
датная, Юбилейная), а также при перспективном планировании вентиляции
шахт им. А.Ф. Засядько и ГП «Луганскуголь». Разработанные методы и алго-
ритмы реализованы в системе автоматизированного проектирования ШВС, пе-
реданы в опытно-промышленную эксплуатацию институту Днепрогипрошахт;
указанные методы и алгоритмы реализованы у компьютерной технологии орга-
низации проветривания угольных шахт при совершенствовании вентиляцион-
ных систем шахт. Программное обеспечение системы прошло испытания и по-
лучило разрешение Госнадзорохрантруда Украины на внедрение на шахтах
угольной отрасли;
- внедрение результатов работы в процесс проектирования обеспечивает:
повышение качества и технико-экономического уровня проектируемых объек-
тов; повышение эффективности труда проектировщика; сокращение времени,
уменьшение стоимости проектирования.
Социальный эффект предлагаемых решений – внедрение современных ин-
формационных технологий на угольных предприятиях повышает культуру
производства, способствует привлечению к работе в угольной отрасли высоко-
квалифицированных специалистов и создает условия для внедрения современ-
ных автоматизированных систем проектирования, мониторинга и управления
производством, а также повышает безопасность и улучшает условия труда гор-
норабочих.
282
УДК [622.817:622.831.325:532.5:579.2].001.5
Отдел проблем технологий подземной
разработки угольных месторождений,
зав. отделом, д-р техн. наук К.К. Софийский
СПОСОБЫ ДЕГАЗАЦИИ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ
ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ ПОРОДОУГОЛЬНОГО МАССИВА
С ПРИМЕНЕНИЕМ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО,
ПНЕВМОГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО, ПНЕВМОДИНАМИЧЕСКОГО
ВИБРАЦИОННОГО И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЙ
Наведено матеріали щодо наукових та практичних результатів використання гідродина-
мічних, пневмогідродинамічних, пневмодинамічних, вібраційних та мікробіологічних дій
щодо розробки нових способів дії на газонасичені вугільні пласти, зокрема при розкритті ви-
кидонебезпечних пластів, проведенні підготовчих виробок та дегазації вугільних пластів при
їх відпрацюванні стелеуступними лавами та лавами, що оснащені щитовими агрегатами.
METHODS OF PREVENT AND DEGASSING GASDYNAMIC PHENOM-
ENA MOUNTAIN MASSIF USING HYDRODYNAMIC,
PNEVMOGIDRODINAMIC, PNEUMODYNAMIC VIBRATION AND
MICROBIOLOGICAL ACTIVITY
The materials on scientific and practical results of the use of hydrodynamic, pneumohidrodi-
namic, pneumodinamic, vibration and microbiological impact on the development of new ways to
impact on the gas-saturated coal beds, particularly at the opening outburst seams the preparatory
workings and degassing of coal beds in the working out of their overhead wall and panelboard wall.
Развитие угольной промышленности в основных угледобывающих странах
сопровождается перманентным ухудшением природных условий разработки,
связанных с углублением горных работ и ростом опасностей в шахте, что нега-
тивно отражается на концентрации и интенсификации производственных про-
цессов добычи угля. Одним их основных природных факторов, негативно
влияющих на деятельность угольных шахт, является высокая газоносность угля
и вмещающих пород, с которой непосредственно связаны наиболее опасные
проявления сил газового и горного давления – газодинамические явления
(ГДЯ).
Интенсивность проявления ГДЯ по мере углубления горных работ непре-
рывно возрастает. При этом существенно (в 3-4 раза) возросли нагрузки на очи-
стные забои, темпы проведения подготовительных выработок и производитель-
ность труда шахтеров [1].
В последние годы разработаны несколько эффективных способов контроля
и борьбы с этим грозным явлением. Однако, несмотря на широкое внедрение
способов борьбы с ГДЯ, они продолжаются, иногда даже при выполненных
противовыбросных мероприятиях. Поэтому, необходимость совершенствова-
ния существующих способов и разработка новых является актуальной пробле-
мой при подземной отработке угольных пластов [2].
В ИГТМ НАН Украины отделом проблем технологий разработки угольных
|