Рассмотрены термодинамические условия на поверхностях трещин, образующихся в угле в процессе его разрушения. Показано, что температура на поверхностях трещин на стадии разрушения сравнима с температурой плавления угля и возгорания метана. Приводятся соотношения для оценки развития фазовых переходов на поверхностях трещин в угле. Показано, что количество образующегося метана пропорционально общей поверхности кусков угля при разрушении. Для снижения количества образующегося метана рекомендуется уменьшать нагрузки на забой.
В нетронутом массиве горные породы находятся в состоянии напряженного равновесия. При ведении очистных работ это равновесие нарушается. Недостаточная изученность характера проявления горного давления в зоне очистных выработок обусловила появление ряда гипотез. Исследование геомеханических процессов, происходящих в массиве горных пород, тесно связано с изучением процессов деформирования и смещения горных пород над рабочим и выработанном пространствами. Поскольку проведение реальных крупномасштабных натурных экспериментов связано с рядом трудностей, решение этих задач ранее разработанными и новыми методами, обладающими большой универсальностью и информативностью, является по-прежнему актуальной задачей.
Проанализированы перспективные направления совершенствования технологических схем разработки пласта сланца под водоносными горизонтами, обеспечивающими техническую и экологическую безопасность подземных горных работ. Обоснована целесообразность применения систем разработки с параметрами, обеспечивающими плавный прогиб подрабатываемого массива без образования трещин, объединяющих водоносные горизонты.
Приведена оценка влияния различных факторов на состояние краевой зоны угольного пласта впереди очистного забоя при разработке пологих пластов. Все многообразие факторов можно разделить на горно-геологические и горно-технические. Из горно-геологических наибольшее влияние на деформирование угля в краевой зоне оказывают такие факторы, как мощность, глубина разработки, угол падения, наличие прослойков, из горно-технических – длина лавы, скорость ее подвигания, система разработки, тип и силовая характеристика крепи, способ управления горным давлением.
Получена математическая модель взаимодействия многослойного массива с тонким угольным пластом, включающая исходные разрешающие дифференциальные уравнения и граничные условия. Разработанный алгоритм численного решения реализован в вычислительной программе, в которой входными параметрами являются геологические характеристики основной и непосредственной кровли, коэффициент жесткости угольного пласта в массиве и закон его изменения в краевой зоне, коэффициент жесткости пород почвы, коэффициент жесткости материала закладки, мощность пласта и предельные деформации кровли. Соответственно выходными параметрами вычислительной программы являются: реакция угольного пласта на действие нагрузки от вышележащего массива (опорное давление), вертикальные и угловые перемещения слоев кровли над угольным пластом, вертикальные и угловые перемещения кровли над выработанным пространством, предельный пролет кровли.
Разработан способ управления состоянием горного массива для очистных забоев, использующих струговые установки в условиях неустойчивой кровли. Доказана необходимость увеличения скорости подвигания очистного забоя и применения закладки выработанного пространства для обеспечения устойчивости пород и равномерного нагружения краевой части пласта. Предложена формула расчета критического значения податливости закладочного массива, учитывающая шаг обрушения основной кровли, коэффициент разрыхления, мощность пород непосредственной кровли и позволяющая определять компрессионные свойства закладочного массива по современным методикам и с учетом скорости подвигания очистного забоя и размеров зоны отжима. Предложенная методика обосновывает увеличение скорости подвигания очистного забоя до 4-6 м/сут и нагрузку на очистной забой на 30 %.
Приведены результаты научных исследований, выполненных кафедрой разработки месторождений подземным способом в 2000 г., по проблемным вопросам подземной разработки угольных, сланцевых и соляных месторождений. Сформулированы требования к технологическим схемам отработки пластов на участках с ограниченными размерами при использовании высокопроизводительных механизированных очистных комплексов. Предложены и обоснованы способы повышения эффективности отработки тонких угольных пластов с использованием струговых установок. Исследованы причины динамических обрушений пород кровли в нижних лавах при слоевых системах разработки. Сделаны выводы относительно наиболее перспективных способов отработки техногенных и нефтегазовых месторождений. Разработаны рекомендации по подземному сжиганию угля с целью получения пара и производства электроэнергии.
