На основе анализа планов горных выработок и натурных исследований на шахтах АО «СУЭК-Кузбасс» показано, что в условиях увеличения размеров выемочных столбов при отработке свит пологих угольных пластов напряженно-деформированное состояние массива по длине выработок существенно изменяется. Отмечена необходимость прогноза напряженно-деформированного состояния на стадии проектирования паспортов крепления выработок, а также последующего мониторинга состояния кровли выработки и его изменений в процессе ведения горных работ с использованием видеоэндоскопов. Приведены результаты численных исследований напряженно-деформированного состояния массива при подготовке выемочных участков тремя выработками для различных сочетаний ширины целиков между выработками для горно-геологических и горнотехнических условий шахты «Талдинская-Западная-2». Сравниваются напряжения в окрестности трех выработок со значениями, полученными при подготовке выемочных участков спаренными выработками. Представлен комплекс рекомендаций по выбору места расположения выработок, ширины целиков, паспортов крепления, обеспечивающих устойчивое состояние выработок в течение всего срока службы при минимальных потерях угля в целиках.
Рассмотрены причины отставания показателей ведущих российских угольных шахт, осуществляющих разработку пологих угольных пластов длинными очистными забоями, от аналогичных зарубежных. Выполнен анализ эффективности монтажно-демонтажных работ на шахтах АО «СУЭК-Кузбасс». Выявлены существенное превышение плановых сроков выполнения монтажно-демонтажных работ при отработке мощных пологих пластов, причины низкой эффективности демонтажных работ и основные направления совершенствования технологии демонтажных работ. Рассмотрены направления обеспечения эксплуатационного состояния демонтажных камер, формируемых очистным забоем. Представлены рекомендуемая схема отработки сближенных угольных пластов и трехмерная модель массива горных пород для обоснования ее параметров. Выполнены численные исследования с использованием метода конечных элементов. Показаны результаты моделирования напряженно-деформированного состояния массива горных пород в окрестностях демонтажной камеры, сформированной в условиях повышенных напряжений от краевой части ранее отработанного вышезалегающего пласта. Установлены основные факторы, определяющие возможность обеспечения эксплуатационного состояния демонтажных камер. Показана необходимость учета влияния зоны повышенных напряжений при выборе паспортов крепления и организации демонтажных работ при мощности междупластья 60 м и менее. Определена достаточная величина смещения для обеспечения эксплуатационного состояния демонтажной камеры под выработанное пространство 50 м, для монтажной камеры – 30 м. Даны рекомендации по совершенствованию технологических схем и организации монтажно-демонтажных работ на шахтах, ведущих отработку свит пологих угольных пластов длинными очистными забоями с формированием демонтажной камеры очистным комплексом.
На примере шахт АО «Воркутауголь» рассмотрена проблема образования протяженных зон повышенного горного давления (ПГД) от целиков на границах выемочных столбов, образовавшихся из-за раскройки шахтного поля сложной геометрии. Проведен детальный анализ оставшихся запасов донной части месторождения для подсчета потерь, влияния зон ПГД от защитного пласта «Четвертый» на горные работы по верхнему пласту «Тройной», а также возможностей уменьшения размеров зон ПГД за счет расширения подработанного пространства. В результате исследования донной части Воркутского месторождения в рамках принятой раскройки были выделены участок на шахте «Комсомольская» и два участка на шахте «Заполярная-2», где потери на границах выемочных столбов составляют 13-22 % от общих объемов запасов в шахтном поле. Большой объем потерь в данных целиках говорит об актуальности исследований влияния первоочередной выемки защитных пластов на эффективность и безопасность горных работ на выемочных участках пластов в подработанных зонах и зонах ПГД. На основании анализа зарубежного и российского опыта доработки целиков на границах выемочных участков, а также методических руководств и инструкций была разработана технологическая схема, позволяющая повысить коэффициент извлечения угля в донной части Воркутского месторождения с 0,75 до 0,9 без принципиального изменения вентиляционной и транспортной сетей, а также без закупки дополнительного горного оборудования. Проведенные экономические расчеты подтвердили эффективность внедрения новой технологической схемы для доработки запасов на границах выемочных участков. Экономический эффект составляет 0,079-1,381 млрд руб. дополнительной прибыли с соосных выемочных столбов в зависимости от горно-геологических условий и размеров целиков.
Приведен анализ перспектив развития горного производства в мире, сформулированы требования к горным технологиям, а также основные тенденции технологического развития минерально-сырьевого комплекса. Показана роль горного дела и профессионального образования как необходимых составляющих устойчивого развития территорий. Сформулированы глобальные вызовы, которые необходимо учитывать при формировании общих подходов к развитию горного образования. Проанализированы особенности профессионального горного образования в России, Германии, США и других ведущих горнодобывающих странах. Рассмотрены профессиональные стандарты горных инженеров в разных странах мира, их связь с образовательными стандартами. Показана роль профессиональных сообществ в развитии профессионального образования и стимулировании непрерывного профессионального развития горных инженеров. Отмечена необходимость международной интеграции по вопросам подготовки и непрерывного профессионального развития специалистов в области горного дела, а также международной аккредитации образовательных программ и сертификации горных инженеров. Представлены данные о международных организациях, выполняющих функции международной аккредитации инженерных образовательных программ, истории их создания и роли в условиях глобализации экономики. Приведены положительные примеры международного сотрудничества и современных интеграционных процессов среди университетов с целью унификации требований и совершенствования систем подготовки и непрерывного профессионального развития горных инженеров.
Приведен анализ требований нормативных документов, а также мирового опыта проектирования подземной отработки свит угольных пластов. Рассмотрены основные проблемы интенсивной отработки свит пологих газоносных пластов длинными столбами, методы определения параметров зон повышенного горного давления и степени взаимного влияния пластов. На примерах шахт Кузбасса и Печорского бассейна показано, что при проектировании отработки сближенных пластов выбор параметров технологических схем часто производится без учета взаимного влияния отработки, что приводит к существенному осложнению условий ведения горных работ и снижению технико-экономических показателей отработки. Действующие нормативные документы не позволяют в полной мере учесть комплексное влияние факторов при отработке свит пластов. На основании результатов натурных, лабораторных и численных исследований отмечено, что при отработке пластов длинными столбами рекомендации по взаимному расположению целиков на сближенных пластах, обеспечивающих эффективность и безопасность горных работ, могут существенно отличаться в случае склонности пластов к самовозгоранию, высокой газоносности пластов, влиянии работ на дневную поверхность, сложных условий поддержания выработок. Показана важность наличия на стадии проектирования информации о напряженно-деформированном состоянии массива и его изменениях в процессе отработки свит пластов. Отмечена необходимость корректировки нормативных документов с целью более детального определения формы, размеров и местоположения зон повышенного горного давления, уровня напряжений в этих зонах. Разработан комплекс рекомендаций по эффективной и безопасной отработке свит пластов.
Приведены результаты исследований влияния длины лавы на характер газовыделения на выемочных участках пласта «Четвертый» шахт ОАО «Воркутауголь». Получены зависимости нагрузки на очистной забой от длины лавы. Определен диапазон рациональных значений длины лавы с точки зрения управления газовыделением.
Приведены результаты численных исследований аэрогазодинамических процессов на выемочных участках при использовании систем разработки с подэтажным обрушением и выпуском угля с использованием механизированной крепи в условиях ООО «Шахта «Киселевская». Показано, что надежное и эффективное проветривание выемочного участка обеспечивается при использовании технологической схемы с тремя штреками в пределах подэтажа. Определены параметры схемы.
Проведен анализ деформаций и разрушений земной поверхности под воздействием отработки пласта Байкаимский в пределах горного отвода шахты «Красноярская». Отмечен необычный характер процесса сдвижения, при котором разрушения поверхности наблюдаются при глубине разработки, более чем в 50 раз превышающей вынимаемую мощность пласта. Предложена гипотеза о механизме формирования разрушений поверхности.
На основе анализа мирового опыта интенсивной отработки выемочных участков угольных пластов показаны основные направления развития технологии подземной угледобычи на шахтах России. Проведена оценка состояния нормативной базы проектирования, отмечено ее существенное отставание от практики современного горного производства. Для повышения качества проектов обоснована необходимость разработки общеотраслевого альбома технологических схем подготовки и отработки выемочных участков угольных пластов.
Приводятся возможные направления решения актуальное для горного производства задачи, касаюшейся получения ответов на вопросы целесообразного развития фронта очистных работ на шахтах. Предложено использовать принципы регрессионного анализа при построении математических моделей указанного процесса, приведены регрессионные уравнения для условий шахтных полей Воркутинского месторождения. Отмечена возможность использования данного принципа при выборе эффективных решений планирования горных работ при выемке оставшихся запасов месторождения с учетом основных горно-геологических факторов разработки.
