Рассмотрены вопросы устойчивости кровли в очистных забоях. Изложены результаты исследований, проведенных в очистных забоях на базе ГХК "Павлоградуголь". Данные результатов анализа состояния комплексно-механизированных забоев показывают основные технологические причины нарушения устойчивости кровли. Проведено компьютерное моделирование на разных моделях, исследовано влияние способа проведения разрезных печей на состояние кровли в очистных забоях. Произведен обзор методов повышения устойчивости кровли очистных и подготовительных выработок.

Освещена сложная горнотехническая проблема - отработка пластов с высыпающими углями. Рассмотрены особенности разработки пластов на шахтах Центрального района Донбасса, определены горнотехнические условия разработки крутопадающих пластов. Предложен методический подход к разработке безопасной технологии отработки пластов, опасных и склонных к внезапным обрушениям угля.

Математическим моделированием с использованием метода конечных элементов установлены зоны разрушения труднообрушающейся кровли при развороте линии очистного забоя и получены зависимости, позволяющие определять рубежи отхода лав.

Досліджено питання прогнозу обвалення важкокерованої покрівлі у лавах пологих пластів Донбасу. Обгрунтовано параметри обвалення важкокерованої покрівлі у цих лавах. Запропоновано новий підхід до розрахунку кроку первинної посадки покрівлі та критерію характеру обвалення порід. Обгрунтовано та встановлено зміну величини опорного тиску залежно від кількості шарів, що входять до області зрушення над виробленим простором, з урахуванням їх кількості та послідовності зрушення. Встановлено залежність руйнівних напружень на верхній і нижній межі породного шару, від кількості шарів, що прогнулися або обвалилися, які беруть участь в області зрушення. Встановлено залежність межового прогону породних шарів покрівлі в області їх зрушення, яка враховує формування руйнівних напружень на межах шарів і вплив довжини лави. Обгрунтовано критерій характеру обвалення безпосередньої та основної покрівлі на момент первинної посадки залежно від типу руйнівних напружень на межах шарів, міцнісних властивостей, потужності та кількості породних шарів, що входять до області зрушення. Встановлено, що для сланцю глинистого та сланцю піскового залежно від потужності породного шару, покрівля може обвалитися дрібними фракціями та великими блоками. Використання результатів досліджень на гірничих підприємствах дозволяє обгрунтовано застосовувати необхідні заходи щодо управління важкокерованою покрівлею, уникнути аварійних ситуацій і підвищити безпеку ведення очисних робіт. Розроблено рекомендації щодо визначення параметрів обвалення на момент первинної посадки безпосередньої та основної покрівлі, які впроваджено на шахті

"Красноармійська - Західна N1", "Родинська" та шахті ім. Стаханова, одержано хорошу збіжність прогнозних і фактичних даних з точністю 15 %. Очікуваний економічний ефект для трьох добувних дільниць від впровадження цих заходів становить 1 192,6 тис. грн./р.

Встановлено геомеханічні закономірності зміни граничних напружених станів складноструктурного порідного масиву, що залягає у покрівлі, під час обробки положистих вугільних пластів за допомогою суцільної системи розробки. Проведено дослідження процесу обвалення порід покрівлі вугільного пласту на моделях з еквівалентних матеріалів. За допомогою комп'ютерного моделювання процесу обвалення складноструктурної покрівлі у лавах простежено зміни НДС для важкообваленої покрівлі положистого вугільного пласту на основі методу скінченних елементів. На підставі аналізу натурних, лабораторних та аналітичних досліджень запропоновано тристадійну модель обвалення порід покрівлі положистих вугільних шарів, що дозволяє для конкретних гірничо-геологічних умов прогнозувати основні параметри процесу руйнування породного масиву під час пересування лави. На основі встановлених закономірностей прогнозування та одержаних формул для величин генерального та сталого обвалень розроблено номограму.

Запропоновано підхід до прогнозу зон обвалень у довгих очисних вибоях, що грунтується на стохастичній природі факторів, які обумовлюють стійкість покрівлі. Установлено середньоквадратичні відхилення від найбільш вірогідних значень параметрів: міцності порід, опору механізованого кріплення та діючих у масиві напружень. Виявлено, що коливання міцності порід зменшуються за умов підвищення коефіцієнта міцності за Протодьяконовим, коливання опору механізованого кріплення збільшується внаслідок зносу комплексу, коливання діючих у масиві напружень є приблизно постійними і становлять 6 МПа. Обгрунтовано вид критерію стійкості покрівлі, з використанням якого розраховується найбільш вірогідне його значення. Зазначено, що на підставі значень коливань вхідних параметрів можливе встановлення коливання значення критерію стійкості та виявлення зони можливого обвалення порід у межах виїмкового стовпа за різної надійності прогнозу.

Розроблено методичні засади визначення параметрів зон зсунення гірських порід під час виймання крутих вугільних пластів з використанням різних способів керування покрівлею, що дозволяє прогнозувати вплив підроблення на стан земної поверхні та гірського масиву й обгрунтовано прийняття рішень щодо технології розробки, охорони об'єктів і природного середовища. На підставі узагальнення результатів інструментальних спостережень за процесом зсунення гірських порід і земної поверхні під час виймання крутих пластів встановлено, що у разі управління покрівлею повним обваленням над покрівлею вийнятого пласта утворюється купол (порожнина), який істотно впливає на параметри зсунення. За даних умов виявлено зсунення гірських порід по нормалі до вийнятого пласта та їх ковзання по нашаруванню. Встановлено, що динамічна мульда зсунення масиву гірських порід під час виймання вугілля крутих пластів смугами за падінням розвивається динамічно у випадку зниження рівня вибою та циклічно за простяганням. Зазначено, що у разі виїмки лавами динамічна мульда розвивається за простяганням. Встановлено різницю у геомеханічних процесах за умов використання даних схем виїмки вугілля. Розроблено математичну модель зсунення гірських порід і земної поверхні за умов виймання крутих вугільних пластів шахтами Центрального району Донбасу. Показано, що у разі виймання крутих вугільних пластів осідання в площині нашарування задовільно описуються інтегральною функцією Гаусса.

Обгрунтовано параметри технології фізико-хімічного зміцнення покрівлі на протяжних ділянках лав, що базується на закономірностях фільтраційних, сейсмоакустичних, структурно-механічних властивостей порушеного масиву і призначена для підвищення ефективності роботи лав за умов нестійкої покрівлі. Встановлено вплив на тріщинну проникність покрівлі спереду очисного вибою міцності порід, глибини розробки та неоднорідності масиву. Наведено методики розрахунку товщини зміцненого хімічним складом шару покрівлі, необхідного для збереження її стійкості та для розрахунку відстані між анкерами за комбінованого способу зміцнення. Розроблено методику визначення параметрів технології фізико-хімічного зміцнення покрівлі лав.

Здійснено теоретичне узагальнення та вирішено актуальну науково-технічну проблему - запобігання травматизму від обвалювань пород в очисних гірничих виробках вугільних шахт, яке базується на врахуванні геомеханічних особливостей процесу руйнування вуглевміщувальних бічних пород внаслідок зміни їх напружено-деформованого стану, встановленні ступеня впливу діючих факторів на травматизм від обвалювань, розробці прогресивних засобів і способів запобігання обваленням і травматизму. Установлено функціональну залежність показників травматизму під час обвалювання пород від типу структури покрівлі вугільного пласта. Розкрито основні закономірності прояву травматизму у разі обвалювань пород залежно від складу покрівлі, глибини ведення гірничих робіт і потужності безпосередньої покрівлі вугільного пласта, кількості порушень вимог нормативних документів. Результати дослідження використано як складові нормативних документів, що регламентують порядок застосування розроблених засобів і способів запобігання травматизму від обвалювань пород. Завдяки впровадженню результатів роботи у вугільній промисловості України досягнено зменшення кількості травмованих від обвалювання пород на 20 % і одержано економічний ефект 11 943 тис. грн.

Подано нове вирішення актуальної наукової задачі, яка полягає у визначенні особливостей зрушень порід безпосередньої покрівлі, що оголюються, розкритті механізму підвищення їх стійкості зі збільшенням відстані від вибою лави до місця повних осідань важкообрушуваних пісковиків основної покрівлі для запобігання або різкого зменшення вивалів порід у привибійному просторі в процесі виймання вугілля механізованими комплексами за складних умов великих глибин. Наведено методику розрахунку рівня напружень у породах покрівлі пласта, результати лабораторних і натурних досліджень проявів гірничого тиску в лавах за умов великих глибин.

Розглянуто питання створення технології керування важкообвальною покрівлею (ВОП) під час проведення виробок у тонких пластах, що базується на закономірностях дії вибуху в масиві та фізико-хімічного зміцнення порід покрівлі лав, вироблений простір яких закладається пустою породою з використанням замкнених породотранспортних систем. Досліджено механізм формування додаткової тріщінуватості та деформацій порід покрівлі, зумовлених впливом на них підривних робіт, визначено ступінь впливу параметрів вибуху на граничний стан породного масиву. Розроблено технологію буропідривних робіт і програму оперативного прогнозу стійкості ВОП для вибору типу кріплення виїмкових виробок з пологим заляганням тонких викидонебезпечних пластів. Запропоновано ефективні засоби механізації породозакладних робіт, обгрунтовано технологію повного та часткового закладання виробленого простору з визначенням розрахункових параметрів і реакції опору охоронної бутової смуги, її ширини за безцілкового виймання викидонебезпечних і самозаймистих пластів.

Приведены результаты исследований изменения напряженно-деформированного состояния рудного массива в процессе его самообрушения. Представлена зависимость параметров зон действия растягивающих напряжений в самообрушающемся массиве от его формы и выявлены закономерности их формирования в процессе очистной выемки.

Проаналізовано складності проведення гірничих робіт, пов'язаних із фізичними явищами стану геологічних моделей гірських масивів. Для прогнозування обвалень і виявлення потенційно небезпечних зон поверхонь, що перебувають у межах гірничих відводів підприємств, використовуються спеціально розроблені математичні методи під час проведення гірничих робіт, що реалізуються за допомогою програмного забезпечення сучасного інструментарію технологій геоінформаційних систем. Це дозволить підвищити безпеку ведення гірничих робіт і забезпечить життєдіяльність населення.

Приведены результаты определения изменения модуля деформации обрушенных пород во времени при различных скоростях подвигания очистного забоя.

Приведены результаты моделирования, направленные на определение первичного шага обрушения и установление его критерия.

Дано определение и обоснована необходимость применения оптимальных параметров недозированного выпуска руды под обрушенными породами вместо обычно применяемых расстояний между выработками выпуска и доставки, изложены результаты промышленных испытаний оптимальных параметров недозированного выпуска на шахтах Кривбасса.

Приведена методика моделирования процесса уплотнения обрушенных горных пород и указаны пути дальнейших исследований.

Рассмотрено геомеханическое явление случайного происхождения в виде обрушения, которое имело место в одной из польских каменноугольных шахт. Последствия обрушения пород в кровле протяженной выработки привели к горной катастрофе с большими материальными затратами. Рассмотрены характеристики различных типов обрушений пород кровли и причины их возникновения.

Изложены теоретические предпосылки для разработки физических моделей процесса обрушения пород кровли. Проведены исследования данного процесса на моделях из эквивалентных материалов. Значительное внимание уделено компьтерному моделированию процесса обрушения сложноструктурной кровли в лавах пологопадающих пластов, акцентировано на выборе критериев прочности, определяющих обрушение пород кровли, выборе интегрального критерия прочности на второй стадии обрушения. Представлена физическая модель пород кровли в лавах пологопадающих пластов. Установлены закономерности предельного напряженного состояния в сложноструктурной кровле, что позволяет прогнозировать момент обрушения пород основной кровли, выполнять расчеты параметров крепления в подготовительных выработках, а также повышать безопасность работающих в лаве людей. Приведены рекомендации по практическому применению результатов данных исследований.

Рассмотрены новые представления о природе травматизма от обвалов и обрушений, в основе которых находится расслоение пород, происходящее, как при выемке угля (породы), так и вслед за этим, т.е. в течение какого-то промежутка времени.