Изложены новые представления о причинах самонагревания и возгорания пород угольных месторождений, многостадийном процессе их горения. Определены наиболее эффективные способы и технологии предотвращения и подавления опасных и вредных природных проявлений. Обоснованы принципы управления процессом горения породы на каждой его стадии. Представлены физико-математическая модель и методика расчета параметров процесса тушения горной породы водой. Доказана целесообразность добавления к используемой для тушения породы воде гидроксидов или карбонатов Na, K, Ca. Предложены технологии и схемы тушения отвальных пород, обеспечивающие защиту окружающей природной среды от загрязнения.

Разработана математическая модель охлаждения мелкораспыленной водой нагретых пожарных газов, проходящих по горным выработкам. Установлено, что нормируемый расход воды на единицу расхода газа зависит от среднего диаметра капель, пожарной загрузки, скорости перемещения зоны горения и низшего значения теплоты сгорания материала. Полученные зависимости позволяют определить необходимые для тушения пожара гидравлические параметры, выбрать технологическую схему, а также подобрать необходимое оборудование для эффективного тушения пожара в горных выработках.

С использованием метода множителей Лагранжа определена формула для расчета диаметров пожарно-оросительных трубопроводов по критерию их веса.

Приведен обобщенный и систематизированный опыт разработки и внедрения новых способов и технических средств тушения сложных подземных пожаров. Предложены прогрессивные технологии тушения пожаров при потенциальной угрозе взрывов метановоздушных смесей. Изложены характеристики новейших средств пожаротушения, в том числе огнетушителей, мобильных и стационарных установок, автоматических систем пожаротушения. Представлена новая концепция создания современных автоматических систем противопожарной защиты.

Приведены результаты экспериментальных иследований по определению огнетушащей способности порошково-пенного огнетушителя. Получены зависимости изменения температуры поверхностного слоя топлива и борта противня во времени, позволяющие разрабатывать тактические приемы тушения пожаров с помощью огнетушителей комбинированного действия.

Установлено, что причиной зарождения эндогенных пожаров в зонах геологических нарушений пластов является их трещиноватость и содержание в полостях трещин измельченного угля. Установлена важная особенность механизма самонагревания, заключающаяся в увеличении в 2,5 раза глубины проникновения молекул кислорода в уголь при повышении температуры с 50 до 100 - 120 °C. При этом объем и, соответственно, масса окисляющегося угля возрастает в 15 - 16 раз, что определяет такое же увеличение генерируемой очагом теплоты. Наиболее активны при возникновении очагов самонагревания частицы угля размером менее 0,04 - 0,1 мм. Предложено использовать антипирогены, воздействующие на мелкие фракции угля.

Рассмотрены дополнительные доказательства в пользу новой гипотезы природы зарождения процессов самовозгорания угольных пластов. Изложены вопросы обеспечения безопасных температур нагревающихся элементов рудничного электрооборудования в области предотвращения вспышек метана и пожаров в шахтах. Предложена классификация способов подавления самонагревания угля в пересекаемых подготовительными выработками в зонах геологических нарушений пластов. Обоснован выбор условий синтеза полифосфата аммония для производства эффективных вспучивающихся огнезащитных покрытий.

Подано розв'язання задачі поширення тепла в ізотропному тріщинуватому твердому тілі (гірській породі) в разі ендогенної пожежі за різних умов гірничопрохідницьких робіт, коли порода включає вугілля, горючі сланці або інші потенційні джерела тепла.

Окреслено проблему виявлення ендогенних пожеж на ранніх стадіях за допомогою контролю ознак самозаймання вугілля. Описано дослідження контролю оксиду вуглецю за допомогою шахтного газоаналізатора мікроконцентрацій оксиду вуглецю "Сигма-СО-В" на базі стояків СПИ-1. Описано програмну підсистему комплексу КАГІ, що дає можливість здійснювати контроль оксиду вуглецю. Розглянуто алгоритмічне забезпечення комплексу КАГІ при ідентифікації показань апаратури "Сигма-СО-В".

Числово досліджено структуру (на мікробіологічному та надмолекулярному рівні) та поведінку у процесах термічної деструкції вугілля Донецького басейну з різною схильністю до самозаймання. Запропоновано нові показники для більш точної оцінки схильності вугілля до самозаймання: вміст найважливіших біомаркерів бактерій (стеранів, гопанів, дитерпеноїдів) і дибензотіофену, показники надмолекулярної організації вугілля та максимальна швидкість втрати маси в процесі деструкції.

Обгрунтовано шляхи підвищення рівня ендогенної пожежної безпеки вугільних шахт на підставі дослідження геомеханічних та аерологічних особливостей процесу формування пожежонебезпечних зон у виїмкових полях, модернізації існуючих і розробки нових способів ефективного запобігання ендогенним пожежам. Розглянуто геомеханічні, аерологічні та теплові процеси у вугленосному гірському масиві, що деформується під впливом гірничих робіт. Запропоновано технологію запобігання самонагріванню та самозаймання вугілля у підземних гірничих виробках. Встановлено фізичну сутність впливу літологічної будівлі покрівлі розроблювального пласта на циклічність геомеханічних та аерологічних процесів у виробленому просторі. Вперше теоретично обгрунтовано та експериментально підтверджено прискорення самонагрівання розпушеного вугілля шляхом передачі термічно тонким вугільним часткам теплоти від газів, що нагріваються під впливом фізичних процесів в атмосфері гірничих виробок.

Обгрунтовано параметри подавання вогнегасних порошків у разі гасіння підземних пожеж дистанційним способом. За результатами аналітичних й експериментальних досліджень визначено витрати, ефективну дальність подавання та зміни витрат повітря у гірничій виробці у разі подавання вогнегасних порошків під час гасіння пожеж дистанційним способом. Розроблено пристрої подавання тонкодисперсних порошків у вентиляційний потік з використанням енергії повітряного потоку, створюваного шахтними вентиляторами. Обгрунтовано умови рівномірного та регульованого подавання порошків протягом необхідного проміжку часу. Установлено емпіричні залежності тривалості подавання порошків під час гасіння пожежі від їх дисперсності та відстані до осередку пожежі.

Розвинуто гіпотезу виникнення та поширення теплового поля породного відвалу, яке самозагоряється, що враховує тепло від вилуговування карбонатних включень у процесі самозагоряння вугілля. Установлено закономірності генерації тепла в масиві водонасичених та водотривких грунтів і гірничих порід від осередкового джерела тепловиділення. Наведено рівняння теплового балансу для виділеної елементарної частки водоносного пласта, нагрітого масивом, що самозагоряється, запропоновано способи їх розв'язку. Установлено кількісні значення теплофізичних параметрів грунтів і гірничих порід - еталонів для здійснення моделювання та розрахунків масопереносу вологи за високих тисків і температур. Розроблено гірничопрохідницький спосіб здобуття теплової енергії зі складованих відходів вуглевидобутку, конструкції кріплення та тепловловлювачів для відбору тепла складованих відходів вуглевидобутку, що самозагоряються. Обгрунтовано склад і технологію виробництва жаротривких матеріалів для виробництва тепловловлювачів, які працюють в агресивних середовищах. Розроблено способи переробки та сухого збагачення складованих відходів вуглезбагачення з низьким рівнем вмісту вугілля у відходах для повної переробки складованих відходів вуглезабезпечення. Показано, що очікуваний економічний ефект від однієї установки з утилізації даних відходів вугільного виробництва для опалення та гарячого водопостачання житла складає 3,5 - 4 млн грн на рік з терміном окупності капіталовкладень 2,6 року.

Теоретично обгрунтовано та запропоновано практичне розв'язання задачі стосовно зниження ендогенної пожежонебезпеки підготовчих гірничих виробок, які розкривають геологічні порушення. Установлено закономірності структурної будови порушеного пласта, що примикає до виробки. Розкрито термодинамічні процеси, які в ньому відбуваються з застосуванням розроблених способів запобігання самонагріванню вугілля. Одержано нові відомості стосовно процесу окиснення вугілля у розкритих гірничими виробками порушених дільницях вугільних пластів. Виявлено фактори, які сприяють формуванню осередків самонагрівання. За результатами проведених теоретичних і експериментальних досліджень розвинуто механізм формування осередків самонагрівання вугілля у зонах геологічних порушень, з'ясовано стадію ефузивних процесів. Розроблено методики прогнозування пожежонебезпечних зон, програмного забезпечення, яке дозволяє оперативно проводити прогноз місця розташування, геометричних розмірів пожежонебезпечнх зон і тривалість їх формування, здійснювати розробку способів профілактики ендогенних пожеж.

Установлено закономірності впливу засобів пожежогасіння на аеродинамічні опори гірничих виробок і режими їх провітрювання. На підставі результатів дослідження виявлено особливості впливу власних джерел тяги сучасних засобів пожежогасіння та виявлено нові фактори, які зумовлюють порушення стійкості провітрювання похилих виробок під час гасіння пожеж. За цього досліджено та враховано умови порушення стійкості провітрювання у випадку пожеж у похилих виробках зі спадним і висхідним провітрюванням. Запропоновано науково обгрунтовані методи збереження нормального режиму провітрювання. Базуючись на результатах виконаних теоретичних і експериментальних досліджень, розроблено метод розрахунку аеродинамічних характеристик гірничих виробок параметрів повітряного потоку у разі виникнення та розвитку пожежі, який передбачає з'ясування впливу власних джерел тяги, що утворюються під час роботи засобів пожежогасіння.

Встановлено закономірності процесу самонагрівання шарового скупчення вугілля внаслідок окиснення його киснем повітря та нагромадження теплоти за певних гірничо-геологічних і гірничо-технічних умов, що дозволяє прогнозувати наявність пожежонебезпечних зон під час проведення гірничих робіт. Запропоновано новий підхід щодо прогнозування ендогенної пожежонебезпеки у межах виїмкової дільниці, який грунтується на принципі врахування ступеня впливу гірничо-геологічих та гірничо-технічних факторів під час обробки пласта. За даними лабораторного дослідження вугілля та математичного моделювання процесу самонагрівання розраховано критичні значення величин скупчення вугілля, їх температуру й інкубаційний період самозаймання. Вперше виявлено взаємозв'язок між молекулярно-ситовими властивостями вугілля та його критичною температурою самозаймання, за якої кінетичний діаметр молекул кисню стає менше діаметра молекулярних пор вугілля, а вся внутрішня поверхня палива є доступною окиснику. Встановлено, що вплив молекулярно-ситових властивостей на критичні температури самозаймання зникає у разі подрібнення вугілля до розмірів 0,02 - 0,05 мм, а його питома поверхня за даних умов максимально збільшується.

Проаналізовано стан аеродинамічних параметрів деформованих порід міжпластя та ендогенної пожежної небезпеки світи зближених крутих пластів. Експериментально доведено, що структура вугленосних масивів, закономірності зрушення підроблених і нароблених масивів порід, утворення та поширення зони тріщин, утворення зони водо- і газопровідних тріщин, закономірності газовиділення та повітропроникнення мають фрактальний характер. Досліджено аеротермодинамічні процеси у вироблених просторах під час відробки світи зближених крутих пластів унаслідок утворення аеродинамічних зв'язків через деформовані породи міжпластя. На підставі виконаних досліджень обгрунтовано технологію відпрацьовування вугільних пластів, вибір технічних засобів і вентиляційних режимів, групування пластів і черговість їх відпрацьовування, що забезпечує пожежобезпечне відпрацьовування світи зближених крутих пластів.

Наведено огляд існуючих методів боротьби з витоками повітря через ізольовані пожежні ділянки та зроблено висновок про їх малу ефективність у разі безціликової виїмки вугілля. Розроблено математичну модель взаємодії основного та компенсаційного потоків в ізольованій ділянці. Одержано залежність тривалості перехідного процесу від параметрів даної ділянки та величини компенсаційного потоку. Установлено можливість нейтралізації негативного впливу теплової депресії та метанового напору за допомогою додаткової виробки (або трубопроводу), що утворюють замкнений контур. Здійснено класифікацію ізольованих пожежних ділянок залежно від способу встановлення оптимальної подачі допоміжного вентилятора. Описано застосування компенсаційного методу для ліквідації розвинених пожеж на п'ятьох шахтах України. Запропоновано методику розрахунку параметрів компенсаційного способу скорочення витоків повітря через ізольовані пожежні ділянки, що використана для розробки нормативних документів.

Удсконалено метод визначення витоків повітря черз ізольовані пожежні дільниці (ІД) різного об'єму вугільних шахт з урахуванням нестаціонарних аеродинамічних процесів, що виникають на ІД під час вимірів витоків повітря. Проведено теоретичні дослідження закономірностей формування перехідних процесів на ІД залежно від аеродинамічних параметрів дільниці (депресії, тиску, природної тяги). Розроблено математичну модель перехідного процесу, одержано її дискретний аналог, що дозволяє виконати прогноз динаміки поля тиску та витрат повітря в ІД після її розгерметизації. Встановлено статистичну залежність тривалості перехідного процесу, що враховує об'єм виробленого простору, депресію повітроприймальної перемички та аеродинамічний опір відкритої труби. Встановлено, що за реальних умов тривалість перехідного аеродинамічного процесу може становити декілька годин. Обгрунтовано параметри вимірювальної труби (діаметр, довжину, опір), що враховують погрішність стандартної вимірювальної техніки, категорію газових шахт, фактор безпеки працівників, що виконують вимірювання. Основні результати наукового дослідження використано під час розробки методики визначення сумарних витоків повітря на ІД, яка містить вказівки з технології споруди перемичок, а також у процесі підготовчих робіт з розрахунку тривалості перехідного процесу та витоків повітря, безпосереднього вимірювання депресії та швидкості повітря у вимірювальній трубі повітроприймальної перемички.

Розглянуто теоретичне обгрунтування можливості зупинки вентиляторів головного провітрювання під час гасіння пожеж у магістральних гірничих виробках вугільних шахт. Зазначено, що умовою використання такого режиму вентиляції є відсутність рециркуляції повітряних потоків при переведенні шахти на природне провітрювання та зниження швидкості вентиляційного струменя в пожежних виробках не нижче допустимої межі, яка визначається можливістю його перевертання внаслідок конвекційного руху повітряних потоків, що виникає під час пожежі. Розроблено методику розрахунку параметрів аварійних вентиляційних режимів і прогнозу їх впливу на процеси розвитку та гасіння пожежі, яка враховує динаміку теплових параметрів пожежі. Обгрунтовано вимоги забезпечення стійкості провітрювання виробок шахт, які дозволяють підвищити оперативність, якість прийнятих рішень у складних аварійних обставинах; скоротити час гасіння пожежі, зменшити економічні збитки, а також витрати на ліквідацію наслідків.