Визначено актуальність проблеми забезпечення експлуатаційного стану гірничих виробок вугільних шахт. Вказано, що однією з основних проблем стійкості є підняття підошви. Наведено результати шахтних натурних спостережень за зрушеннями приконтурних порід навколо конвеєрного штреку. Аналіз результатів спостережень і літературних джерел надав змогу зробити висновок, що породи підошви виробки, розташовані безпосередньо біля контуру, являють собою блочно-дискретне середовище.

Визначено актуальність проблеми забезпечення стійкості порід підошви. Наведено результати шахтних візуальних спостережень за станом порід під час ведення підривки. Наведено результати розрахунку параметрів розробленого способу підвищення стійкості виробок методом граничної рівноваги. Визначено необхідний тиск від розширення сумішей для формування укріпленої зони встановленої форми і розмірів.

Мета дослідження - пошук і аналіз шляхів удосконалення сумішей, що саморозширюються і розробка модифікованої суміші для умов підземних гірничих виробок. Як методи дослідження під час вивчення гідратаційного твердіння сумішей, що саморозширюються, використовувався метод мікроскопії. Дослідження міцності і пружник констант сумішей у постгідратаційний період проведено експериментальним за допомогою експериментального методу на установці нерівнокомпонентного тривісного стиску. Зазначено актуальність нової області використання сумішей, що саморозширюються у процесі гідратаційного твердіння. Проаналізовано сучасні методи дослідження цих сумішей і основні гіпотези, що пояснюють природу росту кристалізаційного тиску. Визначено особливі вимоги до сумішей, що саморозширюються: тиски розширення за умов обмежених деформацій близько 30 - 40 МПа, міцність на зсув близьку до міцності порід вугільних формацій, відсутність руйнування в шпурі від зміни геомеханічних напружень. Для цих вимог проведено серію досліджень за методами мікроскопії і стендових випробувань на установці УНТС. Визначено вплив різних компонентів суміші і додаткових добавок на перебіг процесу гідратації. В результаті було розроблено модифіковану суміш, що саморозширюється, яка має властивості, необхідні для забезпечення стійкості підземних гірничих виробок. На основі досліджень гідратаційного твердіння і постгідратаційної міцності сумішей, що саморозширюються виявлено вплив різних добавок на швидкість росту структурних новоутворень, формування гідратних оболонок, утворення монокристалів і структурних зростків. Розроблено нову модифіковану суміш для термокінетичних умов підземних гірничих виробок, яку адаптовано для підвищення стійкості підземних гірничих виробок.

Мета дослідження - пошук і аналіз раціональних форм зміцнення порід підошви за їх блочно-дискретної структури в умовах інтенсивного підняття в підземних гірничих виробках. Як методи дослідження використано комплексний підхід, що включає: лабораторні дослідження на структурних моделях, комп'ютерну обробку, аналіз та інтерпретацію одержаних результатів. Зазначено актуальність напрямку підвищення стійкості порід підошви гірничих виробок шляхом їх локального спрямованого зміцнення. З використаням методу структурного моделювання проведено серію досліджень на установці, що була спроектована і зібрана для поставлених досліджень. Визначено вплив різних схем зміцнення блочних порід у підошві виробки на підняття підошви, вертикальну і горизонтальну конвергенцію. Шляхом порівняння площ витіснених під час моделювання порід, розрахованих за допомогою графічного редактора, зроблено висновок про ефективність кожної з порівнювальних схем зміцнення. В результаті визначено схему зміцнення, що надає змогу максимально стримувати витіснення порід у порожнину виробки. В результаті досліджень було встановлено, що під час створення в підошви гірничої виробки, яка підтримується в умовах повторного порушення її рівноважного стану, укріпленої зони у формі прямої призми з вершиною трикутника її основи зверненою до підошви виробки, обсяг порід підошви, видавлених у виробку, для моделі зі зміцненням на 54 % менше ніж для моделі без укріплення. Наведена форма зміцненої зони є найбільш ефективною. Розроблено новий спосіб локального зміцнення порід підошви, які можуть бути представлені блочним неоднорідним середовищем.

Установлено закономірності формування зміцнених зон у підошві гірничих виробок, які підтримуються в зонах повторного порушення рівноважного стану масиву, шляхом консолідації порід саморозширювальними сумішами, впливу локального зміцнення на деформаційні процеси в підошві виробки для управління станом гірських порід в умовах інтенсивного підняття. Визначено, що в підготовчих виробках, які перебувають у зоні впливу лави, незалежно від системи розробки, породи підошви мають блочну структуру з розміром блоків від декількох сантиметрів до декількох дециметрів. Уперше з'ясовано вплив форми зони локального укріплення в підошві виробок на вектор переміщення порід і величину їх абсолютного підняття. При створенні укріпленої області у формі прямої призми з вершиною трикутника її основи, зверненою до підошви виробки, досягається найкращий результат зі зменшення зсувів у порожнину виробки. Розроблено спосіб забезпечення стійкості підошви гірничих виробок у зоні повторного порушення рівноважного стану за рахунок створення областей локального укріплення саморозширювальними сумішами, визначено його ефективність. Винайдено модифіковану невибухову суміш, що саморозширюється, з підвищеною міцністю в постгідратаційний період. Зазначено, що розрахункова економічна ефективність способу забезпечення стійкості підошви з позицій зниження витрат на підривання становить 232,62 грн / п.м.