Анотація до роботи:

Борщевський С.В. Фізико-технічні та організаційні основи інтенсивних технологій спорудження вертикальних стволів у породному масиві з підвищеною водоносністю. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.04 – "Шахтне та підземне будівництво". – Національний гірничий університет. – Дніпропетровськ, 2008.

Робота присвячена розробці фізико-технічних та організаційних основ інтенсивних технологій спорудження вертикальних стволів шахт в умовах підвищеної водоносності породного масиву, які забезпечують зростання темпів проходки, економічність та надійність їх експлуатації. На основі встановлених закономірностей вивалоутворення в стволах в залежності від водоприпливів, міцності порід і швидкості проходки та формування геоактивних зон в приконтурному масиві з урахуванням вартості будівництва обґрунтовані науково-технічні принципи підвищення стійкості стволів за рахунок смолизації деформованих водонасичених порід та створення високоміцносного водоізолюючого постійного бетонного кріплення шляхом введення в бетон гідроізолюючих домішок та його поверхневої обробки пенетруючими речовинами. Вивчено механізми поведінки системи "бетонне кріплення - водонасичений породний масив" за допомогою комп’ютерного моделювання взаємодії кріплення та приствольного масиву. Обґрунтовані технологічні регламенти поточної технології проходки вертикальних стволів в умовах підвищених водоприпливів та зміцнення водонасиченого масиву.

На базі одержаних закономірностей і залежностей розроблено комплекс способів і засобів активного управління напружено-деформованим станом приствольного масиву та організації водоприпливів в стволах для забезпечення їх довготривалої стійкості.

У дисертації, що є завершеним науковим дослідженням, здійснені теоретичне узагальнення і розв’язання актуальної науково-практичної проблеми розробки фізико-технічних та організаційних основ інтенсивних технологій спорудження вертикальних стволів у породному масиві з підвищеною водоносністю, які дозволяють прискорити темпи проходки і поліпшити умови експлуатації вертикальних стволів шахт, що має важливе народногосподарське значення.

Основні наукові і практичні результати роботи полягають у наступному.

1. В області аналізу будівництва шахтних вертикальних стволів за різними технологіями:

• виявлена світова тенденція розвитку технологій будівництва стволів та періодизація їх спорудження, що базується на основних показниках проходки, на базі яких встановлена необхідність приросту технічної швидкості проходки та інтенсифікації виробничих процесів;

• виявлений як домінантий чинник впливу на показники спорудження стволів водоприпливів, особливо в умовах першої категорії складності (коли їх обсяги понад 10 м³/год), що негативно проявляється у збільшенні витрат та зменшенні темпів проходки.

2. В області експериментальної та теоретичної геомеханіки стійкості системи «бетонне кріплення ствола - водонасичений породний масив»:

• експериментально встановлені закономірності проявів гірського тиску у вигляді вивалоутворення, інтенсивність якого зменшується із зростанням міцності порід та швидкості проходки, а раціональна її величина за економічними показниками знаходиться у межах 100…120 м/міс;

• експериментально встановлені закономірності та кількісні показники формування у породному масиві із підвищеною водоносністю геоактивних зон деформування порід та виконаний їх опис кривою, що має вигляд щільності Вейбулла, яка використана для обґрунтування технологічного регламенту управління станом порід шляхом його смолизації;

• за результатами шахтних досліджень та рішення задачі шляхом комп’ютерного моделювання взаємодії бетонного кріплення ствола і приконтурного породного водонасиченого масиву виявлені зміни глибини деформування порід як у водонасиченому шарі, так і породах, що його вміщують, які покладені в основу обґрунтування параметрів смолизації масиву: глибина 1,1…1,8 м; сітка шпурів 1,5х1,5; тиск 0,2…0,4 МПа; ступінь поглинання смоли 8 л/пм.

3. В області фізико-технічних основ обґрунтування пропорцій складових бетону та розробки регламентів покращення його властивостей:

• досліджена фізико-механічна сутність процесів старіння компонентів бетонної суміші в процесі при її приготуванні та обґрунтовані принципи управління кількісними показниками формування гідростійкого і високоміцного бетонного кріплення стволів, які забезпечили зростання їх показників на 18…25%;

• істотно розширені уявлення про механізм дії пенетруючих речовин, які використовуються для підвищення гідроізолюючих властивостей бетонного кріплення стволів, використання якого забезпечило зростання його гідростійкості на 55…60%.

4. В області організації та розробки гірничо-технологічних рішень і регламентів підвищення стійкості системи «бетонне кріплення ствола - водонасичений породний масив»:

• розроблена многоваріантна схема організації будівництва стволів за інтенсивними технологіями;

• розроблена удосконалена поточна технологічна схема спорудження стволів в умовах підвищених водоприпливів, яка забезпечує інтенсифікацію виробничих процесів за рахунок переводу умов із першої категорії (більше 10м³/год) в третю (до 5 м³/год);

• розроблений технологічний регламент зміцнення водонасиченого масиву гірських порід шляхом смолизації, реалізація якого зменшує водоприпливи в 2…3 рази та підвищує стійкість порід за контуром стволів;

• на основі патентів (№7284 E21D 5/04, №76043 E21D 5/00) розроблено технологічний регламент зведення монолітного бетонного кріплення вертикальних стволів із забезпеченням поверхневої активації компонентів бетонної суміші, при якому підвищується гідростійкість кріплення на 50…70%;

• розроблені рекомендації щодо зміни технології завантаження складових бетонної суміші в процесі її виготовлення на центральних бетонних вузлах;

• розроблені схеми водоперепуску та організації водоприпливів у стволі з метою створення умов для реалізації інтенсивних технологій спорудження стволів.

5. В області апробації і реалізації розробок:

• розроблені рекомендації і регламенти впроваджені у виробництво на шахтах: «Краснормійська-Західна №1» - скіповий ствол №2 та повітроподавальний ствол №2; ОП «Шахта ім. О.Ф. Засядька» – повітроподавальні стволи №2, №3, вентиляційний ствол №3; шахта «Трудівська» - повітроподавальний ствол №2, ДВАТ “Жовтневий рудник” – вентиляційний ствол №2;

• рекомендації і регламенти передані і прийняті для використання проектними інститутами "Дондіпрошахт", НДІ гірничої механіки ім. М.М. Федорова, НДІОМШБ, ДІОБ;

• підтверджений економічний ефект від впровадження розробок складає 371 тис.руб. (в цінах 1984 р.) та 2120 тис. грн., загальний ефект 2754 тис. грн.

6. В області впровадження розробок шляхом включення їх складовою частиною в нормативно-методичні документи:

• А.Ф. Булат, Б.М. Усаченко, А.А. Яланский, Т.А. Паламарчук, С.В. Борщевский и др. «Методическое пособие по комплексной геофизической диагностике породного массива и подземных геотехнических систем». – Днепропетровск: ИГТМ им. Н.С. Полякова НАН Украины, 2004. – 75с.

• Шевцов Н.Р., Калякин С.А., Левит В.В., Антоневич Ю.И., Борщевский С.В., Бабичев В.А. Практикум по взрывному делу: Учебное пособие. – Севастополь: Вебер, 2004. – 95с.;

• Борщевський С.В., Тюркян Р.А., Формос В.Ф., Мінєєв С.П. Методичні вказівки до самостійної роботи студентів по дисципліні “Технологія будівництва вертикальних стволів шахт у звичайних гірничо-геологічних умовах" –Донецьк –Дніпропетровськ: ДонНТУ, 2003. – 28 с.

Основні положення і результати дисертації опубліковані у 84 роботах,
основні з яких:

1. Левит В.В., Сергиенко В.Н., Борщевский С.В. и др. Исследование синегретических процессов в системе «вертикальный ствол – крепление – породный массив». / В монографии Паламарчук Т.А., Кириченко В.Я., Усаченко Б.М. Элементы механосинергетики породного массива. – Днепропетровск: Лира ЛТД, 2006. – С. 254–265.

2. Борщевский С.В., Дрюк А.А., Сирачев А.Ж. К вопросу об увеличении водонепроницаемости монолитной бетонной крепи вертикальних стволов большого диаметра. / В монографии «Новые технические решения при строительстве выработок, тампонаже и закреплении горных пород»: Под общ. ред. П.Н. Должикова, В.Д. Рябичева – Донецк: Норд-Пресс, 2006. – С. 138–148.

3. Лысиков Б.А., Антоневич Ю.І., Борщевский С.В., Хоменчук О.В. Нетрадиционная технология крепления горных выработок набрызг-бетоном с его непрерывной обработкой // Наукові праці ДонНТУ: Серія гірничо-геологічна. – Донецьк: ДонНТУ, 2002. – Вип. 54. – С. 16–18.

4. Борщевский С.В. Перспективы совершенствования технологических схем сооружения вертикальных горных выработок // Cб. науч. тр. НГУ. – Днепропетровск: РИК НГУ, 2002. – № 15. – С. 40 – 45.

5. Звягильский Е.Л., Байсаров Л.В., Ильяшов М.А., Левит В.В., Новик Е.Б., Борщевский С.В. Геомеханические и организационные особенности проходки стволов большого диаметра // Уголь Украины. – 2003. – №8. – С. 33–40.

6. Шевцов Н.Р., Борщевский С.В. Оценка влияния времени и условий хранения компонентов на прочность получаемого бетона // Вісті Донецького гірничого інституту. – Донецьк: ДонНТУ, 2003. – Вип. 2. – С. 62–65.

7. Борщевский С.В. Современное направление развития технологии сооружения вертикальных стволов шахт // Сб. науч. тр. НГУ. – Днепропетровск: РИК НГУ, 2003. – №17. – Т. 1. – С. 406 – 412.

8. Борщевский С.В. Проблемы совершенствования технологии и оптимизации параметров производственных процессов сооружения вертикальных стволов шахт // Наукові праці ДонНТУ: Серія гірничо-геологічна. – Донецьк: ДонНТУ, 2003. – Вип. 63. – С. 28 – 32.

9. Борщевский С.В. Вопросы организации оснащения при проходке вертикальных стволов угольных шахт // Наукові праці ДонНТУ: Серія гірничо-геологічна. Донецьк: ДонНТУ, 2004. – Вип. 72. – С. 148 – 152.

10. Дрибан В.А., Голдин С.В., Левит В.В., Борщевский С.В. Обеспечение устойчивости глубоких вертикальных шахтных стволов в зонах геологических нарушений и больших водопритоков // Уголь Украины. – 2004. – №5. – С. 39–43.

11. Байсаров Л.В., Ильяшов М.А., Новик Е.Б., Левит В.В., Борщевский С.В. Анализ опыта и направления совершенствования организации строительства шахтных стволов // Уголь Украины. – 2004. – №8. – С. 34–39.

12. Борщевский С.В., Шевцов Н.Р. Основные направления повышения прочности монолитной бетонной крепи// Вісті Донецького гірничого інституту. – Донецьк: ДонНТУ, 2004. – Вип. 2. – С. 105–108.

13. Левит В.В., Борщевский С.В. Янкин А.Е. Напряженно-деформированное состояние приствольного массива в зонах геологических нарушений // Науковий Вісник Національного гірничого університету України. – Дніпропетровськ, 2004. – №9. – С. 46–52.

14. Шевцов Н.Р., Калякин С.А., Левит В.В., Антоневич Ю.И., БорщевскийС.В., Бабичев В.А. Практикум по взрывному делу: Учебное пособие. – Севастополь: Вебер, 2004. – 95с.

15. Борщевский С.В., Левит В.В., Дрюк А.А. К вопросу о совершенствовании параметров буровзрывных работ для интенсификации проходки стволов// Импульсная обработка материалов. – Днепропетровск: Национальный горный университет, 2005. – С. 17–22.

16. Борщевский С.В. Многофакторные корреляционные модели продолжительности сооружения вертикальных стволов // Наукові праці ДонНТУ: Серія гірничо-геологічна. – Донецьк: ДонНТУ, 2005. – Вип. 96. – С. 41–49.

17. Борщевский С.В., Левит В.В., Каменец В.И. Основные тенденции развития технологии сооружения вертикальных стволов шахт Донбасса // Наукові праці ДонНТУ: Серія гірничо-геологічна. – Донецьк: ДонНТУ, 2005. –Вип. 85. – С. 18–26.

18. Борщевский С.В., Формос В.Ф., Лабинский К.Н., Дрюк А.А., Сирачев А.Ж. К вопросу о методологических подходах и критериях оценки интенсивных технологий строительства стволов шахт // Наукові праці ДонНТУ: Серія гірничо-геологічна. – Донецьк: ДонНТУ, 2005. – Вип. 96. – С. 36–41.

19. Борщевский С.В. Лабораторные исследования изменения прочностных характеристик бетона для транспортного и подземного строительства в зависимости от хранения заполнителей // Вісник Дніпропетровського національного університету ім. акад. В. Лазаряна. – Вид-во Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім.акад. В.Лазаряна, 2005. – Вип.9. – С. 149–153.

20. Борщевский С.В. Исследование влияния продолжительности сооружения вертикальных стволов на общие сроки строительства шахт Донбасса // Вісник Криворізького технічного університету. – Кривий Ріг, 2005. – Вип.11. – С. 9–13.

21. Борщевский С.В. Оптимизация скорости выполнения этапов сооружения вертикальных стволов в условиях повышенных водопритоков // Науковий Вісник Національного гірничого університету. – Дніпропетровськ, 2006. – №1. – С. 46–53.

22. Борщевский С.В. Применение проникающей гидроизоляции в подземном строительстве // Геотехнології та управління виробництвом ХХІ сторіччя. / Під загал. ред. Ю.Ф. Булгакова, С.С. Гребьонкіна – Донецьк: ДонНТУ, 2006. – Т.1. – С. 25–32.

23. Борщевский С.В., Прокопова М.В. Реализация методики проектирования параметров монолитной бетонной крепи на ПЭВМ // Геотехнічна механіка: Між від. зб. наук. праць / Ін-т геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України. – Дніпропетровськ, 2005. – Вип.61. – С.198–206.

24. Седов В.И., Борщевский С.В., Пшеничный Ю.А., Левит В.В. Снижение водопртоков в вертикальных стволах шахт// Уголь Украины. – 2006. – №11. – С. 49 – 52.

25. Пат. № 7284 Україна, МКИ E 21 D 5/04. Пристрій для зведення монолітного бетонного кріплення шахтного ствола. Патент № 7284 Україна, МКИ E 21 D 5/04. М.Р. Шевцов, С.В., Борщевський, В.В. Левіт, В.Б. Усаченко; –№20041109483; Заявл. 19.11.2004; Опубл. 15.06.2005г., Бюл. № 6 – 4c.

26. Пат. № 76043 Україна, МКИ E 21 D 5/00. Пристрій для зведення монолітного бетонного кріплення шахтного ствола. Патент № 76043 Україна, МКИ E 21 D 5/00. М.Р. Шевцов, С.В., Борщевський, В.В. Левіт, В.Б. Усаченко; –№20041109514; Заявл. 19.11.2004; Опубл. 15.06.2006г., Бюл. № 6 – 4c.

27. Янкин А.Е., Гапеев С.Н., Борщевский С.В.Исследование напряженно-деформированного состояния креления вертикальных стволов на численных моделях // Проблеми гірського тиску. – 2006. – №14. – С. 278–290.

28. Борщевский С.В., Бровко Д.В. Методологические подходы и критерии оценки интенсивных технологий строительства стволов шахт // Вісник Криворізького технічного університету.– 2007. – Вип.17. – С. 32–37.

29. Борщевский С.В., Прокопов А.Ю., Прокопова М.В. Проектирование параметров монолитной бетонной крепи вертикальных стволов с использованием ПЭВМ // Вісник Криворізького технічного університету.– 2007. – Вип.18. – С. 70–73.

30. Борщевский С.В., Плешко М.С., Лиманский Д.В. Лабораторные и компьютерные исследования водостойкости и прочности бетонной крепи // Науковий вісник Національного гірничого університету, 2007. – №5. – С. 41–45.

31. Борщевский С.В. Совершенствование паспортов буровзрывных работ при проходке вертикальных стволов шахт Донбасса // Физика и техника высокоэнергетической обработки материалов. – Днепропетровск: Арт-Пресс, 2007. – С. 253 – 262.

32. Методическое пособие по комплексной геофизической диагностике породного массива и подземных геотехнических систем. / А.Ф. Булат, Б.М. Усаченко, А.А. Яланский, Т.А. Паламарчук, С.В. Борщевский и др. –Днепропетровск: ИГТМ им. Н.С. Полякова НАН Украины, 2004. – 75с.

33. Борщевский С.В, Формос В.Ф., Галечко С.Ю. К вопросу о критериях выбора технологии сооружения вертикальных стволов шахт // Наукові праці ДонНТУ: Серія гірничо-геологічна. – Донецк: ДВНЗ "ДонНТУ", 2007. – Вип. 6(125). – С. 24–29.

34. Борщевский С.В., Бородуля А.А. Стендовые исследования деформационно-силовых характеристик вертикальных стволов в окрестности сопряжений// Разработка рудных месторождений. – Кривой Рог, 2005. – Вып.88. – С. 62–66.

35. Байсаров Л.В., Ильяшов М.А., Левит В.В. Борщевский С.В. Реконструкция вентиляционной скважины на шахте „Красноармейская-Западная №1”// Уголь Украины. – 2006. – №8. – С. 12–17.

36. Борщевський С.В., Прокопов А.Ю. Исследование основных причин нарушения крепи вертикальних стволов угольных шахт Донбасса. // Проблеми експлуатації обладнання шахтних стаціонарних установок. – Донецьк: ВАТ «НДІГМ ім.. М.М. Федорова», 2007. – С. 54–62.

37. Борщевский С.В. Оценка вариантов технологических схем армирования вертикальных стволов по фактору времени. / В монографии: П.Н. Должиков, В.Д. Рябичев, Г.С. Левчинский и др. Оценка вариантов технологических схем армирования вертикальных стволов по фактору времени. // Проблемы горного дела и экологии горного производства. – Донецк: Вебер, 2007. – С. 81–87.

38. Плешко М.С., Борщевский С.В., Журов Д.Е. Моделирование призабойного участка ствола при различной податливости призабойной бетонной крепи // Перспективы развития Восточного Донбасса.: Сб. науч. тр. Шахтинского ин-та (филиал ЮРГТУ (НПИ). – Новочеркасск: УПЦ Набла ЮРГТУ НПИ), 2007. – Ч. 1. – С. 193–198.

39. Борщевский С.В., Бородуля Н.Ф. К вопросу об организации оснащения при проходке вертикальных стволов угольных шахт // Материалы МНПК, “Уголь – Mining Technologies 2003”, – Алчевск: ДГМИ, 2003. – С. 130–139.

40. Левит В.В., Борщевский С.В. К вопросу оценки и выбора технологических схем сооружения вертикальных стволов // Гірничодобувна промисловість України і Польщі. Актуальні проблеми і перспективи: Матеріали Українсько-Польського форуму гірників – 2004 (Ялта, Крим, 13-19 вересня 2004). – Дніпропетровськ: НГУ, 2004. – С. 157–165.

41. Борщевский С.В. К вопросу о целесообразности разработки интенсивных технологий сооружения вертикальных стволов в условиях повышенной водоносности породного массива // Современные проблемы шахтного и подземного строительства: Материалы международного научно-практического симпозиума. –Донецк: Норд-Пресс, 2004. – Вып. 5 – С. 173–179.

42. Борщевский С.В., Левит В.В., Буланенков Я.В. К вопросу о выборе способа проходки вертикальных стволов в зависимости от гидрогеологических и геотехнических русловий // Матеріали міжнародної конференції “Форум гірників – 2005”.– Дніпропетровськ: НГУ, 2005. – Т. 1. – С. 125–131.

43. Борщевский С.В., Ильяшов М.А., Левит В.В. Организационно-технические и экономические аспекты реконструкции шахты „Красноармейская-Западная №1”// Матеріали міжнародної конференції “Форум гірників – 2006”. – Дніпропетровськ: НГУ, 2006. – С. 152 – 159.

44. Шевцов Н.Р., Борщевский С.В. Установление закономерностей изменения прочностных характеристик бетонной крепи в зависимости от времени и условий хранения исходных компонентов // Современные проблемы шахтного и подземного строительства: Материалы международного научно-практического симпозиума. –Донецк: Норд-Пресс, 2005. – Вып. 6 – С. 75–84.

45. Борщевский С.В., Левит В.В., Сирачев А.Ж., Прокопова М.В. Исследование напряженно-деформированного состояния крепления стволов на конечно-элементных моделях. // Матеріали Ш науково-практичної конференції „Донбас – 2020: Наука і техніка - виробництву”. – Донецьк, 2006.

46. Борщевский С.В., Левит В.В., Плешко М.С. Моделирование призабойного участка ствола с учетом переменного сопротивления бетона в раннем воздасте // Матеріали міжнародної конференції „Форум гірників - 2007”. – Дніпропетровськ: НГУ, 2007. – С. 193–198.

Особистий внесок автора в роботах, опублікованих у співавторстві: [1-3, 5, 6, 10, 11] – постановка задачі, встановлення аналітичних залежностей, розробка комп’ютерної моделі ствола; [12-15] – розробка методики дослідження, проведення експериментальних та лабораторних випробувань водоізолюючого бетонного кріплення підвищеної міцності, обробка і аналіз результатів; [24-26] – розробка патенту та технологічних регламентів поточної технології проходки стволів, методики шахтного експерименту щодо зниження водоприпливів у вертикальних стволах шахт за рахунок смолизації приконтурного масиву гірських порід; [34, 37, 38, 45, 46] – дослідження пружно-деформованого стану системи «бетонне кріплення – породний водонасичений масив» на скінцево-елементних моделях; [40, 41, 43] - техніко-економічна оцінка інтенсивних технологій будівництва стволів шахт.