В дисертації дано теоретичне узагальнення і нове рішення актуальної науково-технічної проблеми, що полягає в розкритті природних закономірностей деформування в часі порід міжпластя при першочерговій над- підробці викидонебезпечних пластів. Засновано воно на зумовленій пам'яттю формування родовища схильності осадочних гірничих порід до деформацій генетичного повернення при розвантаженні, яка забезпечує необхідну для усунення викидонебезпечності дегазацію. Основні наукові результати, висновки і практичні рекомендації роботи, що захищається полягають в наступному. 1. Експериментально встановлена раніше невідома властивість напружених порід, що полягає в виникненні і розвитку при розвантаженні деформацій генетичного повернення, їх додатковому збільшенні (інтенсифікації) при зростанні (“поверненні”) вологості. Воно є науковою основою вивчення геомеханічних процесів, що відбуваються в породах міжпластя, при першочерговій відробці захисних пластів. 2. Розвантаження напружених осадочних гірничих порід, що супроводжується деформаціями генетичного повернення, що призводять до зміни структури порового простору, характеризується зростанням у часі об’ємів пор, наведених капілярами розмірами рівними і більшими 10-7 м, при одночасному зменшенні об’ємів пор, наведених розмірами менш 10-7 м. Встановлений перерозподіл співвідношення об’ємів порового простору, наведеного порами розмірами до і більш 10-7 м, сприяє виникненню нової властивості практично непроникненого вуглепорідного масиву, що полягає в виникненні і розвитку схильності його до газовіддачі, що призводить до дегазації високогазоносного вугільного пласта, без якої усунення викидонебезпечності неможливо. 3. Розроблені три захищені патентами України методики виміру схильності порід до деформацій генетичного повернення, в основі застосування яких містяться наступні вимоги: – добування проб порід із області за межами впливу, що розвантажує, гірничих виробок, що призводить до зниження їх напруженості – розвантаження (колонкове буріння); – спрямування буріння колонкових свердловин, що забезпечує переважне розташування кернів паралельне або перпендикулярне шаруватості масиву; – парафінування породних циліндрів, що відвертає випаровування природної вологи (розчинів) в процесі виміру деформацій генетичного повернення; – проста і достатньо надійна реєстрація деформацій генетичного повернення в часі за допомогою індикаторів годинного типу. 4. Аналітично на підставі використання методів А. Надаї і І.І. Гольденблата доведено, що зразки гірничих порід, що знаходяться тривалий час в стані триосного стиснення, при розвантаженні володіють спроможністю збільшуватися в об’ємі з перебігом часу. 5. Розроблена структурна модель гірничої породи, схильної до деформацій генетичного повернення, основними вихідними науковими положеннями якої є первісне існування навантаження і включення до числа структурних елементів моделі пружно-в’язкого тіла води, що міститься в порах розмірами як 10-7 м, так і <10-7 м і що володіє принципово різноманітними властивостями. 6. Вперше встановлено, що при триосному нерівнокомпонентному стисненні зразків порід, що не мають генетичної пам'яті, коли компоненти напружень ступенево збільшували, також ступенево інтенсифікувалися при розвантаженні деформації зворотної повзучості, що співпадають за часом зі збільшенням компонентів триосного стиснення, що мало місце раніше. Розкрите явище характеризується як моделювання процесу зародження “пам'яті” гірничих порід, що відрізняється від природних процесів відсутністю фізико-хімічних перетворень. 7. Експериментально-аналітично визначені параметри зон захисту R, R* і Тг, що забезпечують усунення викидонебезпечності і що враховують їх залежність від потужності порід міжпластя М і від фактору часу. Відстань, на якій відвертається викидонебезпечність при під- або надробці, не повинна розрізнятися і складає М80м за умови відсутності у складі порід міжпластя шарів вапняку. Нормативне геометричне випередження повинно відповідати L>2М і забезпечувати не тільки усунення викидонебезпечності, але і ведення гірничих робіт в захищених зонах і в сприятливих по газовому фактору умовах. Мінімально допустиме випередження L захисного пласта при М20м, що міститься в “Інструкції…” більше двадцяти п'яті років, повинно бути збільшено з 20 до 30м. Промислові випробування Способу, виконані у 2002-2004рр. на шахті «Вуглегірська» ДП «Орджонікідзевугілля» у відповідності з рішенням Центральної комісії по боротьбі з ГДЯ Міністерства палива та енергетики України, підтвердили обгрунтованність зроблених висновків. 8. Експериментальне вивчення деформацій зворотної повзучості по зразкам з піщано-цементної суміші, що не володіли генетичною пам'яттю і що знаходилися тривалий час в стані нерівнокомпонентного триосного стиснення, дозволили встановити практично прямолінійну залежність названих деформацій від середньої узагальненої напруженості. Така залежність однозначно доводить ідентичність розвитку деформацій генетичного повернення порід як при під-, так і при надробці їх захисними пластами, в тому числі при збільшенні глибини розробки. Виникнення обвалення порід покрівлі пластів при підробці, звичайно що розповсюджується на величину приблизно рівну чотирьох-п'ятикратній потужності пластів, істотно вплинути на загальний результат розвантаження не може. 9. З позицій методичного використання раніше невідомої властивості напружених гірничих порід – схильності до деформацій генетичного повернення при розвантаженні вперше оцінені результати аналізу зміни площ, на яких в кінцевих (крайових) частинах лав коефіцієнти концентрації напружень вище, ніж в її інших частинах при збільшенні глибини розробки з 100 до 1200 м. Співвідношення названих площ збільшувалося більш ніж в 10 разів. Суттєвість його полягає в тому, що площі концентрації напружень розглядаються як області, яким при розвантаженні в найбільшій мірі будуть відповідати і більші значення деформацій генетичного повернення. При цьому з урахуванням змісту пункту 8 збільшення глибини розробки (нижче зони газового вивітрювання) сприяє збільшенню зон захисту, а їх утворення не залежить від різновиду зон розвантаження при під- або надробці. 10. У відповідності з «Інструкцією по безпечному веденню гірничих робіт на пластах, небезпечних по раптовим викидам вугілля, породи і газу» була розроблена і обговорена на засіданні Центральної комісії по боротьбі з ГДЯ Міністерства палива та енергетики України методика проведення промислових випробувань параметрів Способу, що скоректувалися. Промислові випробування виконані в 2002-2004р.р. на шахті «Вуглегірська» ДП «Орджонікідзевугілля». Вони підтвердили надійність (вірогідність) основних положень роботи і дозволили розробити для Центральної комісії рекомендації по корегуванню параметрів способу першочергової відробки захисних пластів. 11. Основна направленість роботи характеризується як соціальна – що забезпечує підвищення безпеки. Всі розроблені рішення спрямовані на істотне збільшення розмірів зон захисту, зменшення небезпеки газової обстановки без застосування додаткових витрат, технічних заходів. Це дозволяє обмежитися констатацією того, що техніко-економічна ефективність очевидна, а додаткові, розрахункові підтвердження зайві. Основні наукові і прикладні результати роботи викладені в наступних публікаціях: 1. Николин В. И., Мордасов В. И., Подкопаев С. В. Закономерности развития деформаций генетического возврата – научная основа снижения травматизма. – Донецк:РИА ДонГТУ, 2001.-318с. 2. Подкопаев С. В. Образование полости в осадочном массива является началом деформаций обратной ползучести //Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках.-Симферополь: СГУ, 1999.-С.72-73. 3. Подкопаев С. В. Склонность к деформациям генетического возврата как научная основа увеличения эффективности отработки защитных пластов //Геотехнологии на рубеже ХХI века .-Донецк: ДУНПГО, 2001.-т.2.-С.105-110. 4. Подкопаев С. В., Сорокопуд М. П., Василец А.А. Обоснование параметров схем безопасной разработки выбросоопасных и угрожаемых тонких крутых пластов // Изв. Донецкого горного ин-та.-1997.-№1.-С.41-46. 5. Новые представления (гипотеза) физической сущности эффективности первоочередной разработки защитных пластов/Николин В.И., Подкопаев С. В., Сорокопуд М. П., Савченко П.И.// Изв. Донецкого горного ин-та.-1998.-№1.-С.43-44. 6. Подкопаев С. В., Иванов О. И. Влияние глубины разработки на размеры защищенных зон // Изв. Донецкого горного ин-та.-1998.-№2.-С.59-60. 7. Николин В. И. Подкопаев С. В. Особенности разрушения осадочного массива, вмещающего горную выработку // Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках.-Симферополь: СГУ, 1998.-С.80-81. 8. Мордасов В. И., Подкопаев С. В., Кондаков О. В. Экспериментальное изучение особенностей деформирования осадочного массива // Изв. Донецкого горного ин-та.-1999.-№1.-С.54-57. 9. Экспериментальное изучение особенностей деформирования горных пород при разгрузке / Мордасов В. И., Подкопаев С. В., Кондаков О. В., Савченко П.И.// Физико-технические проблемы горного производства.-Донецк: ДонФТИ, 1999.-Вып.2.-С.68-72. 10. Подкопаев С. В., Кондаков О. В., Иванов О. И. Экспериментальное изучение влияния глубины разработки на размеры зон разгрузки // Проблемы экологии.-1999.-№2.-С.76-79. 11. Подкопаев С. В., Несмеянов А. Е., Кондаков О. В. Математическое описание изменения объема твердого тела при трехосном сжатии // Изв. Донецкого горного ин-та.-1999.-№3.-С.13-18. 12. Николин В. И., Подкопаев С. В., Гончаров А. Д. Экспериментальное изучение природы экранирующего эффекта известняка междупластья при отработке защитных пластов// Безопасность труда в промышленности.-1999.-№10.-С.28-30. 13. Экспериментальное изучение влияния фактора времени на устойчивость выработок при отработке защитных пластов/ Мордасов В.И., Подкопаев С.В., Щенец В. П., Головачев И.Н., Иванов О.И.// Проблемы экологии.-2000.-№1.-С.64-68. 14. Математическое описание изменения объема тела при разгрузке после длительного сжатия / Подкопаев С. В., Несмеянов А. Е., Кондаков О. В., Мордасов В.И. // Изв. Донецкого горного ин-та.-2000.-№1.-С.6-10. 15. Подкопаев С. В., Сорокопуд М. П., Теросипов В. М. Аналитическая оценка параметров разгрузки при отработке защитных пластов // Изв. Донецкого горного ин-та.-2000.-№2.-С.62-66. 16. Особенности развития деформаций обратной ползучести горных пород после разгрузки / Гребенкин С. С., Подкопаев С. В., Щенец В. П., Кондаков О.В., Керкез С.Д.// Вiбрацii у технiцi та технологiях.-2000.-№4 (16).-С.55-58. 17. Практическое значение экспериментального изучения обратной ползучести горных пород / Николин В. И., Подкопаев С. В., Мордасов В. И., Кондаков О.В.// Уголь Украины.-2000.-№5.-С.17-19. 18. Мордасов В. И., Подкопаев С. В., Формос В. Ф. Экспериментальное изучение влияния глубины разработки на размеры зон разгрузки при разработке свиты пластов // Сб. научных трудов НГА Украины.-Днепропетровск.-2000.-№9.-т.2.-С.188-193. 19. Николин В. И., Подкопаев С. В. Фактор времени как основа корректировки параметров защитных пластов // Безопасность труда в промышленности.-2000.-№10.-С.47-50. 20. Николин В.И., Подкопаев С.В., Демин И.К. Природная закономерность развития деформаций обратной ползучести осадочных горных пород, обусловленная катагенезом органического вещества.//Уголь Украины.-2000.-№10.-С.20-23. 21. Пудак В. В., Подкопаев С. В., Щенец В.П. Зависимость природной склонности пород к деформациям генетического возврата от степени метаморфизма // Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках. –Симферополь: ТНУ, 2000.-С.106-107. 22. Учет деформаций генетического возврата при определении параметров опережающей отработки защитных пластов / Николин В. И., Подкопаев С.В., Агафонов А. В., Сорокопуд М.П., Мордасов В.И. // Уголь Украины.-2001.-№2-3.-С.15-18. 23. Особенности травматизма от обрушений в лавах крутых пластов/ Николин В. И., Подкопаев С. В., Сорокопуд М. П., Головачев И.Н. // Физико-технические проблемы горного производства.-Донецк: Лебедь, 2001.-Вып.3.-С.101-108. 24. Подкопаев С. В., Головачев И. Н., Засульский В. В. К оценке склонности пород к обрушениям по длине лавы крутых пластов// Физико-технические проблемы горного производства.-Донецк: ДУНВГО. 2001.-Вып.4.-С.127-132. 25. Николин В. И., Подкопаев С. В., Журавель Е. А. Деформации генетического возврата – важнейшее свойство осадочного массива // Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках.-Симферополь: ТНУ, 2001.-С.122-123. 26. Николин В. И., Подкопаев С. В., Савченко П. И. Экспериментальное изучение зависимости деформаций генетического возврата от сохранения влажности образцов // Проблемы экологии.-2002.-№1.-С.80-85. 27. Николин В. И., Подкопаев С.В. Структурная модель горной породы, склонной к деформациям генетического возврата // Изв. Донецкого горного ин-та.-2002.-№1.-С.84-88. 28. Водо-газопроницаемость углепородных массивов, склонных к деформациям генетического возврата / Николин В. И., Подкопаев С.В., Каплюхин А.А., Носач А.К., Тюрин Е.А.// Изв. Донецкого горного ин-та.-2002.-№3.-С.30-36. 29. Николин В. И., Подкопаев С. В., Колесников В. Г. О новой теории горного давления в угольных шахтах // Безопасность труда в промышленности.-2002.-№11.-С.36-38. 30. Николин В. И., Подкопаев С. В., Бичаров М. З. Наряду с “полями напряжений” более реальны и значимы “поля деформаций”/Геомеханика в горном деле.- Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2003.-С.11-16. 31. Николин В.И., Подкопаев С.В. Деформации генетического возврата как причина разрушения выработок /Горный информационно-аналитический бюллетень.- М.: МГГУ.-2003.-№5.-С.158-161. 32. Деформации генетического возврата при разгрузке массивов /Николин В.И., Подкопаев С.В., Агафонов А.В., Малеев Н.В., Николин В.В.// Известия высших учебных заведений (горный журнал).-2004.-№1.-С.51-56. 33. Декларацiйний патент №34566А Україна МПК Е21F5/00. Спосiб визначення тимчасового випередження захисноi лави гiрських робiт викидонебезпечного пласта/ Нiколiн В.I., Подкопаєв С.В., Василець О.О., Сорокопуд М.П., Савченко П.I.; Заявл. 04.03.98; Опуб.15.03.01, Бюл.№2.-4с.ил. 34. Декларацiйний патент №34558А Україна МПК Е21F5/00. Спосiб оцiнки ефективності захисної дiї випереджальної розробки пластiв/ Нiколiн В.I., Подкопаєв С.В., Василець О.О., Гончаров А. Д., Сорокопуд М.П.; Заявл. 04.03.98; Опуб.15.03.01, Бюл.№2.-3с.ил. 35. Деклараційний патент №36899А Україна МПК Е21С41/00. Спосіб прогнозу зміщень осадових гірничих порід / Ніколін В.І., Мордасов В.І., Подкопаєв С.В., Савченко П.І.; Заявл.22.02.00; Опуб. 16.04.01, Бюл.№3.-4с.ил. 36. Деклараційний патент №50630А Україна МПК Е21В49/00. Спосіб виміру схильності гірничих порід до деформацій генетичного повернення / Ніколін В.І., Подкопаєв С.В., Савченко П.І., Єрмола С.А.; Заявл.13.03.02; Опуб. 15.10.02, Бюл.№10.-4с.ил. 37. Деклараційний патент №58260А Україна МПК Е21F5/00. Спосіб попередження викидів вугілля, породи і газу при відпрацюванні вугільних пластів / Ніколін В. І., Подкопаєв С. В., Савченко П. І., Тюрін Є.А.; Заявл. 06.11.02; Опуб.15.07.03, Бюл.№7.-4с.ил. 38. Диплом №А – 297. О связи деформаций генетического возврата напряженных горных пород с их влажностью / Николин В.И., Подкопаев С.В., Агафонов А.В., Малеев Н.В., Носач А.К.-М.:-МААНОИ.- 22.12.2003г. 39. Гипотеза физической сущности разрушения осадочного массива / Николин В. И., Подкопаев С. В., Мороз О. К., Иванов О.И., Заболотный А.Г. //IV Szkola Geomehaniki.-Gliwice-Ustron. -1999.-р.85-90. У публікаціях, що виконані у співавторстві, дисертантові належить наступне: [1], [7], [8], [9], [16], [17], [20], [21], [30] – постановка задач експериментальних досліджень, наукова інтерпретація результатів по вивченню деформацій зворотної повзучості та генетичного повернення осадочних гірничих порід; [4] – обґрунтування вихідних даних до вибору параметрів схем безпечної розробки викидонебезпечних пластів; [5], [19], [22] – розробка концептуальних та теоретичних положень обґрунтування параметрів захисних пластів; [6], [10], [18] – наукова інтерпретація результатів і теоретичне обґрунтування впливу глибини розробки на розміри зон розвантаження; [11], [14] – аналіз і математичний опис зміни об’єму твердого тіла при стисненні і розвантаженні; [12] – розробка методики та наукова інтерпретація результатів експериментальних досліджень вивчення природи екранізуючого ефекту вапняку; [13] – теоретичне оформлення і наукова інтерпретація результатів впливу фактору часу на стійкість виробок при відробці захисних пластів; [15] – математичний опис процесу розвантаження при відробці захисних пластів; [23], [24], [25] – теоретична постановка і нове рішення задач пов'язаних з обваленням в лавах крутих пластів; [26], [31], [32] – аналіз і наукова інтерпретація результатів досліджень вивчення деформацій генетичного повернення від збереження вологості зразків; [27] – теоретичне оформлення нової структурної моделі схильної до деформацій генетичного повернення; [28] – аналіз теоретичних і експериментальних досліджень газовіддачі вуглепородних масивів; [29] – теоретичне оформлення і розробка нових рішень для підвищення ефективності першочергової відробки захисних пластів; [33 – 37] – здобувачем запропоновані основні ознаки винаходів, що є істотними; [38] – здобувачем запропоновані основні ознаки наукової ідеї, що є істотними; [39] – теоретичне обґрунтування гіпотези фізичної суті руйнування осадочного масиву при першочерговій відробці захисних вугільних пластів. | 