Мета роботи: встановлення закономірностей впливу домінуючих чинників на процеси зниження несучої здатності викидонебезпечних вугільних пластів для визначення раціональних параметрів статичного (нормативного) і імпульсного способу та пристрою їх гідророзпушування, що забезпечують запобігання раптовим викидам вугілля, породи та газу та збільшення швидкості проведення підготовчих виробок.
Об'єкт досліджень – геомеханічні процеси руйнування і розвантаження привибійної частини газоносних вугільних пластів при їх гідророзпушуванні.
В роботі використано комплексний метод узагальнення попередніх досліджень; методи механіки тіла, що деформується; закономірності ліній ковзання пластичності; теоретичний опис та експериментальне підтвердження закономірностей розподілу контактних, внутрішніх нормальних та дотичних напружень в гірських породах; зіставлення теоретичних позамежних кривих міцності зразків гірських порід з експериментальними діаграмами «нормальні напруження – поздовжня деформація»; узагальнення теоретичних і експериментальних закономірностей формування опорного гірського тиску; методи статистичної оцінки аналітичних результатів та їх відповідність експериментальним даним; стандартні методи вимірювання параметрів.
Наукові положення, які виносяться на захист:
1. Утворення і розвиток тріщин в гірських породах відбувається шляхом їх локального руйнування від граничних ефективних дотичних напружень, що формуються згідно критерію міцності Кулона, який доповнений урахуванням параметрів контактного тертя, та ефективних дотичних напружень, що не досягають межі міцності зсуву порід в точках виходу їх траєкторій на граничну поверхню, при цьому закономірності ефективних дотичних напружень на граничних поверхнях описуються зростаючою експоненціальною функцією.
2. Привантаження привибійної частини вугільного пласта формується дотичними напруженнями від контактного тертя між пластом і бічними породами, які лінійно загасають від кромки вибою у глибину масиву, у вигляді опорного гірського тиску, епюра якого описується опуклою квадратичною функцією, початкове значення якої дорівнює нормальному напруженню у вершині привибійної тріщини, а кінцеве – гірському тиску в зоні незайманого масиву.
3. Несуча здатність привибійної частини газоносного вугільного пласта визначається значенням межі зсуву вугілля, тиску в ньому газу, горизонтальних стискаючих напружень бічного підпору, що виникають від контактного тертя між пластом і вміщуючими породами, і частини пласта, яка не вийшла з-під навантаження унаслідок утворення тріщин, і описується зростаючою експоненціальною функцією в межах від значення міцності вугілля на стиснення в залежності від показників фізико-механічних властивостей вугілля, потужності і глибини залягання пласта.
4. Зміна величин зони розвантаження вугільного пласта описується ірраціональною функцією: зростаючою у залежності від потужності та глибини залягання пласта і спадаючою – у залежності від показників фізико-механічних властивостей вугілля.
5. Розвантаження привибійної частини газоносного вугільного пласта при гідророзпушуванні відбувається за рахунок виходу частини пласта з-під навантаження при розвитку однієї привибійної тріщини віджиму і 3-6 похилих тріщин, що по черзі розвиваються, та зниження несучої здатності цієї частини пласта при імпульсному гідророзпушуванні в порівнянні із статичним за рахунок зниження внутрішнього тертя в вершинах тріщин і контактного тертя між пластом і вміщуючими породами від динамічної дії рідини, що нагнітається в пласт.
Практичне значення одержаних результатів полягає у розробці: обґрунтованих і експериментально підтверджених методик розрахунку межі міцності на стиск та побудови діаграм «нормальне напруження – подовжня деформація» зразків гірських порід; методики розрахунку параметрів розвантаження викидонебезпечних вугільних пластів при їх гідророзпушуванні; методик проведення гірничо-експериментальних робіт; методик лабораторних досліджень параметрів пристрою гідроімпульсного дії методичних рекомендацій по гідроімпульсному розпушування вугільних пластів; технічного завдання на дослідно-конструкторську роботу «Пристрій для гідроімпульсної дії на вугільний пласт».
Результати науково-дослідних робіт оформлені у вигляді методик, методичних рекомендацій і технологічної проектної документації на шахтах ПАО «Краснодонуголь». ІГТМ НАН України спільно з ТОВ «Теплогорській завод гідрообладнання» з участю автора розроблено технічне завдання на проектування пристрою гідроімпульсної дії на вугільний пласт.
Згідно розрахунку ПАТ «Краснодонвугілля економічного ефекту, що очікується, прибуток від упровадження способу і пристрою імпульсного гідророзпушування викидонебезпечних пластів на шахтах ПАО складає до 0,7 млрд грн за рік в цінах 2014 р. Згідно довідці розподілу економічного ефекту серед учасників роботи пайова участь автора за рік складає до 30 млн грн за рік.
