General

Общая информация

Отделение физико-технических горных проблем было создано по инициативе академика НАН Украины А.А.Галкина - основателя Донецкого физико-технического института НАН Украины в 1967 году для выполнения фундаментальных и прикладных исследований для нужд угольной промышленности региона.

В начале это была лаборатория, которая по мере роста тематики и числа квалифицированных научных сотрудников расширялась и в 1986 году была преобразована в отдел. В 1987 году при отделе была создана отраслевая научно-исследовательская лаборатория двойного подчинения: Национальной академии наук и Министерству угольной промышленности Украины. Это позволило отделу более тесно сотрудничать с угольными предприятиями и организациями Донецкого региона при создании перспективных способов и средств управления состоянием горного массива в целях обеспечения безопасной и эффективной добычи угля. В 1992 году отдел и лаборатория совместным решением Президиума Национальной академии наук и Министерства угольной промышленности были преобразованы в Отделение физико-технических горных проблем.

С момента основания (1967 г.) и по настоящее время Отделение возглавляет академик Академии горных наук Украины, профессор, доктор технических наук Анатолий Дмитриевич Алексеев. За время существования сотрудниками Отделения было опубликовано более 300 научных работ, в том числе 11 монографий, получено 40 патентов и авторских свидетельств, разработано и внедрено на шахтах страны 8 способов управления состоянием горного массива, которые вошли в нормативные документы. Сотрудники Отделения являются авторами первого в Донбассе официального научного открытия. В отделении защищены 5 докторских и более 30 кандидатских диссертаций.

Научные напрвления

Исследование строения и физико-механических свойств угля и горных пород на больших глубинах в условиях неравнокомпонентного сжатия,
создание способов активного управления напряженно-деформированным состоянием горного массива в окрестности очистных и подготовительных выработок, обеспечивающих безопасную и эффективную отработку угольных пластов,
разработка методов физико-химической обработки угольных пластов с целью перевода их в невыбросоопасное состояние и извлечение метана, находящегося в твердом растворе с угольным веществом.

В настоящее время основная задача научных исследований коллектива - разработка методов управления состоянием горного массива. Это является важнейшей научной, технической и социальной проблемой, т.к. связано с негативными явлениями в угольной промышленности, которые не только удорожают добычу угля, а , к огромному сожалению, еще и уносят жизни шахтеров. Указанная проблема относится к числу важнейших в академии наук, ею занимаются многие ведущие ученые страны. Проблема борьбы с внезапными выбросами угля, породы и газа актуальна практически во всех угледобывающих странах, но условия Украинского Донбасса наиболее сложные - здесь почти 250 шахтопластов относятся к опасным или угрожающим по газодинамическим явлениям, т.е. по внезапным выбросам и обрушениям угля с выделением газа - метана.

В Отделении более 30 лет выполняются работы, направленные на исследование напряженно-деформированного состояния угля и горных пород на больших глубинах, фазового состояния метана в угле и разработку способов активного управления состоянием углепородного массива, основанных на физико-химической обработке угля водными растворами поверхностно-активных и химически активных веществ (ПАВ и ХАВ). Эти разработки явились основой для создания способов региональной и локальной обработки выбросоопасных угольных пластов с целью перевода их в безопасное состояние, которые включены в нормативные документы Минуглепрома Украины.

. Региональный способ прошел промышленную проверку и внедрен на более чем 30 шахтах пологого и крутого падения Донбасса, отрабатывающих наиболее выбросоопасные пласты.

Контроль эффективности увлажнения угольного пласта до определенного уровня, который устанавливается для каждого сорта угля в отдельности, выполняется по пробам угля, взятым из контрольных скважин, пробуренных на обработанном участке. Анализ проб выполняется на специальной аппаратуре, разработанной и изготовленной в Отделении, в основу которой положен эффект ядерно-магнитного резонанса (ЯМР). Аппаратура исполнена как в стационарном варианте, так и в портативном, который можно использовать непосредственно шахтных условиях.

На применении метода ЯМР основан и разработанный в Отделении способ прогноза выбросоопасности угольного пласта. Известно, что угольный пласт вследствие анизотропности своих физико-механических свойств и напряженно-деформированного состояния не на всем протяжении выемочного участка выбросоопасен. Одним из важных влияющих факторов является содержание адсорбированной влаги в угле. Выполненные лабораторные исследования образцов углей, отобранных с более чем 300 шахтопластов Донбасса и последующая шахтная проверка позволили определить для каждой марки угля свой критериальный показатель адсорбированной влаги и метанообильности, который и определяет выбросоопасность угольного пласта. Этот способ отнесения угольных пластов к выбросоопасным защищен патентом и включен в нормативный документ Минуглепрома Украины.

Работа Отделения в настоящее время направлена на разработку новых методов прогнозирования и предотвращения газодинамических явлений в угольных пластах, отрабатываемых в сложных горногеологических условиях. Для этого выполняются комплексные исследования строения угольного вещества и его пористости, фазового состояния метана в угле. Впервые установлено (диплом на открытие N 9 от 10 ноября 1994г.), что метан может образовывать с органическим веществом угля метастабильные однофазные системы по типу твердых растворов. Исследования также расширили современные представления о пористой структуре угля. Эти данные позволяют по-новому подойти к решению проблемы борьбы с внезапными выбросами и разработать более совершенные способы их прогнозирования и предотвращения.

Продолжаются работы над совершенствованием аппаратуры и приборов, используемых для определения физических свойств выбросоопасных углей. Основными требованиями к аппаратуре являются: в первую очередь портативность, которая позволяет ее использовать в шахтных условиях, а также обеспечение высокой точности замеров.

Научные труды

Предельное состояние горных пород.
Киев, 1982, 197 стр.
Разработка крутых пластов щитовыми агрегатами.
Киев, 1983, "Технiка", 100 стр.
Обработка выбросоопасных пластов растворами ПАВ.
Киев, 1988, 88 стр.
Разрушение горных пород в объемном поле сжимающих напряжений.
Киев, 1989, "Наукова думка", 168 стр.
Радиофизика в угольной промышленности.
Москва, 1992, 199 стр.
Прогноз и управление состоянием горного массива.
Киев, 1994, "Наукова думка", 200 стр.
Совершенствование средств и способов поддержания подготовительных выработок на шахтах Центрального района Донбасса.
Днепропетровск, 1994, "Сiч", 206 стр.
Coal mass state NMR-analisis and control.
Kiev, 1995, 222 pp.
Investigation of the mechanism of descrete media fracture with the example of rock failure.
В кн.: Discontinuous deformation analysis (DDA) and simulations of discontinuous media. Сб. докл. 1-го Международного Форума, Беркли (Калифорния), июнь 12-14, 1996 г., стр. 480-487.
Способы и средства охраны подготовительных горных выработок.
Донецк, 1997, 80 стр.
Влияние температуры на предельные состояния породного массива в окрестности горной выработки.
ФТВД, том 7, N 2, 1997 г,. стр. 133-146.
Вопросы управления горным давлением на тонких крутых пластах Донбасса.
Донецк, 1998, "Лебедь", 288 стр.

Завершенные разработки

Можем провести исследования или передать чертежи, изготовить уникальное оборудование и установки:

установка для определения влажности угля и горных пород по методу ядерного магнитного резонанса - стационарная (ЯМР) и портативная (ВМР),
установка трехосного неравнокомпонентного сжатия (УНЕС) для испытания образцов угля и породы в условиях, приближенных к реальным (до глубины
10 000 м),
установка для определения эффективной поверхностной энергии разрушения горных пород (ЭПЭ).

Можем оказать помощь научным и производственным организациям:

в исследованиях строения и состояния угля и горных пород,
в разработке способов вскрытия и безопасной отработки выбросоопасных угольных пластов, основанных на их разгрузке с помощью увлажнения водными растворами поверхностно-активных веществ (ПАВ),
в разработке способов охраны пластовых подготовительных выработок, основанных на предварительной разгрузке окружающего массива ПАВами,
в определении метанообильности угольных пластов с учетом закрытой пористости угля и метана в твердом растворе в угольном веществе,
в определении мест заложения скважин при добыче метана с поверхности,
в разработке технологии полного (с учетом растворения его в органике угля) извлечения метана из углепородных массивов.