РЕЗУЛЬТАТИ ТЕОРЕТИЧНИХ І ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

Розроблена та запатентована серія методик з виділення та прогнозування порушених зон у вугільних пластах, яка націлена на запобігання динамічних та газодинамічних явищ у вугільних пластах, що підвищує безпеку праці шахтарів. Крім того, з порушеними зонами пов’язані скупчення пилу та газу, запобігання виділення цих проявів зменшує їх викиди в атмосферу. Для достатньо забрудненої території та атмосфери Донбасу, це має важливе екологічне значення.

Розроблений та впроваджений метод комплексного прогнозування викидонебезпечності гірських порід. Вказаний метод запатентовано та видана монографія – Комплексний прогноз викидонебезпечності гірських порід – 2021 р.

Встановлено, що викидонебезпечними є порушені зони газоносних осадочних порід (вугілля, пісковика, солі, карбонатів і т.і.). Для вуглепородного масиву викидонебезпечність є слідством метастабільного стану порід середньої та частково піздньої (для вугілля) підстадії катагенезу. Прогноз викидонебезпечності полягає в урахуванні мінералогічного складу, структури, колекторських властивостей і ступеня порушеності осадочних порід. Боротьба з викидонебезпечністю зводиться до встановлення оптимального впливу на колекторські властивості та напружений стан осадочних порід негативних факторів.

Отримав подальший розвиток процес формування мінералогічної закритої пористості у вигляді кількісних параметрів у об`ємі пісковиків, що суттєво впливає на викидонебезпечність вуглевміщуючих порід та інші термогазодинамічні процеси.

Описано процес спонтанної сублімації та десублімації газів на прикладі формування газогідратів та переходу частини вугілля у газовий стан під час прояву газодинамічних процесів.

Отримав подальший розвиток процес формування фрікційного іскріння у пісковиках Донбасу з підвищеним вмістом кварцу, що може призводити до займання вугілля та іншої органічної речовини; вибухів скупчень газу; загорання газу.

Отримали подальший розвиток процеси першого та другого етапів нагрівання вугілля за визначеними температурами; процеси зміни динаміки горіння, тління, охолодження вуглепородних масивів у шахтах.

НАУКОВО-ПРАКТИЧНІ ДОСЯГНЕННЯ ЛАБОРАТОРІЇ

 Наукові явища, процеси й закономірності 

За час роботи, керівником та співробітниками лабораторії було описано декілька нових явищ, які співробітники продовжують досліджувати і застосовувати у виробничих процесах. Зазначені явища опубліковані, на них оформлені патенти.

Формування ізотропних і анізотропних зон напружень в гірських породах. У пісковиках, які перебувають на стадії катагенезу, з ізотропними зонами пов'язано утворення дисків в керні свердловин, пробурених в різні напрямки, а з анізотропними - в будь-якому одному напрямку. Викиди пісковиків відбуваються тільки в першому випадку, оскільки для формування ізотропних зон необхідні напруги в 1,5-2 рази вище. Авторське свідоцтво №1721260. Цю властивість продовжує досліджувати С.В. Стефанко.

При певних термодинамічних умовах в речовині різних систем (мінералах, породах, мінералоїдах, штучних речовинах) формуються квазікристали, які є перехідною фазою між аморфною і кристалічною формами матерії, що мають ближній порядок, правильні геометричні форми. Зазначені структури формуються в порушених зонах, де за допомогою такої організації речовини відбувається спад ентропії (скидання енергії). Квазікристали є індикатором підвищених напруг, які реалізуються у формі порушених зон. Патенти України №33252, №40685, №41111. Цю властивість продовжує досліджувати О.О. Карамушка.

При досягненні речовиною критичних термодинамічних умов, вона трансформується в інший стан за допомогою зміни структури, складу, стану, форми та інших властивостей. Явище структурування речовини реалізується в еволюційно-революційній формі. При досягненні речовиною критичних станів,

вона трансформує свою структуру і властивості, пристосовуючись до нових умов. Такі «сходинки» в літературі мають різні назви: стадії, підстадии, скачки, для вугілля - марки або ступінь вуглефікації і т.д. Патенти України: №51207, №34397.

Розчинення флюїдів в мінералах і породах під дією посилення термодинамічних умов (формування губчастої структури) і подальше їх виділення з речовини в процесі «сухої переплавки» при зміні структури. Обсяги газів, що беруть участь в цьому процесі досить значні, але підрахувати їх можна тільки в наближеному вигляді, оскільки розміри включень сягають іноді нанорівня. Цю властивість продовжує досліджувати Я.В. Антипович.

Формування пісковиків з сінгенетичних еолових пісків, під дією електростатичних сил. У поверхневих умовах пісок перетворюється в зцементований пісковик, зазвичай цей процес зачіпає верхню частину піску (до кількох метрів, або десятків метрів). В якості цементу виступають гідроксиди заліза, кварцу, з домішками карбонатів і слюд. Подібним чином був утворений пісковик на палеодюнах в геологічному пам'ятнику «Кам'яна могила», на інших палеодюнах уздовж різних водойм.

Спонтанна сублімація та десублімація у породах органічного та неорганічного походження під впливом термодинамічних умов, що змінюються. При певних умовах визначена частина порід органічного чи неорганічного походження перетворюється на газ (сублімація), що може приводити до викидів, вибухів, пожарів як в гірничих виробках, так і на поверхні Землі. При інших певних умовах гази у сукупності з вологою можуть утворювати тверду речовину, наприклад – газогідрати (десублімація).

Впровадження результатів досліджень

 Отримані наукові результати трансформуються в способи, методи, методики, нові показники, які реалізуються на виробництві. Нові методи і показники патентуються в установленому порядку і є матеріалом для розробки

нових Керівництв..., Інструкцій..., СОУ. Так було розроблено СОУ10.1.05411357.004: 2005. «Скупчення вільного метану у непорушеному вуглепородному масиві. Методика прогнозування зон та визначення їх параметрів»; Керівництво з «Комплесного прогнозу викидонебезпечності гірничих порід». Частково впровадження результатів виконується у вигляді Рекомендацій..., які розробляються на прохання шахт, для вирішення різних виробничих завдань. Зазначені Рекомендації передаються відповідним службам гірничих підприємств в установленому порядку.

Крім розробки керівних документів, патентів, нових методів і показників, співробітники лабораторії беруть участь в робочих нарадах, виступають у виробничих організаціях, пояснюють причини і умови формування газогідратів в вугільних шахтах, біолітового (сланцевого) газу, квазікристалів в порушених зонах, викидонебезпечності вугілля і пісковиків та інших газодинамічних явищ, з точки зору останніх наукових даних.