Инновации идут «в гору»

В 2015 году путём присоединения к Федеральному государственному бюджетному учреждению науки Кемеровскому научному центру Сибирского отделения Российской академии наук (КемНЦ СО РАН) федеральных государственных бюджетный учреждений науки, подведомственных ФАНО России: Института угля СО РАН (ИУ СО РАН), Института углехимии и химического материаловедения СО РАН (ИУХМ СО РАН), Института экологии человека СО РАН (ИЭЧ СО РАН) был создан Федеральный исследовательский центр угля и углехимии СО РАН (ФИЦ УУХ СО РАН).

Цель создания центра — научное обеспечение и сопровождение дальнейшего развития угольной и углехимической отраслей промышленности России по всей цепи производств от добычи и глубокой переработки угля до рекультивации и создания экологически комфортной среды жизни в угледобывающих регионах, обеспечение угольной и углехимической отраслей национальными технологиями, оборудованием и системами управления мирового уровня.

Подразделение Федерального исследовательского центра угля и углехимии СО РАН Институт угля в прошлом году отметил юбилейную дату — 30-летие со дня организации Института!

За три десятилетия, прошедшие с момента создания, Институт прошел несколько этапов своего развития и становления: создание научных коллективов, формирование научной тематики, организация материально-технической базы научных исследований, обеспечение лабораторной и приборной базы, формирования научных школ.

В настоящее время Институт угля разработал и предлагает технологии и конструкции механизированных крепей подземной отработки мощных пологих и крутых угольных пластов с выпуском подкровельной толщи, объединённые общей идеей управления процессом перемещения предварительно разрушенной горной породы за счёт принудительно-управляемого выпуска на забойный конвейер, что открывает новое направление конструирования крепей.

Основной причиной крупных аварий, произошедших на ряде шахт Кузбасса, стало обрушение труднообрушающейся кровли на значительной площади при отходе лавы.

Неожиданные неуправляемые динамические обрушения наносят большой вред — опасны для людей, разрушают механизмы и горные выработки.

Кроме того, зависание кровли вызывает концентрацию горного давления на угольный массив, что провоцирует горный удар.

Для предотвращения динамических явлений в шахтах продолжается совершенствование и широкомасштабное внедрение уникальной технологии направленного гидроразрыва пород (НГР). Для реализации технологии создан и испытан на шахтах полный комплект оборудования для осуществления НГР.

Метанобильность угольных шахт России — одна из важнейших проблем в угольной отрасли. Существующими средствами дегазации, применяемыми на шахтах, извлекается лишь незначительная часть метана.

На газообильных шахтах сохраняется газовый барьер препятствующих повышению нагрузок на очистной забой. Самой сложное — повысить газоотдачу угольного пласта. Для этого ведутся исследования видов и закономерностей накопления метана в углеродном массиве и процессах его высвобождения.

На основе ориентированного поинтервального гидроразрыва пласта разработаны технологии и технические средства интенсивности газовыделения в дегазационные скважины.

Разработаны метод и математические модели нестационарных аэрогазодинамических процессов, протекающих в горных выработках, уникальные, не имеющие зарубежных аналогов, по набору решаемых задач программные комплексы («Вентиляция», «Водоснабжение», «Ударная волна»).

Данные комплексы позволяют рассчитывать проветривание шахты с учётом переходных процессов, имеющих место в периоды развития аварий, их ликвидации и расследования и на основе полученных результатов принимать научно обоснованные управляющие решения в самых сложных ситуациях.

Разработанные методы расчёта и программные комплексы используются на всех угольных и сланцевых шахтах Российской Федерации, в отрядах ВГСЧ и проектных институтах.

Данные разработки повысили безопасность и эффективность ведения горноспасательных работ и используются в работе правительственных комиссий, расследующих причины возникновения аварий, стали одним из первых внедрений передовых компьютерных технологий в угольной промышленности России.

В настоящее время осуществляется научное сопровождение программных комплексов и контроль по корректировке и поддержанию единого информационного банка данных угольных шахт.

С позиций нелинейной геомеханики разработана уникальная модель газогеомеханических процессов, учитывающая, что при снижении напряжений в массиве выделяют газ. Разработан и апробирован метод прогноза динамики метанообильности и контроля эффективности управления газовыделением на выемочных участках.

Обоснованы технологические схемы высокопроизводительной разработки угольных месторождений, обеспечивающие минимизацию проведения подготовительных выработок и их рациональное положение на выемочном поле, повышенную дегазацию вмещающего массива и добычу попутного метана.

Разработана научная концепция открыто-подземного способа освоения угольных месторождений по глубине тремя ярусами: первый осваивается открытыми работами до проектной глубины по экономическому критерию с использованием на заключительном этапе подземной транспортной инфраструктуры; второй (открыто-подземный ярус) одним высоким уступом (Highwall) без разноса бортов угольного разреза с использованием безвзрывной технологии комплекса глубокой разработки пластов (КГРП) и выдачей угля по существующим коммуникациям разреза; третий подземными работами по модульной геотехнологической структуре шахтоучастков с использованием производственной инфраструктуры угольного разреза.

Широкое внедрение данного способа позволит наряду с повышением технико-экономических показателей добычи угля и увеличением полноты его извлечения из недр существенно сократить масштаб изъятия земель под внешние отвалы.

Текст и фото: Владимир Клишин, д.т.н., профессор, член-корреспондент. РАН, директор Института угля СО РАН, Президент Ассоциации машиностроителей Кемеровской области