Томские ученые создали программный комплекс для прогноза обрушений на угольных шахтах

Молодые ученые Института физики прочности и материаловедения СО РАН при помощи математических моделей установили закономерности разрушения кровли для ряда шахт Кузнецкого угольного бассейна. Также они описали механизмы разрушения горных пород. Разработка ученых сделает процесс добычи более безопасным и в то же время рентабельным.

Как утверждают томские ученые, процессы разрушения технических конструкций или горных пород только на первый взгляд протекают мгновенно. На самом деле, деградация является следствием довольно длительного накопления повреждений. Чтобы избежать катастрофических последствий разрушения, нужно изучить его механику. «Средний горизонт добычи в шахтах Кузбасса составляет примерно 300—600 метров, при этом сам угольный пласт находится внутри других осадочных пород. Чтобы представить себе это, достаточно вспомнить, как выглядит слоеный пирог в разрезе, — рассказывает доктор физико-математических наук Михаил Еремин. — В разработанную нами модель мы вводим весь “слоеный пирог” — угольную и другие породы. Каждая из них имеет свои свойства, что приводит к неоднородности распределения напряжения по глубине».

По словам исследователя, угольный пласт испытывает колоссальное давление сверху — плюс 25 атмосфер каждые 100 метров в глубину. Когда уголь извлекается, то к этому добавляется еще и неоднородность от пустот. Это может привести к внезапному горному удару, который сопровождается резким выбросом породы в сторону свободного пространства.

В процессе добычи угля и других пород нужно постоянно контролировать опорное горное давление, и в случае его повышения до опасных величин бурить дополнительные разгрузочные скважины или прибегать к гидроразрыву пласта. Программный комплекс, разработанный томскими механиками, способен смоделировать и эти ситуации, просчитав оптимальные режимы бурения и гидроразрыва. Также он позволяет найти оптимальную геометрию целика — соотношение его ширины и высоты, при которой процесс добычи будет безопасным и в то же время рентабельным.