З метою підвищення ефективності процесів зведення та ремонту кріплення запропоновано використовувати торкретбетон і технологію вибуху. Встановлено закономірність розльоту цементно-піщаної суміші під дією центрального вибуху. Визначено умови формування однорідного багатофазного потоку цементно-піщаної суміші в процесі зведення торкретбетонного кріплення вибуховим способом. Вперше розроблено методику визначення оптимальних швидкісних і просторових параметрів вибухового способу торкретбетонування. Наведено технологічні схеми реалізації даного способу в гірничих виробках. Проведено дослідно-промислову апробацію запропонованих заходів і визначено їх ефективність.

Розглянуто питання щодо обгрунтування параметрів і розробки способів підвищення стійкості підземних виробок шляхом утворення армованих породобетонних конструкцій за умов слабометаморфізованих вмісних порід. Розроблено ефективні самонапружуючі будівельні суміші на основі портландцементу з розширювальними домішками фосфогіпсо-вапнистих спіків для тампонажу приконтурних порід, досліджено фізико-механічні властивості тампонажного каменю. Обгрунтувано методику дослідження процесів взаємодії армованих породобетонних конструкцій і базового кріплення за умов шахт Західного Донбасу. Наведно математичні моделі та узагальнений метод розрахунку параметрів напружено-деформованого стану породобетонних конструкцій. Доведено, що анкерне кріплення та тампонаж контуру виробки будівельною сумішшю на основі портландцементу з розширювальними домішками форсфогіпсо-вапнистих спіків в середньому на 58% зменшує переміщення крівлі та боків виробки. Показано, що використання самонапружуючих тампонажних розчинів, застосування анкерного кріплення та нагнітання тампонажного розчину в вертикальні свердловини під тиском до 6 МПа забезпечує перехід приконтурного масиву в режим узагальненого стискання, що суттєво підвищує стійкість виробок.

Розроблено фізико-технічні й організаційні засади інтенсивних технологій спорудження вертикальних стволів шахт за умов підвищеної водоносності породного масиву, які забезпечують зростання темпів проходки, економічність і надійність їх експлуатації. На підставі встановлених закономірностей вивалоутворення у стволах залежно від водоприпливів, міцності порід і швидкості проходки та формування геоактивних зон у приконтурному масиві з урахуванням вартості будівництва обгрунтовано науково-технічні принципи підвищення стійкості стволів за рахунок смолизації деформованих водонасичених порід і створення високоміцного водоізолювального постійного бетонного кріплення шляхом введення в бетон гідроізолювальних домішок і його поверхневої обробки пенетрувальними речовинами. Вивчено мехнізми поведінки системи бетонне кріплення - водонасичений породний масив за допомогою комп'ютерного моделювання взаємодії кріплення та приствольного масиву. Обгрунтовано технологічні регламенти поточної технології проходки вертикальних столів за умов підвищення водоприпливів і зміщення водонасиченого масиву. З урахуванням встановлених закономірностей і залежностей розроблено комплекс способів і засобів активного керування напружено-деформованим станом приствольного масиву й організації водоприпливів у стволах для забезпечення їх довготривалої стійкості.

Вперше доведено, що швидкість вихідного бетонно-повітряного потоку під час формування шару кріплення на поверхні підняттєвої виробки радіально-сопловим апаратом механізованого комплексу змінюється обернено пропорційно до зовнішнього радіуса опорного та напрямного дисків радіально-кругового соплового апарата та відстані між ними. Встановлено закономірності газодинамічних процесів руху бетонно-повітряної суміші та формування сопловим апаратом набризкбетонного комплексу радіально-кругового потоку. Обгрунтовано раціональні параметри обладнання для формування шару кріплення на поверхні підняттєвої гірничої виробки.

Розроблено способи та засоби охорони виймальних виробок за умов нестійких порід. Обгрунтовано можливість використання автоклавного газобетону як кріпильного матеріалу та досліджено особливості його деформування за позамежового навантаження. Встановлено критерій стійкості газобетонної опори по відношенню b/h (ширини опори до її висоти). Експериментально доведено, що застосування жорстких міжшарових прокладок покращує деформаційно-навантажувальні характеристики блокових конструкцій. За синтезу скріплювальної суміші одержано полімер СКАТ, який за рядом характеристик (усадка 0,6 - 2,1 %; міцність адгезії 3,5 - 5,4 МПа; міцність на одноосне стиснення 45 - 65 МПа) порівнянний з кращими зарубіжними сумішамі має меншу в'язкість, токсичність і вартість. Встановлено механізм стримування зміщень порід в порожнину виймальної виробки за їх локального закріплення, який полягає у тому, що закріплені блоки, які мають більшу (у 1,5 раза) міцність, ніж навколишній масив, сприяють самозаклинюванню зруйнованих порід. Розроблено способи та засоби охорони виймальних виробок, які упроваджено в 26-ти виробках 16-ти шахт Донбасу.

Рассмотрено влияние технологической схемы проходки на взаимодействие крепи с массивом пород. Отмечены особенности совмещенной технологической схемы. Получены значения относительной прочности бетона в различные сроки твердения. Исследовано напряженно-деформированное состояние призабойного участка крепи ствола.

Выполнен анализ причин нарушения гидростойкости бетонной крепи вертикальных стволов шахт. Анализ показал, что основным фактором, влияющим на объемы водопритоков в ствол, является неплотность в стыках между заходками. Предложена методика исследования расширяющихся свойств бетонной смеси для герметизации стыков между заходками.

Представлены результаты лабораторных испытаний образцов набрызгбетона на растяжение при изгибе. Опытные образцы - предварительно разрушенные и восстановленные путем склеивания нарушенных поверхностей ПВА эмульсией. Контрольные образцы - стандартные образцы, с которыми осуществляется сравнительный анализ результатов испытаний. Представлены графики зависимости деформаций прогиба опытного и контрольного образцов от нагрузки. Определены пределы прочности образцов на растяжение при изгибе.

Представлено результати лабораторних випробувань призм із різним за розміром заповнювачем. Визначено залежності зміни межі міцності на вигин та моменту виникнення тріщини у фібробетонних зразках від виду заповнювача. Побудовано діаграми "навантаження - вигин" для розглянутих варіантів. Представлено аналіз результатів лабораторних досліджень. Відзначено вплив мікрокремнезему як мінеральної добавки на міцнісні властивості зразків фібробетону.

Рассмотрена основная схема возведения набрызгбетонной крепи в вертикальных выработках круглого сечения, а также алгоритм вычисления основных параметров способа. Приведены результаты вычислений параметров способа по данному алгоритму для основных промышленных взрывчатых веществ.

Выполнены теоретические исследования несущей способности центрально-сжатых трубобетонных элементов. Разработан новый метод определения прочности таких элементов по первому предельному состоянию. Доказана достаточная точность и адекватность расчётов экспериментам.

Цель работы - разработать теорию расчета несущей способности трубобетонных элементов (ТБЭ) по первому предельному состоянию при их произвольном нагружении нормальной силой и изгибающим моментом, установить закономерности совместной работы стальной трубы и твердеющего состава. Для адекватного представления совместной работы металла и бетонного заполнителя в трубобетоне использовано условие их совместного деформирования на участках контакта с помощью аналитической и численной математических моделей. Основным отличием методики является учет различных типов напряженно-деформированного состояния (НДС) стали и бетона в трубобетоне при наступлении предельных состояний на крайних волокнах стальной обоймы. В результате установлены 3 различных типа НДС в трубобетоне, выявлены особенности наступления предельного состояния для каждого типа. Предложена расчетная схема распределения внутренних усилий в ТБЭ при его произвольном внешнем нагружении и, на основе физически обоснованной модели взаимодействия бетона и стальной трубы, исследована несущая способность трубобетона. Установлены закономерности перехода одного типа предельного состояния в другое по мере изменения внешнего нагружения ТБЭ, заданного в виде отношения нормальной силы к изгибающему моменту. Разработан метод расчета несущей способности трубобетона. Получены аналитические зависимости для расчета предельных соотношений внешних нагрузок для трех типов НДС.

Увагу приділено вдосконаленню параметрів буропідривної технології проведення вертикальних стволів за суміщеною схемою проходки для підвищення стійкості породних оголень і міцності монолітного бетонного кріплення. Виконано комплекс натурних та аналітичних досліджень, встановлено закономірності зміни випадкових факторів, що визначають стійкість породних оголень і міцність монолітного бетонного кріплення в стволах. Запропоновано нову схему відбійки порід з уступною формою вибою, перевагою якої є зменшення руйнування бокових порід у нижній частині заходки, для конкретних умов проходки ствола обгрунтовано ефективні її параметри. Розроблено паспорт буропідривних робіт для уступної форми вибою ствола та "Рекомендації щодо зниження величини руйнувань контуру ствола, переборів і об'єму бетону".

Изложена комплексная методика оценки состояния крепи вертикальных стволов, которая включает ее визуальный осмотр и виброакустический контроль. Исследована реакция секции крепи на ударное воздействие. Определен информативный параметр виброакустического метода. Предложены критерии оценки состояния крепи по данным комплексного контроля. Приведен пример использования методики на железорудном комбинате.

Предложен комплекс мероприятий относительно технологии подземной переработки шахтных пород Западного Донбасса. Приведен анализ строительных смесей, опыт использования которых имел место на шахтах Западного Донбасса. Выполнен подбор гранулометрического состава тампонажных и торкрет-бетонных материалов на основе шахтных пород исходя из классических рекомендаций для тяжелых бетонов. Сделаны выводы относительно степени дробимости использованных пород и приведены данные относительно выхода каждой фракции в процентах по массе. Выполнен подбор рациональных составов тампонажных и торкрет-бетонных смесей на основе слабых шахтных пород. Исследованы реологические свойства тампонажных смесей и физико-механические свойства тампонажного и торкрет-бетонного камня. Сделаны выводы о преимуществах и недостатках тампонажных и торкрет-бетонных смесей на основе шахтных пород по сравнению с ранее использованными материалами (цементно-песчаный раствор, ангидрит, фосфогипс). Оценка качества тампонажных растворов на основе шахтных пород проводилось по степени устойчивости к процессу седиментации, прокачиваемости насосными установками, водоудерживающей способности. Получены закономерности относительно кинетики твердения тампонажных и торкрет-бетонных материалов. Даны рекомендации относительно оптимальных составов тампонажных и торкрет-бетонных смесей.

Рассмотрен поиск путей повышения эффективности набрызг-бетонных крепей. В ней охарактеризованы условия горных работ в современных шахтах и главные проблемы, связанные с креплением подземных горных выработок (горной крепью). Проанализировано развитие науки о горных крепях и торкретировании скальных поверхностей. Представлены основные проблемы обеспечения шахтного строительства в Украине стройматериалами. Выполнен анализ рынка строительных сухих смесей для бетонных работ в подземных условиях. Определены перспективные направления для решения проблем, связанных с бетонной горной крепью. Выполнен анализ технологических свойств набрызг-бетонных смесей BUDMIX KR; соответствия этих смесей требованиям горного строительства и специфике подземных выработок, а также потенциальные возможности производителя данной продукции в современных условиях для решения возникающих ресурсных задач. Рассмотрены лабораторные исследования набрызг-бетонных смесей и проанализированы их результаты. Определены главные особенности и характеристики бетонных смесей различного состава. Представлены также экспериментальные испытания новых бетонов для крепления подземных полостей и оценка эффективности предлагаемой технологии. Рассмотрены экспертные заключения различных комиссий и инстанций. Определены возможности широкого внедрения в горную практику рассмотренных стройматериалов и реальные перспективы дальнейшего развития технологий, основанных на них.