Исследование закона деформирования направляющих рельсов под действием горных деформаций в вертикальном стволе шахты

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5604 (2023) Цитировать эту статью

337 Доступов

Подробности о метриках

С целью смягчения влияния деформации горного ствола (ДШВ) на направляющий рельс (НШ) и контроля деформационного состояния ствола в данной работе исследован закон деформирования и механизм действия направляющего рельса под МШД. Во-первых, для упрощения взаимодействия между крепью ствола и окружающим массивом горного грунта (SRSM) при MSD используется пружина, а ее коэффициент жесткости определяется методом реакции упругого земляного полотна. Во-вторых, на основе пружинного элемента создается упрощенная конечно-элементная модель, по производной формуле рассчитывается коэффициент жесткости и проверяется ее эффективность. Наконец, анализируются закон деформирования и механизм ГР при различных видах и степенях МСД, а также изучаются характеристики деформирования при разъединении вала, расстрела и направляющей. Результаты показывают, что созданная модель конечных элементов может лучше моделировать взаимодействие между футеровкой ствола и SRSM, и эффективность вычислений значительно повышается. Деформация направляющего рельса (ГРД) обладает сильной способностью характеризовать MSD и обладает отличительной особенностью, соответствующей различным типам и степеням MSD, а также состоянию соединения. Это исследование может предоставить справочную информацию и рекомендации по мониторингу деформации вала, а также техническому обслуживанию и монтажу ГР, а также закладывает основу для изучения характеристик работы подъемных транспортных средств под управлением MSD.

Горный вертикальный вал является важнейшим инженерным горлом, и его деформированное состояние напрямую определяет безопасность шахтного производства. Под влиянием таких факторов, как залегание угольного пласта, литология, способ разработки и необоснованная защитная угольная целька, вышележащие пласты легко перемещаются и деформируются при разработке угольного пласта, что, в свою очередь, приводит к СКО1,2. К МСД в основном относятся наклон, изгиб, вывих, изменение горизонтального сечения, вертикальное сжатие и т. д. При возникновении вертикального сжатия опорное воздействие СРСМ на вал устраняется в вертикальном направлении вверх, что отличается от силового механизма других виды деформации3. МСД не только вызывает разрыв крепи ствола и фонтанирование воды и песка, но и вызывает ГРД, ухудшает сопротивление подъему и нестабильность подъемного транспорта и даже приводит к заклиниванию или падению4,5. Типичная шахтная подъемная система представлена ​​на рис. 1. В связи с большим объемом и сложными геологическими условиями ствола исследования его напряжений и деформаций при горных воздействиях в основном проводятся путем полевого мониторинга и численного расчета. Полевой мониторинг собирает данные о деформации грунта и вала через систему глобального позиционирования, лидар, волоконную решетку и т. д. и анализирует данные мониторинга для получения закона деформации вала и основных факторов, приводящих к его деформации6,7.

Шахтная подъемная система.

Для глубокого понимания основных причин МСР, механизма разрушения и влияния параметров конструкции на ее устойчивость было проведено большое количество численных расчетов. Kwinta8 использовал модифицированный метод Кноте для прогнозирования непрерывного смещения ствола, вызванного горнодобывающими работами. Брюно9 создал модель численного анализа ствола в Map 3D и проанализировал влияние разломов и последовательности горных работ на устойчивость главного ствола. Sun5 использовала метод тригона с универсальным кодом отдельных элементов для создания численной модели ствола и изучила механизм его деформации при засыпке. Чжао10 проанализировал влияние конструктивных параметров на устойчивость главного ствола шахты Цзиньчуань № 3 с помощью двумерной численной модели, в основном включающей глубину ствола, толщину крепи и технологию строительства, обеспечивающую вытеснение. Ян11 изучил влияние степени сжатия засыпки на деформацию вала с помощью ABAQUS и определил оптимальную степень сжатия для безопасности и устойчивости вала. Ма12 с помощью численного моделирования установил, что большой угол падения рудных тел, разломов и трещин является основной причиной обрушения вертикального ствола никелевого рудника Цзиньчуань. Диас13 использовал модель конечных элементов, разработанную CESAR-LCPC, для анализа влияния последовательности строительства и геологических отложений на работоспособность ствола, особенно на вынужденную осадку. Уолтон14 построил трехмерную конечно-разностную модель круглого и эллиптического вала с помощью универсального кода отдельных элементов и изучил факторы, влияющие на относительную стабильность геометрии вала. Вышеупомянутое исследование в основном анализирует влияние геометрии, параметров конструкции и геологических условий на устойчивость вала посредством численного моделирования, анализирует тип, закон, причину и механизм MSD и не учитывает его влияние на GRD. ГРД при МСД не только приводит к изменению рабочей характеристики в подъемной системе, но и в определенной степени отражает состояние деформации вала, поэтому закон ГРД необходимо изучить.