Ricerca sulla legge sulla deformazione delle rotaie di guida sotto l'azione della deformazione mineraria nel pozzo verticale della miniera

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 5604 (2023) Citare questo articolo

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Per gettare le basi per alleviare l'influenza della deformazione dell'albero minerario (MSD) sulla rotaia di guida (GR) e monitorare lo stato di deformazione dell'albero, questo documento studia la legge di deformazione e il meccanismo della rotaia di guida sotto l'MSD. In primo luogo, una molla viene utilizzata per semplificare l'interazione tra il rivestimento del pozzo e la massa di terreno roccioso circostante (SRSM) sotto MSD, e il suo coefficiente di rigidezza viene dedotto mediante il metodo di reazione elastica del sottofondo. In secondo luogo, viene stabilito un modello semplificato agli elementi finiti basato sull'elemento elastico, il coefficiente di rigidezza viene calcolato mediante la formula di derivazione e viene verificata la sua efficacia. Infine, la legge di deformazione e il meccanismo della GR vengono analizzati in diversi tipi e gradi di MSD e le caratteristiche di deformazione vengono studiate durante la disconnessione tra albero, bunton e binario di guida. I risultati mostrano che il modello agli elementi finiti stabilito può simulare meglio l’interazione tra il rivestimento dell’albero e l’SRSM e l’efficienza del calcolo è notevolmente migliorata. La deformazione della rotaia di guida (GRD) ha una forte capacità di caratterizzare MSD e possiede la caratteristica distintiva corrispondente a diversi tipi e gradi di MSD e allo stato di connessione. Questa ricerca può fornire riferimenti e indicazioni per il monitoraggio della deformazione dell'albero e per la manutenzione e l'installazione del GR, e getta anche le basi per lo studio delle caratteristiche operative del trasporto di sollevamento sotto MSD.

L'albero verticale minerario è l'ingegneria cruciale della gola e il suo stato di deformazione determina direttamente la sicurezza della produzione della miniera di carbone. Influenzati da fattori quali la presenza di giacimenti di carbone, litologia, metodo di estrazione e un pilastro di carbone protettivo irragionevole, gli strati sovrastanti vengono facilmente spostati e deformati durante l'estrazione del giacimento di carbone, che a sua volta porta all'MSD1,2. MSD comprende principalmente inclinazione, flessione, dislocazione, modifica della sezione orizzontale, compressione verticale, ecc. Quando si verifica la compressione verticale, l'effetto di supporto dell'SRSM sull'albero viene eliminato nella direzione verticale verso l'alto, che è diverso dal meccanismo di forza di altri tipi di deformazione3. L'MSD non solo provoca la rottura del rivestimento dell'albero e la fuoriuscita di acqua e sabbia, ma induce anche il GRD, aggrava la resistenza al sollevamento e l'instabilità del mezzo di sollevamento e provoca persino inceppamenti o cadute4,5. Un tipico sistema di sollevamento in miniera è mostrato in Fig. 1. A causa del grande volume e delle complesse condizioni geologiche del pozzo, la ricerca sulle sollecitazioni e sulla deformazione durante l'azione mineraria viene effettuata principalmente attraverso il monitoraggio sul campo e il calcolo numerico. Il monitoraggio sul campo raccoglie dati sulla deformazione del terreno e dell'albero tramite Global Positioning System, lidar, reticolo in fibra, ecc., e analizza i dati di monitoraggio per ottenere la legge di deformazione dell'albero e i principali fattori che portano alla sua deformazione6,7.

Sistema di sollevamento per miniera.

Per comprendere a fondo le ragioni principali dei MSD, il meccanismo di danneggiamento e l’influenza dei parametri di costruzione sulla sua stabilità, sono stati effettuati un gran numero di calcoli numerici. Kwinta8 ha utilizzato un metodo di Knothe modificato per prevedere lo spostamento continuo del pozzo causato dalle attività minerarie. Bruneau9 ha creato un modello di analisi numerica del pozzo in Map 3D e ha analizzato l'influenza delle faglie e della sequenza mineraria sulla stabilità del pozzo principale. Sun5 ha utilizzato il metodo Trigon del codice degli elementi distinti universali per stabilire un modello numerico del pozzo e ha studiato il suo meccanismo di deformazione durante l'estrazione di materiale di riporto. Zhao10 ha analizzato l'influenza dei parametri di costruzione sulla stabilità del pozzo principale nella miniera Jinchuan n. 3 attraverso un modello numerico bidimensionale, che comprende principalmente la profondità del pozzo, lo spessore del rivestimento e la tecnologia di costruzione dello spostamento di rilascio. Yan11 ha studiato l'influenza del rapporto di compressione del riempimento sulla deformazione dell'albero attraverso ABAQUS e ha determinato il rapporto di compressione ottimale per la sicurezza e la stabilità dell'albero. Ma12 ha scoperto attraverso la simulazione numerica che l'elevato angolo di inclinazione dei giacimenti minerari, delle faglie e delle fratture è la ragione principale del crollo del pozzo verticale della miniera di nichel Jinchuan. Dias13 ha utilizzato il modello agli elementi finiti stabilito da CESAR-LCPC per analizzare l'influenza della sequenza di costruzione e della deposizione geologica sulla capacità del pozzo, in particolare sull'assestamento indotto. Walton14 ha costruito un modello tridimensionale alle differenze finite di albero circolare ed ellittico tramite il codice degli elementi distinti universali e ha studiato i fattori che influenzano la stabilità relativa della geometria dell'albero. La ricerca di cui sopra analizza principalmente l'influenza della geometria, dei parametri di costruzione e delle condizioni geologiche sulla stabilità del pozzo attraverso la simulazione numerica, analizza il tipo, la legge, la causa e il meccanismo del MSD e trascura la sua influenza sul GRD. La GRD secondo MSD non solo porta al cambiamento delle caratteristiche operative del sistema di sollevamento, ma riflette anche in una certa misura lo stato di deformazione dell'albero, quindi la legge GRD dovrebbe essere studiata.