Pesquisa da lei de deformação sobre trilhos-guia sob a ação da deformação de mineração no eixo vertical da mina

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 5604 (2023) Citar este artigo

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Para estabelecer uma base para aliviar a influência da deformação do eixo de mineração (MSD) no trilho-guia (GR) e monitorar o estado de deformação do eixo, este artigo estuda a lei de deformação e o mecanismo do trilho-guia sob o MSD. Em primeiro lugar, uma mola é usada para simplificar a interação entre o revestimento do poço e a massa de solo rochoso circundante (SRSM) sob MSD, e seu coeficiente de rigidez é deduzido pelo método de reação elástica do subleito. Em segundo lugar, um modelo simplificado de elementos finitos é estabelecido com base no elemento de mola, o coeficiente de rigidez é calculado pela fórmula de derivação e a sua eficácia é verificada. Finalmente, a lei de deformação e o mecanismo do GR são analisados ​​sob diferentes tipos e graus de MSD, e as características de deformação são estudadas sob a desconexão entre o eixo, o bunton e o trilho-guia. Os resultados mostram que o modelo de elementos finitos estabelecido pode simular melhor a interação entre o revestimento do eixo e o SRSM, e a eficiência do cálculo é bastante melhorada. A deformação do trilho-guia (GRD) tem forte capacidade de caracterizar MSD e possui a característica distintiva correspondente a diferentes tipos e graus de MSD e ao estado da conexão. Esta pesquisa pode fornecer referência e orientação para o monitoramento da deformação do eixo e para a manutenção e instalação do GR, e também estabelece uma base para o estudo das características de operação do transporte de içamento sob MSD.

O eixo vertical da mineração é a engenharia crucial da garganta, e seu estado de deformação determina diretamente a segurança da produção da mina de carvão. Afetados por fatores como ocorrência de veio de carvão, litologia, método de mineração e pilar de carvão protetor irracional, os estratos sobrejacentes são facilmente movidos e deformados durante a mineração de carvão, o que por sua vez leva ao MSD1,2. MSD inclui principalmente inclinação, flexão, deslocamento, mudança de seção horizontal, compressão vertical, etc. Quando ocorre a compressão vertical, o efeito de suporte do SRSM no eixo é eliminado na direção vertical para cima, o que é diferente do mecanismo de força de outros tipos de deformação3. O MSD não só causa a ruptura do revestimento do eixo e o jato de água e areia, mas também induz o GRD, agrava a resistência ao içamento e a instabilidade do meio de içamento, podendo até levar ao emperramento ou queda4,5. Um sistema típico de içamento de mina é mostrado na Fig. 1. Devido ao grande volume e às complexas condições geológicas do poço, sua pesquisa de tensão e deformação sob a ação de mineração é realizada principalmente através de monitoramento de campo e cálculo numérico. O monitoramento de campo coleta dados de deformação do solo e do eixo por meio de Sistema de Posicionamento Global, lidar, grade de fibra, etc., e analisa os dados de monitoramento para obter a lei de deformação do eixo e os principais fatores que levam à sua deformação6,7.

Sistema de elevação de minas.

Para compreender profundamente as principais razões do MSD, o mecanismo de dano e a influência dos parâmetros de construção na sua estabilidade, foi realizado um grande número de cálculos numéricos. Kwinta8 utilizou um método Knothe modificado para prever o deslocamento contínuo do poço causado pelas atividades de mineração. Bruneau9 estabeleceu um modelo de análise numérica do poço no Mapa 3D e analisou a influência das falhas e da sequência de mineração na estabilidade do poço principal. Sun5 empregou o método Universal Distinct Element Code Trigon para estabelecer um modelo numérico do poço e estudou seu mecanismo de deformação durante a mineração de aterro. Zhao10 analisou a influência dos parâmetros de construção na estabilidade do eixo principal na Mina Jinchuan No. 3 através de um modelo numérico bidimensional, incluindo principalmente profundidade do eixo, espessura do revestimento e tecnologia de construção para liberação de deslocamento. Yan11 estudou a influência da taxa de compressão de aterro na deformação do eixo através do ABAQUS e determinou a taxa de compressão ideal para a segurança e estabilidade do eixo. Ma12 descobriu por meio de simulação numérica que o alto ângulo de mergulho dos corpos de minério, falhas e fraturas é a principal razão para o colapso do poço vertical da Mina de Níquel Jinchuan. Dias13 utilizou o modelo de elementos finitos estabelecido pelo CESAR-LCPC para analisar a influência da sequência de construção e da deposição geológica na capacidade do poço, especialmente recalques induzidos. Walton14 construiu um modelo tridimensional de diferenças finitas de eixo circular e elíptico por meio do Universal Distinct Element Code e estudou os fatores que afetam a estabilidade relativa da geometria do eixo. A pesquisa acima analisa principalmente a influência da geometria, dos parâmetros de construção e das condições geológicas na estabilidade do poço por meio de simulação numérica, disseca o tipo, a lei, a causa e o mecanismo do MSD e negligencia sua influência no GRD. O GRD sob o MSD não só leva à mudança da característica operacional no sistema de elevação, mas também reflete até certo ponto o estado de deformação do eixo, portanto a lei GRD deve ser estudada.