Recherche de la loi de déformation des rails de guidage sous l'action de la déformation minière dans le puits vertical de la mine

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 5604 (2023) Citer cet article

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Pour jeter les bases de l'atténuation de l'influence de la déformation du puits minier (MSD) sur le rail de guidage (GR) et de la surveillance de l'état de déformation du puits, cet article étudie la loi de déformation et le mécanisme du rail de guidage sous le MSD. Tout d'abord, un ressort est utilisé pour simplifier l'interaction entre le revêtement du puits et la masse de sol rocheux environnant (SRSM) sous MSD, et son coefficient de rigidité est déduit par la méthode de réaction élastique du sol de fondation. Deuxièmement, un modèle d'éléments finis simplifié est établi sur la base de l'élément ressort, le coefficient de rigidité est calculé par la formule de dérivation et son efficacité est vérifiée. Enfin, la loi et le mécanisme de déformation du GR sont analysés sous différents types et degrés de MSD, et les caractéristiques de déformation sont étudiées sous la déconnexion entre l'arbre, la poutre et le rail de guidage. Les résultats montrent que le modèle d'éléments finis établi peut mieux simuler l'interaction entre le revêtement d'arbre et le SRSM, et que l'efficacité du calcul est grandement améliorée. La déformation du rail de guidage (GRD) a une forte capacité à caractériser les MSD et possède la particularité correspondant aux différents types et degrés de MSD et à l'état de connexion. Cette recherche peut fournir une référence et des conseils pour la surveillance de la déformation de l'arbre ainsi que pour la maintenance et l'installation du GR, et jette également les bases de l'étude des caractéristiques opérationnelles du moyen de levage sous MSD.

Le puits vertical d'exploitation minière est l'ingénierie cruciale de la gorge, et son état de déformation détermine directement la sécurité de la production des mines de charbon. Affectées par des facteurs tels que l'apparition d'une veine de charbon, la lithologie, la méthode d'extraction et un pilier de protection déraisonnable, les strates sus-jacentes sont facilement déplacées et déformées lors de l'exploitation de la veine de charbon, ce qui conduit à son tour au MSD1,2. MSD comprend principalement l'inclinaison, la flexion, la luxation, le changement de section horizontale, la compression verticale, etc. Lorsque la compression verticale se produit, l'effet de support du SRSM sur l'arbre est éliminé dans la direction verticale vers le haut, ce qui est différent du mécanisme de force des autres types de déformation3. Le MSD provoque non seulement la rupture du revêtement du puits et les jaillissements d'eau et de sable, mais induit également le GRD, aggrave la résistance au levage et l'instabilité du moyen de levage, et conduit même à un blocage ou une chute4,5. Un système de levage de mine typique est illustré à la Fig. 1. En raison du grand volume et des conditions géologiques complexes du puits, la recherche sur les contraintes et les déformations sous l'action minière est principalement effectuée par le biais d'une surveillance sur le terrain et de calculs numériques. La surveillance sur le terrain collecte des données sur la déformation du sol et de l'arbre via le système de positionnement global, le lidar, le réseau de fibres, etc., et analyse les données de surveillance pour obtenir la loi de déformation de l'arbre et les principaux facteurs conduisant à sa déformation6,7.

Système de levage de mines.

Pour comprendre en profondeur les principales causes des TMS, le mécanisme d'endommagement et l'influence des paramètres de construction sur sa stabilité, un grand nombre de calculs numériques ont été réalisés. Kwinta8 a utilisé une méthode Knothe modifiée pour prédire le déplacement continu du puits causé par les activités minières. Bruneau9 a établi un modèle d'analyse numérique du puits dans Map 3D et a analysé l'influence des failles et de la séquence minière sur la stabilité du puits principal. Sun5 a utilisé la méthode Universal Distinct Element Code Trigon pour établir un modèle numérique du puits et a étudié son mécanisme de déformation lors de l'exploitation de remblai. Zhao10 a analysé l'influence des paramètres de construction sur la stabilité du puits principal de la mine n° 3 de Jinchuan à l'aide d'un modèle numérique bidimensionnel, comprenant principalement la profondeur du puits, l'épaisseur du revêtement et la technologie de construction de libération du déplacement. Yan11 a étudié l'influence du taux de compression du remblai sur la déformation du puits via ABAQUS et a déterminé le taux de compression optimal pour la sécurité et la stabilité du puits. Ma12 a établi par simulation numérique que l'angle d'inclinaison élevé des corps minéralisés, des failles et des fractures est la principale raison de l'effondrement du puits vertical de la mine de nickel de Jinchuan. Dias13 a utilisé le modèle éléments finis établi par CESAR-LCPC pour analyser l'influence de la séquence de construction et des dépôts géologiques sur la capacité du puits, notamment le tassement induit. Walton14 a construit un modèle tridimensionnel aux différences finies d'arbre circulaire et elliptique grâce au code universel des éléments distincts et a étudié les facteurs affectant la stabilité relative de la géométrie de l'arbre. La recherche ci-dessus analyse principalement l'influence de la géométrie, des paramètres de construction et des conditions géologiques sur la stabilité du puits par simulation numérique, dissèque le type, la loi, la cause et le mécanisme du MSD, et néglige son influence sur le GRD. Le GRD sous le MSD entraîne non seulement une modification des caractéristiques de fonctionnement du système de levage, mais reflète également dans une certaine mesure l'état de déformation de l'arbre, c'est pourquoi la loi GRD doit être étudiée.