ПОДЗЕМНЫЕ РАБОТЫ

Оригинальная статья

УДК 622.273.3:622.272.6 © Г.С. Жетесова, К.М. Бейсембаев, Ж.Н. Нокина, Ж.Т. Акижанова, Д.К. Асмагамбет, 2021

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Уголь № 1-2021 /1138/

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2021-1-14-20

Название

Моделирование камерной выемки с уступной формой забоя

Авторы

Жетесова Г.С., доктор техн. наук, профессор, первый проректор КарТУ, 100027, г. Караганда, Республика Казахстан, е-mail: zhetesova@mail.ru

Бейсембаев К.М., доктор техн. наук, доцент кафедры «Технологическое оборудование, машиностроение и стандартизация» КарТУ, 100027, г. Караганда, Республика Казахстан, е-mail: Kakim08@mail.ru

Нокина Ж.Н., докторант кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» КарТУ, 100027, г. Караганда, Республика Казахстан, е-mail: zh.nokina@mail.ru

Акижанова Ж.Т., докторант кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» КарТУ, 100027, г. Караганда, Республика Казахстан, е-mail: zhanar_1988@inbox.ru

Асмагамбет Д.К., докторант кафедры «Технологическое оборудование, машиностроение и стандартизация» КарТУ, 100027, г. Караганда, Республика Казахстан, е-mail: kenzhebaeva_d@mail.ru

Аннотация

Рассмотрены новые технологии камерной выемки нарушенных запасов твердых минералов, с применением маневрирующих крепей. Выемка ведется короткими заходками от основного штрека с использованием в забое и подготовительной выработке поворотного конвейера и разворотом камеры при обратном ходе. Они сокращают потери минерала и позволяют применить схемы крепления в зависимости от горного давления. На основе Ansys APDL рассмотрены модели состояния массива с уступной формой забоя с поддержкой уступа и полосы кровли за ним, и креплением выработки стационарно-переносными секциями с учетом изменяющейся архитектуры выработок. Модель учитывает нарастающее при деформировании пород сопротивление секций с приведенным модулем упругости, а также активные нагрузки, вычисленные из условия срабатывания предохранительного клапана гидростойки. Показано, что изменением величиной распора секций крепи можно управлять состоянием забоя и уступа, обеспечивать его самообрушение и безопасную работу персонала, а в технологиях с выпуском потолочины обеспечить производительную работу выдвижных исполнительных органов по дроблению и выпуску минерала уступа с ограждением от обрушенных пород.

Ключевые слова

Камерная технология выемки, маневрирующие крепи, поворотный конвейер, модели состояния массива, модуль упругости, объемные модели взаимодействия «порода – крепь».

Список литературы

1. Программирование, управление и цифровые модели забоев газоугольных шахт / Г.С. Жетесова, К.М. Бейсембаев, Ж.Н. Нокина и др. М: Академия Естествознания, 2020. 176 с.

2. Трубецкой К.Н. Галченко Ю.П. Геоэкология освоения недр и экогеотехнологии разработки месторождений. М.: ООО «Научтехлитиздат», 2015. 360 c.

3. Евразийский патент № 031964 В1. Секция шагающей крепи / К.М. Бейсембаев, Г.С. Жетесова, Н.С. Малыбаев и др. Патентообладатель Бейсембаев К.М. 2019. Бюл. 3

4. Разработка модели лавы для системы управления механизированной крепью с обратной связью / К.М. Бейсембаев, Н.С. Малыбаев, С.К. Тутанов и др. // Горный журнал. 2019. № 8. С. 38-43.

5. Клишин В.И. Перспективные технологии и средства реализации эффективной добычи угля / Материалы Национальной научно-практической конференции по вопросам горного машиностроения «Гормаш-2018». М., 2018.

6. Gaofeng Song, Yoginder P. Chugh, Jiachen Wang. A numerical modelling study of longwall face stability in mining thick coal seams in China // International Journal of Mining and Mineral Engineering. 2017. Vol. 8. N 1. P. 35-55.

7. Alshoaibi M.A. Finite element modeling of mixed mode crack propagation // International Journal of Soft Computing and Engineering (TM). 2015. Vol. 5. N 5. P. 61–66.

8. A mesh free method for beams on elastic foundation / G.R Dodagoudar et al. // International Journal of Geotechnical Engineering. 2015. Vol. 9. N 5. P. 298–306.

9. Łazuka E., Łazuka M. Application of ANSYS in teaching FEM on the example of a loaded Mars rover chassis // Advances in Science and Technology Research Journal. 2016. Vol. 10. N 32. P. 269–274. DOI: 10.12913/22998624/66682.

10. Зональная дезинтеграция горных пород вокруг очистных выработок / М. Ройтер, М. Крах, У. Кислинг, Ю. Векслер // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2015. № 2. С. 46-52.

11. Черняк И.Л. О проявлении опорного давления в подготовительных горных выработках // Уголь. 1989. № 1. С. 7-12.

12. Sadam Houcine Habib, Idir Belaidi. Crack analysis in bimaterial interfaces using t-spline based xiga // Journal of Theoretical and Applied Mechanics. 2017. Vol. 55. N 1. P. 55-65.

13. Моделирование численными методами процессов обрушения пород кровли / Ю.М. Говорухин, С.В. Риб, А.М. Никитина, В.Н. Фрянов // Горный журнал. 2019. № 4. С. 23-26.

14. Ankush Galav, S.K. Sahoo, G.S.P. Singh, Sanjay K. Sharma. Study of Strata Behaviour in a Contiguous Seam Depillaring Working / Int. Conf. on Deep Excavation. Energy Resources and Production. IIT Kharagpur. India. 24‐26 January, 2017. Paper No. 136.

Поддержка

Работа выполнена по программе МОН РК АР05134441 «Разработка, изготовление и испытание новой конструкции поворотного узла конвейера с поворотом грузопотока на угол до 90º в плоскости почвы выработки для систем забойной выемки и криволинейных выработок».

Для цитирования

Моделирование камерной выемки с уступной формой забоя / Г.С. Жетесова, К.М. Бейсембаев, Ж.Н. Нокина и др. // Уголь. 2021. № 1. С. 14-20. DOI: 10.18796/0041-5790-2021-1-14-20.

Информация о статье

Поступила в редакцию: 03.09.2020

Одобрена рецензентами: 24.09.2020

Принята к публикации: 11.12.2020

РЕЦЕНЗИЯ

на статью: «Моделирование камерной выемки с уступной формой забоя», авторы: Жетесова Г.С., Бейсембаев К.М., Нокина Ж.Н., Акижанова Ж.Т., Асмагамбет Д.К.

Рецензент

Тутанов С.К., доктор техн. наук, профессор НАО «КарТУ» (Республика Казахстан).

Статья посвящена вопросам моделирования и разработки камерной выемки с применением поворотных конвейеров для уменьшения потерь минерала. Предложена технология, элементы которой ранее применялась на шахтах Карагандинского бассейна Республики Казахстан и в США, однако отмечались ее недостатки, связанные с потерями минерала в междукамерных целиках. В данном случае это отсутствует и обеспечивается обход нарушенных участков месторождений без монтажных работ. Маневрирование достигается не только механизмами крепи, но и частотой ее расстановки, величиной распора в зависимости от проявления горного давления, возможности выводить и вводить ее в зоны работ.

Отметим, что традиционные лавные технологии в условиях нарушенных участков не справляются с поставленными задачами, причем доля где они применимы резко снижается. Моделирование новых технологий встречает затруднения в связи со сложностью архитектуры выработок, которая постоянно изменяется и необходимо использование 3D подходов с разработкой методов вовлечения в модели все новых и новых участков дезинтегрированного горного массива с учетом механизма воздействия на его напряженность роботизированной крепи.

Авторы также рассматривают напряженное состояние уступного забоя, что позволит снизить энергоемкость его разрушения. Методические элементы и результаты исследований могут быть использованы в технологии с выпуском минерала из потолочины на забойный конвейер, и при струговой выемке. Авторы показывают широкие возможности на управление ее состоянием, приемов выполняемых роботизированной крепью. Модели выполняются на пакете Ansys APDL, применение которого в исследованиях на основе цифрового кодирования мобильно и эффективно.

Авторы подтверждают факт первичного проявления сдвижения в виде отслоений и используют его для управления массивом. Показано, что состояние нижнего или верхнего уступа над крепью не однозначно и манипуляциями распора может быть легко доведено до самообрушения, при этом задачей управления кровлей является и обеспечение безопасного состояния забоя.

Статья «Моделирование камерной выемки с уступной формой забоя» отвечает требованиям научных публикаций, имеет достаточный научный задел и рекомендуется к публикации в журнале «Уголь».