광산 수직갱의 광산 변형 작용에 따른 가이드 레일의 변형 법칙 연구

Aug 08, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 5604(2023) 이 기사 인용

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광산 샤프트 변형(MSD)이 가이드 레일(GR)에 미치는 영향을 완화하고 샤프트 변형 상태를 모니터링하기 위한 기반을 마련하기 위해 본 논문에서는 MSD 하에서 가이드 레일의 변형 법칙 및 메커니즘을 연구합니다. 첫째, MSD 하에서 샤프트 라이닝과 주변 암반토량(SRSM) 사이의 상호작용을 단순화하기 위해 스프링을 사용하고, 탄성 지반 반응 방법을 통해 강성계수를 추론합니다. 둘째, 스프링 요소를 기반으로 단순화된 유한요소 모델을 구축하고, 유도식을 통해 강성계수를 계산하고 그 유효성을 검증한다. 마지막으로 GR의 변형 법칙과 메커니즘을 MSD의 종류와 정도에 따라 분석하고, 샤프트, 번턴, 가이드 레일 사이의 단절에 따른 변형 특성을 연구합니다. 결과는 확립된 유한 요소 모델이 샤프트 라이닝과 SRSM 간의 상호 작용을 더 잘 시뮬레이션할 수 있으며 계산 효율성이 크게 향상되었음을 보여줍니다. 가이드 레일 변형(GRD)은 MSD를 특성화하는 강력한 능력을 갖고 있으며 다양한 MSD 유형 및 정도와 연결 상태에 해당하는 독특한 특징을 보유하고 있습니다. 본 연구는 GR의 샤프트 변형 모니터링과 유지보수 및 설치에 대한 참고자료와 지침을 제공할 수 있으며 MSD 하에서 호이스팅 컨베이어의 작동 특성을 연구하기 위한 토대를 마련합니다.

광산 수직 샤프트는 중요한 목 공학이며 변형 상태는 탄광 생산의 안전성을 직접적으로 결정합니다. 탄층의 발생, 암석학, 채광 방식, 불합리한 보호 석탄기둥 등의 요인에 영향을 받아 탄층을 채굴하는 동안 위에 있는 지층이 쉽게 이동하고 변형되어 MSD1,2로 이어집니다. MSD에는 주로 경사, 굽힘, 탈구, 수평 단면 변화, 수직 압축 등이 포함됩니다. 수직 압축이 발생하면 SRSM이 샤프트에 미치는 지지 효과가 수직 위쪽 방향으로 제거되어 다른 힘 메커니즘과 다릅니다. 변형 유형3. MSD는 샤프트 라이닝 파열과 물, 모래 분출을 유발할 뿐만 아니라 GRD를 유발하고 호이스팅 저항을 악화시키며 호이스팅 운반 장치의 불안정성을 악화시키고 심지어 걸림이나 낙하를 초래하기도 합니다4,5. 전형적인 광산 호이스팅 시스템은 그림 1에 나와 있습니다. 샤프트의 부피가 크고 복잡한 지질 조건으로 인해 광산 활동에 따른 응력 및 변형 연구는 주로 현장 모니터링 및 수치 계산을 통해 수행됩니다. 현장 모니터링은 GPS(Global Positioning System), LiDAR, 섬유 격자 등을 통해 지면 및 샤프트 변형 데이터를 수집하고 모니터링 데이터를 분석하여 샤프트 변형 법칙과 변형을 초래하는 주요 요인을 얻습니다6,7.

광산 게양 시스템.

MSD의 주요 원인, 손상 메커니즘 및 구성 매개변수가 안정성에 미치는 영향을 깊이 이해하기 위해 수많은 수치 계산이 수행되었습니다. Kwinta8은 채굴 활동으로 인한 수갱의 지속적인 변위를 예측하기 위해 수정된 Knothe 방법을 사용했습니다. Bruneau9는 Map 3D로 수갱 수치해석 모델을 구축하고 단층 및 채굴 순서가 주수갱의 안정성에 미치는 영향을 분석했습니다. Sun5는 Universal Distinct Element Code Trigon 방법을 사용하여 샤프트의 수치 모델을 설정하고 되메우기 채굴에서 변형 메커니즘을 연구했습니다. Zhao10은 주로 샤프트 깊이, 라이닝 두께 및 변위 방출 건설 기술을 포함한 2차원 수치 모델을 통해 Jinchuan 3호 광산의 주 샤프트 안정성에 대한 건설 매개변수의 영향을 분석했습니다. Yan11은 ABAQUS를 통해 백필 압축비가 샤프트 변형에 미치는 영향을 연구하고 샤프트의 안전성과 안정성을 위한 최적의 압축비를 결정했습니다. Ma12는 수치 시뮬레이션을 통해 광체의 높은 경사각, 단층 및 균열이 진촨 니켈 광산 수직갱 붕괴의 주요 원인이라는 사실을 확인했습니다. Dias13은 CESAR-LCPC가 확립한 유한 요소 모델을 사용하여 건설 순서와 지질 퇴적물이 샤프트 성능, 특히 유도 침하에 미치는 영향을 분석했습니다. Walton14은 Universal Distinct Element Code를 통해 원형 및 타원형 샤프트의 3차원 유한 차분 모델을 구축하고 샤프트 형상의 상대적 안정성에 영향을 미치는 요소를 연구했습니다. 위의 연구에서는 주로 수치 시뮬레이션을 통해 형상, 시공 매개변수 및 지질 조건이 샤프트 안정성에 미치는 영향을 분석하고 MSD의 유형, 법칙, 원인 및 메커니즘을 분석하고 GRD에 미치는 영향을 무시했습니다. MSD 하의 GRD는 호이스팅 시스템의 작동 특성 변화를 가져올 뿐만 아니라 샤프트 변형 상태를 어느 정도 반영하므로 GRD 법칙이 연구되어야 합니다.