鉱山立坑における鉱山変形作用時のガイドレールの変形則の研究

Scientific Reports volume 13、記事番号: 5604 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

ガイドレール(GR)に対する鉱山立坑変形(MSD)の影響を軽減し立坑変形状態を監視するための基礎を築くために,本稿では,MSDの下でのガイドレールの変形則と機構を研究した。 まず、MSDのもとで立坑ライニングと周囲の岩盤土塊(SRSM)との間の相互作用を単純化するためにばねを使用し、その剛性係数を弾性路床反力法によって推定する。 次に、ばね要素に基づいて簡略化された有限要素モデルを構築し、導出式により剛性係数を計算し、その有効性を検証する。 最後に,GRの変形法則と機構をMSDの異なる種類と程度の下で解析し,シャフト,バントンおよびガイドレール間の切断の下での変形特性を研究した。 結果は、確立された有限要素モデルがシャフトライニングとSRSMの間の相互作用をより適切にシミュレートでき、計算効率が大幅に改善されることを示しています。 ガイドレール変形（GRD）はMSDを特徴付ける強力な能力を持ち、MSDのさまざまな種類や程度、接続状態に対応する独特の特徴を持っています。 この研究は、シャフトの変形モニタリングと GR の保守と設置に関する参考と指針を提供することができ、また、MSD の下での吊り上げ搬送の動作特性を研究するための基礎を築くことができます。

鉱山の立坑は重要なスロートエンジニアリングであり、その変形状態は炭鉱生産の安全性を直接左右します。 炭層の発生、岩質、採掘方法、無理な保護石炭柱などの影響を受け、炭層採掘中にその上にある地層は容易に移動、変形し、それがMSD1,2の原因となります。 MSDには主に傾き、曲がり、転位、水平断面変化、垂直方向の圧縮などが含まれます。垂直方向の圧縮が発生すると、他の力のメカニズムとは異なり、SRSMによるシャフトのサポート効果が垂直上方向に失われます。変形タイプ３． MSD はシャフトライニングの破断や水砂の噴出を引き起こすだけでなく、GRD を誘発し、巻上抵抗や巻上搬送の不安定性を悪化させ、さらには詰まりや落下の原因となります4,5。 典型的な鉱山昇降システムを図 1 に示します。坑道は大容量で複雑な地質条件のため、採掘中の応力と変形の研究は主に現地モニタリングと数値計算によって行われます。 フィールドモニタリングでは、全地球測位システム、ライダー、ファイバーグレーティングなどを通じて地盤とシャフトの変形データを収集し、モニタリングデータを分析してシャフトの変形則とその変形につながる主な要因を取得します6,7。

地雷巻き上げシステム。

MSD の主な理由、損傷メカニズム、およびその安定性に及ぼす構造パラメータの影響を深く理解するために、多数の数値計算が実行されてきました。 Kwinta8 は、修正された Knothe 法を使用して、採掘活動によって引き起こされる立坑の連続変位を予測しました。 Bruneau9 は、Map 3D で坑道数値解析モデルを確立し、主坑の安定性に及ぼす断層と採掘順序の影響を分析しました。 Sun5 は、Universal Distinct Element Code Trigon 法を採用して坑道の数値モデルを確立し、埋め戻し採掘時の変形メカニズムを研究しました。 Zhao10は、主に坑道の深さ、ライニングの厚さ、変位を解放する建設技術などの二次元数値モデルを通じて、金川第3鉱山の主坑の安定性に及ぼす建設パラメータの影響を分析した。 Yan11 は、ABAQUS を通じて裏込め圧縮比がシャフトの変形に及ぼす影響を研究し、シャフトの安全性と安定性にとって最適な圧縮比を決定しました。 Ma12 は、数値シミュレーションを通じて、鉱体、断層、亀裂の高い傾斜角が金川ニッケル鉱山の立坑の崩壊の主な原因であることを証明しました。 Dias13 は、CESAR-LCPC によって確立された有限要素モデルを使用して、立坑の能力、特に誘発沈下に対する建設順序と地質堆積の影響を分析しました。 Walton14 は、Universal Distinct Element Code を通じて円形および楕円形シャフトの 3 次元差分モデルを構築し、シャフト形状の相対的な安定性に影響を与える要因を研究しました。 上記の研究は主に、数値シミュレーションを通じてシャフトの安定性に及ぼす形状、建設パラメータ、地質条件の影響を分析し、MSDの種類、法則、原因およびメカニズムを詳細に分析し、GRDへの影響を無視しています。 MSD における GRD は巻上システムの動作特性の変化につながるだけでなく、軸の変形状態もある程度反映するため、GRD 則を検討する必要がある。