При добыче полезных ископаемых подземным способом в ходе очистных работ образуется пространство. Его необходимо закладывать специальной смесью, чтобы предотвратить негативные последствия, связанные с выбросами вредных газов и просадкой почвы над выработками, которые могут приводить к аварийным ситуациям и гибели людей. На время ее затвердевания участки ограждают изоляционными перемычками, но их сложно изготавливать и монтировать, а также невозможно использовать повторно. Ученые Пермского Политеха предлагают заменить их на перемычки нового типа, что позволит сократить временные и денежные затраты.
Статья опубликована в журнале «Безопасность труда в промышленности» № 11 за 2024 год.
При работе горных предприятий есть негативный эффект, связанный с экологически опасными выбросами, проседанием и обрушением горных выработок. Уменьшить последствия позволяет гидрозакладка — заполнение выработанного пространства в шахтах для укрепления неустойчивых пород. Для этого применяют смеси, состав которых подбирают на основе специфики добычи того или иного типа материала и особенностей местности. В рамках технологического процесса она, постепенно застывая слой за слоем, формирует твердую структуру, которая заменяет выработанную горную породу и может эффективно воспринимать давление от верхних слоев.
— Один из самых интересных этапов реализации нашего исследования — создание алгоритма, позволяющего в автоматическом режиме изменять геометрию конструкции: расположение, количество балок, толщину изоляционного материала, характер взаимодействия каркас-изоляция и т.д. Созданный скрипт ускоряет процесс многофакторного анализа, — рассказывает Юрий Носов, аспирант, старший преподаватель кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ.
— Пустоты, оставшиеся в горном массиве после прекращения добычи, поэтапно отгораживают при помощи изоляционных перемычек и заполняют закладочной смесью. На настоящий момент сборка перемычек — трудоемкий процесс, связанный с созданием единожды применимой сложной конструкции. Один из способов сократить расходы ресурсов — изготовление и внедрение в технологию закладки пустот легкосборной перемычки с возможностью многократно ее использовать, — дополняет Ляйсан Сахабутдинова, старший преподаватель кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Ученые Пермского Политеха предложили в качестве основы взять конструкцию шахтной вентиляционной перемычки и исследовали возможность расширения ее функционала на гидрозакладку. Ранее такой способ не рассматривался. Конструкция состоит из основания, каркаса и изоляционных панелей. Для проверки эффективности решения политехники разработали численный аналог перемычки и имитационную модель технологического процесса. Высокую точность обеспечил учет всех факторов: материала, скорости подачи, времени застывания и т.д.
— Максимальная реакция конструкции происходит в ее упорах, что требует введения дополнительных элементов в несущий каркас. Численный аналог позволяет анализировать влияние изменения геометрии перемычки на ее деформирование и на основе полученных данных принимать инженерные решения о внесении корректив, — рассказывает Александр Николаев, профессор кафедры «Горная электромеханика» ПНИПУ, доктор технических наук.
— При полной заливке выработки максимальная интенсивность напряжений в области упоров достигает 750 МПа, а предел прочности стали, наиболее близкой к материалу перемычки, — 610 МПа. Это значит, что конструкция не выдержит такой уровень нагрузки, а стенка толщиной 12 мм повредится на последнем этапе. Ситуацию исправит закрепление вверху перемычки и установка дополнительной горизонтальной балки в центральной части. Тогда предложенный метод можно будет полноценно использовать в гидрозакладке, — комментирует Анна Каменских, заместитель директора по образовательной деятельности Передовой Инженерной Школы, кандидат технических наук.
Ученые Пермского Политеха разработали метод, который повысит уровень промышленной безопасности в горных выработках шахт при закладке выработанного пространства. Создание нового типа перемычек упрощает технологический процесс за счет быстрого монтажа, демонтажа и многократного использования.