Mine headframes are the most responsible and complex structural facilities of mine surface with adverse operating conditions. As a result of the impact of aggressive corrosive medium, static, temporary, specific, and dynamic loads, headframe structures are inevitably damaged. An important task is to assess the structural safety and operability of a headframe facility during long-term operation. When studying the impact of various types of damage and loads on the mechanical properties of headframe metal structures, the effect of air depression is underestimated because it has a negligible influence on the strength of a headframe facility.
The goal of the study is to determine the impact of air depression on the bearing capacity of elements of the metal headframe structure, taking into account existing damage to metal structures, during its operation. The assessment of the extent of air depression impact is based on a finite element model of an existing mine headframe, whose machine tool is mainly a part independent of the basic bearing structure, allowing the impact of air depression to be assessed without lifting loads. According to the calculation results, with the existing wear of elements and the calculated value of the depression, the metal structures of the machine tool do not have sufficient bearing capacity. Air depression load does not critically impact the overall strength of a headframe facility but poses a threat of destruction of machine tool cladding. An optimal reinforcement option has been selected to ensure the structure's sufficient strength. The study results indicate the need to calculate potential loads from air depression and changes in the operational parameters of structural elements when designing headframe facilities and assessing their technical condition.
Kushchenko V., Levin V., Mushchanov V., Stepanov V., Dvornikov V., Kudreyko N., Kulish V. Scientific foundations of ensuring reliability and cost-efficiency of mine headframes. Makeevka: DonNASA, 2012. 462 p. (In Russ.).
2. Кассихина Е.Г., Першин В.В., Бутрим Н.О. Об увеличении срока службы стальных укосных копров на шахтах Кузбасса // Уголь. 2013. № 2 (1043). С. 71–72.
Kassikhina E.G., Pershin V.V., Butrim N.O. Extending Steel Jib Headframe Service Life in Kuzbass Mines. Ugol = Coal. 2013. № 2 (1043). pp. 71–72. (In Russ.).
3. Горохов Е.В., Губанов В.В. Проблемы обеспечения безопасности и долговечности высотных сооружений горной промышленности // Инновационные перспективы Донбасса: материалы 2-й Междунар. науч.-практ. конф. Донецк: Донецкий национальный технический университет, 2016. Т. 1. С. 119–123.
Gorokhov E.V., Gubanov V.V. Problems of ensuring safety and durability of high-rise facilities of the mining industry. Innovatsionnye perspektivy Donbassa: materialy 2-y Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. (Innovative perspectives of Donbass: Proceedings of the 2nd International Scientific and Practical Conference). Donetsk: Donetskiy natsionalnyy tekhnicheskiy universitet, 2016. Vol. 1. pp. 119–123. (In Russ.).
4. Характерные дефекты и повреждения надшахтных металлических копров / Ю.Ю. Шепелев, Н.А. Кудрейко, Н.Н. Строев и др. // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: сб. науч. трудов МАКНИИ. 2022. № 1 (56). С. 14–24.
Shepelev Y., Kudreyko N., Stroev N., Krivonozhenkov M., Melnichuk A. Characteristic defects and damages of metal mine headgears. Sposoby i sredstva sozdaniya bezopasnykh i zdorovykh usloviy truda v ugolnykh shakhtakh: sb. nauch. trudov MAKNII (Methods and means to create safe and healthy working conditions in coal mines: collection of scientific papers of MAKNII). 2022. № 1 (56). pp. 14–24. (In Russ.).
5 . Rusiński E., Moczko P., Odyjas P. Estimating the remaining operating time of mining headframe with consideration of its current technical condition. Procedia Engineering. 2013. Vol. 57. pp. 958–966. DOI: 10.1016/j.proeng.2013.04.122
6. Zhang R., Chang H., Li Z., Song X., Yang J., Xia J. Corrosion Damage Identification of Towering Steel Headframe Based on Parametric Modeling and Data Fusion. Buildings. 2022. Vol. 12. № 8. DOI: 10.3390/buildings12081215
7. Liu Y., Huang M., An Q., Bai L., Shang D. Dynamic Characteristic Analysis and Structural Optimization Design of the Large Mining Headframe. Machines. 2022. Vol. 10. № 7. DOI: 10.3390/machines10070510
8. Zhou P., Lu Z., Jin L., Xu L. Analysis of the effect of structural damage on the mechanical properties of hoisting steel derricks in a mine in Henan province. Proceedings of the 6th International Conference on Structural Health Monitoring and Integrity Management. Zhengzhou, 2024. DOI: 10.58286/31059
9. Кущенко В., Шуляр Р. Вплив динамічного характеру технологічних навантажень від натягнення підйомних канатів на несучу здатність укісних шахтних копрів // Вісник Львівського національного університету природокористування. Серія архітектура та будівництво. 2024. № 25. С. 92–99. DOI: 10.31734/architecture2024.25.092
Kushchenko V., Shuliar R. Influence of live loads on the bearing capacity of sloped shaft headframes by tensioning of hoisting cables. Vіsnik Lvіvskogo natsіonalnogo unіversitetu prirodokoristuvannya. Serіya arkhіtektura ta budіvnitstvo = Bulletin of Lviv National University of Environmental Management. Architecture and construction series. 2024. № 25. pp. 92–99. (In Ukr.). DOI: 10.31734/architecture2024.25.092
10. Кущенко В., Шуляр Р. Циклічні навантаження і розрахунок на витривалість сталевих конструкцій рамних укісних шахтних копрів // Сучасні технології та методи розрахунків у будівництві: збірник наукових праць. Луцьк, ЛНТУ. 2024. № 22. С. 89–105. DOI: 10.36910/6775-2410-6208-2024-12(22)-09
Kushchenko V., Shuliar R. Cyclic loads and fatigue analysis of steel structures of frame mine headframes. Suchasnі tekhnologії ta metodi rozrakhunkіv u budіvnitstvі: zbіrnik naukovikh prats (Modern technologies and calculation methods in construction: collection of scientific papers). Lutsk, LNTU. 2024. № 22. pp. 89–105. (In Ukr.). DOI: 10.36910/6775-2410-6208-2024-12(22)-09
11. Горев В.В. Металлические конструкции: учеб. пособие для строит. вузов. В 3-х т. Т. 3. Специальные конструкции и сооружения. М.: Высшая школа, 2002. 544 с.
Gorev V.V. Metal structures: study manual for construction universities. In 3 volumes. Vol. 3. Special structures and facilities. Moscow: Vysshaya shkola, 2002. 544 p. (In Russ.).
12. О причинах разрушения башенных копров и надшахтных сооружений угольных шахт / О.Г. Кременев, А.И. Деменков, В.Е. Герасименко, И.Ю. Голик // Комплексные проблемы техносферной безопасности: материалы VII Междунар. науч.-практ. конф. Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2022. В 2-х частях. Ч. 1. С. 475–483.
Kremenev O.G., Demenkov A.I., Gerasimenko V.E., Golik I.Yu. On the causes of destruction of tower headframes and headgear facilities of coal mines. Kompleksnye problemy tekhnosfernoy bezopasnosti: materialy VII Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. (Systemic issues of technosphere safety: proceedings of the 7th International Scientific and Practical Conference). Voronezh: Voronezh State Technical University, 2022. In 2 parts. Pt. 1. pp. 475–483. (In Russ.).
13. Строев Н.Н., Кривоноженков М.В. Негативное воздействие разряженной воздушной среды на конструкции металлических копровых сооружений // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: сб. науч. трудов МАКНИИ. 2024. № 4 (67). С. 45–52.
Stroev N.N., Krivonozhenkov M.V. Negative effect of rarified aerial environment on constructions of metal headframe installations. Sposoby i sredstva sozdaniya bezopasnykh i zdorovykh usloviy truda v ugolnykh shakhtakh: sb. nauch. trudov MAKNII (Methods and means to create safe and healthy working conditions in coal mines: collection of scientific papers of MAKNII). 2024. № 4 (67). pp. 45–52. (In Russ.).
14. Палейчук Н.Н., Пронский Д.В., Рыжикова О.А. Исследование параметров вентиляции глубоких антрацитовых шахт Донбасса // Сборник научных трудов ДонГТУ. Алчевск, 2015. Вып. 1 (44). C. 43–48.
Paleichuk N.N., Pronsky D.V., Ryzhikova O.A. Studying the ventilation parameters of deep anthracite mines in the Donbass area. Sbornik nauchnykh trudov DonGTU (Collection of scientific papers of DonSTU). Alchevsk, 2015. Iss. 1 (44). pp. 43–48. (In Russ.).
15. СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия. М: ФГУП ЦПП, 2016. 104 с.
SP 20.13330.2016. Loads and impacts. Moscow: FGUP TsPP, 2016. 104 p. (In Russ.).