Development of a Mathematical Model of Deforming Behavior of an Insulating Jumper during Hydraulic Filling of Mine Working

For citation.
Kamenskikh A.A., Nikolaev A.V., Nosov Yu.O., Sakhabutdinova L.R. Development of a Mathematical Model of Deforming Behavior of an Insulating Jumper during Hydraulic Filling of Mine Working. Bezopasnost Truda v Promyshlennosti = Occupational Safety in Industry. — 2024. — № 11. — рр. 7-14. (In Russ.). DOI: 10.24000/0409-2961-2024-11-7-14


Annotation:

Implementing measures to eliminate the negative consequences of soil subsidence during mine workings is an urgent problem. One of the methods to close mine workings not in operation is the technology of hydraulic filling; new types of insulating jumpers are studied in order to improve the technology. To select optimum dimensions of the structural elements, a comprehensive study of the impact of geometry and materials structure on its operability is required.

The ANSYS Mechanical APDL software package provides a mathematical model of the deformation behavior of the insulating jumper with step-by-step backfilling of the worked space with a backfill mixture. The model is fully parametrized in accordance with the geometrical dimensions of the structure, the mechanical properties of materials, the space-filling rate, and the backfill mixture properties. This enabled the automation of the process of analysis of the impact of technological solutions and the nature of filling the worked mine space on the operability of load-bearing structural elements. Within the framework of the first approximation, the impact of the bearing frame wall thickness on the waterproof jumper stress-strain state has been evaluated; the behavior of the structure during a step-by-step filling and under instantaneous load has been compared.

Based on the results, a conclusion on the necessity to increase the rigidity of the insulating jumper structure has been made. In order to do that, it is required to study the possibility of inserting additional transverse beams in its central part and analyze the impact of various types of insulating materials and load-bearing frame materials on it.

References:
1. Романова В.В., Ефимова А.А. Об особенностях правового регулирования отношений по поставке мощности на оптовом рынке электрической энергии и мощности// Юрист. 2013. № 21. С. 38–40.
2. Фалова Е.С. Разработка метода оценки производственного травматизма и профессиональной заболеваемости для горнодобывающей промышленности крайнего севера на основе риск-ориентированного подхода: дис. … канд. техн. наук. СПб, 2020. 115 с.
3. Каюмова А.Н., Харисов Т.Ф., Рыбак С.А. О современном состоянии нормативной документации по креплению горных выработок// Проблемы недропользования. 2018. № 4 (19). С. 107–113. DOI: 10.25635/2313-1586.2018.04.107
4. Новиков А.О., Шестопалов И.Н. Шахтные исследования деформирования массива, вмещающего выработки с комбинированной рамно-анкерной крепью// Физика и техника высоких давлений. 2019. Т. 29. № 1. С. 110–120.
5. Петров Ю.С., Соколов А.А., Раус Е.В. Математическая модель оценки техногенного ущерба от функционирования горных предприятий// Устойчивое развитие горных территорий. 2019. Т. 11. № 4. С. 554–560. DOI: 10.21177/1998-4502-2019-11-4-554-560
6. Белодедов А.А., Должиков П.Н, Легостаев С.О. Анализ механизма образования деформаций земной поверхности над горными выработками закрытых шахт// Известия ТулГУ. Науки о земле. 2017. № 1. С. 160–169.
7. Ельчанинов Е.А., Кабанова О.Б. Эколого-экономическая оценка управления массивом горных пород методом закладки выработанного пространства// Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2002. № 10. С. 107–108.
8. Усанов С.В., Усанова А.В. Исследование обрушений грунта над неглубокой заброшенной шахтой для определения геотехнических условий индивидуального строительства// Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021. Т. 332. № 8. С. 168–176. DOI: 10.18799/24131830/2021/8/3315
9. Gankhuyag U., Gregoire F. Managing mining for sustainable development: A sourcebook. Bangkok: United Nations Development Programm. Bangkok Regional Hub and Poverty-Environment Initiative Asia-Pacific UNDP and UN Environment, 2018. 116 p.
10. Challenges and strategies of abandoned mine rehabilitation in South Africa: the case of asbestos mine rehabilitation/ H. Cornelissen, I. Watson, E. Adam, T. Malefetse// Journal of Geochemical Exploration. 2019. Vol. 205. DOI: 10.1016/j.gexplo.2019.106354
11. Усанов С.В. Методика оценки безопасности застройки территорий над старыми горными выработками// Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2011. № S11. С. 260–266.
12. Шевченко М.Д. Изучение изменений массива горных пород в области влияния подземных горных выработок// Проблемы недропользования. 2021. № 4 (31). С. 55–60. DOI: 10.25635/2313-1586.2021.04.055
13. Исследование свойств массива из твердеющей закладки при комбинированной технологии приготовления закладочных смесей/ О.З. Габараев, А.Б. Лолаев, К.К. Хулелидзе, В.Н. Битаров// Устойчивое развитие горных территорий. 2011. Т. 3. № 4. С. 20–24.
14. Щербань П.С. Проектирование системы обратной закладки нового калийного предприятия. Существующие проблемы и пути их решения// Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2022. № 1. С. 388–403. DOI: 10.46689/2218-5194-2022-1-1-388-403
15. Копытов А.И., Стародубцев С.А. Опыт применения систем разработки с закладкой выработанного пространства на угольной шахте Дайчжуан (Китай)// Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2023. № 2 (156). С. 86–91. DOI: 10.26730/1999-4125-2023-2-86-91
16. Коликов К.С., Мазина И.Э., Урузбиева А.Г. Закладка выработанного пространства как способ снижения негативного экологического воздействия при подземной угледобыче// Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2015. № 5. С. 252–259.
17. Пат. № 2396434 С1 Рос. Федерации. МПК E21F 15/00. Закладочная смесь/ Ю.А. Дойников, А.Н. Монтянова, А.И. Ефимов и др.; заявл. 10.03.2009; опубл. 10.08.2010.
18. Пат. № 2436963 C1 Рос. Федерации. МПК E21F 15/02. Передвижная перемычка для создания закладочного массива в подземных горных выработках/ В.П. Зубов, Г.В. Овчаренко; заявл. 13.04.2010; опубл. 20.12.2011.
19. Рыльникова М.В., Олизаренко В.В., Михальчук А.П. Формирование и сооружение изолирующих перемычек в горных выработках подземных рудников под заполняемым хвостовой пульпой карьером// Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2014. № S1-1. C. 124–137.
20. Оценка влияния осложняющих факторов на трудоемкость и сроки возведения изолирующих перемычек/ А.Н. Домрачев, В.Г. Криволапов, Д.Ю. Палеев, И.М. Поздеева// Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2021. № 4. С. 357–364.
21. Николаев А.В., Максимов П.В., Клишин В.И. Результаты испытания шахтной вентиляционной перемычки нового типа в добычном участке калийного рудника// Безопасность труда в промышленности. 2020. № 12. С. 79–84. DOI: 10.24000/0409-2961-2020-12-79-84
22. ГОСТ 1050—2013. Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200114294 (дата обращения: 08.09.2024).
23. Сергеев С.В., Зинченко А.В., Сергеев А.Л. Особенности деформирования бетонных перемычек при гидрозакладке отработанных камер на шахте им. Губкина// Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2013. № 3. С. 123–126.
24. Построение модели шахтной перемычки на базе расчетной схемы толстой плиты/ С.В. Черданцев, П.А. Шлапаков, К.С. Лебедев и др.// Горная промышленность. 2023. № 1. С. 110–116. DOI: 10.30686/1609-9192-2023-1-110-116
DOI: 10.24000/0409-2961-2024-11-7-14
Year: 2024
Issue num: November
Keywords : mine working mathematical model stress-strain state finite element method deformation behavior insulating jumper hydraulic filling second working hydrostatical pressure structural geometry
Authors:
  • Kamenskikh A.A.
    Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Prof., Deputy Director of Engineering School, anna_kamenskih@mail.ru, Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation
  • Nikolaev A.V.
    Dr. Sci. (Eng.), Assoc. Prof., Prof. of the Department, nikolaev0811@mail.ru, Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation
  • Nosov Yu.O.
    Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Department, Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation
  • Sakhabutdinova L.R.
    Senior Lecturer, Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation