Анализ напряженно-деформированного состояния проблемных мест шахтного ствола рудника на основе компьютерного моделирования

Представлены результаты компьютерного моделирования напряженно-деформированного состояния участков крепи ствола № 1 рудника 3 ОАО «Беларуськалий», выполненные на основе визуального и инструментального обследования состояния крепи. Параметры нагружения ствола шахты учитывают особенность расчета бокового давления на рассматриваемом участке, заключающуюся в пересечении вертикальной выработкой различных по своим физико-механическим свойствам горных пород. Компьютерное моделирование нагружения части ствола, в которой наблюдаются наиболее проблемные по результатам обследования крепи участки, выполнено с использованием компаненты Static Structural инженерного программного комплекса ANSYS Workbench методом конечных элементов. Получены диаграммы распределения продольных нормальных, сдвиговых и эквивалентных по Мизесу напряжений в крепи вертикального ствола шахты на самом проблемном участке для проектных и остаточных значений толщин чугунного тюбинга и затюбинговой бетонной крепи. Произведен сравнительный анализ остаточной несущей способности ствола шахты при различных параметрах крепи. На основании результатов компьютерного моделирования сделаны выводы о несущей способности ствола № 1 рудника 3 ОАО «Беларуськалий» и предложены рекомендации по дальнейшей безопасной эксплуатации ствола шахты.

1. Olhovikov Yu. P. Lining of capital excavations of potash and salt mines. Мoscow, 1984. 238 p. (in Russian).

2. Alymenko D. N., Soloviev V. A., Aptukov V. N., Kotlyar E. K. The use of lightweight types of lining while maintaining shaft workings in salt rocks. Gornyi zhurnal, 2019, no. 5, pp. 42–45 (in Russian). https://doi.org/10.17580/gzh.2019.05.07

3. Tarasov V. V., Pestrikova V. S., Afanasiev I. A., Sushkov S. L. Revealing causes of deforming underground all-mine bunker lining. Izvestiya Tul’skogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o zemle = News of the Tula State University. Sciences of Earth, 2017, no. 1, pp. 133–144 (in Russian).

4. Bogatyr’ova I. V. Inspection and testing of structures of buildings and structures. Tomsk, 2015. 110 p. (in Russian).

5. Sergeev S. V., Vorobyev E. D., Frolov N. V. Mine shaft inspectation the trunk of mine operated in difficult engineeringgeological conditions. Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V. G. Shukhova = Bulletin of BSTU named after V. G. Shukhov, 2017, no. 2, pp. 63–67 (in Russian).

6. Sergeev S. V., Kazikaev D. M. Diagnostics and monitoring of the stress state of the lining of vertical shafts. Moscow, 2011. 244 p. (in Russian).

7. Wang D., Yang W. Research on Monitoring of Coal Mine Shaft Deformation Based on Fiber Grating Technology. Journal of Physics: Conference Series, 2020, vol. 1549, no. 4, art. 042088. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1549/4/042088

8. Moghaddam R. B., Belardo D. S., Piscsalko G., Likins G. Quality Control of Drilled Foundations for Base Cleanliness, Concrete Integrity, and Geometry. 10th International Conference on Stress Wave Theory and Testing Methods for Deep Foundations, 2019, pp. 223–237. https://doi.org/10.1520/stp161120170198

9. Hola J., Schabowicz K., Sadowski L. Evaluation of adhesion of concrete screed to mine shaft wall by means of nondestructive acoustic methods. Materials of the 19th World Conference on Non-Destructive Testing, 2016. 8 p.

10. Ilyin S. R., Dubinin M. V. Spectral and deformation analysis of systems “vessels–reinforcement” of vertical shafts. Geotechnical Mechanics. Dnepropetrovsk, 2015, vol. 122, pp. 164–193 (in Ukranian).

11. Glazounov V. V., Daniliev S. M. Application of the GPR method for investigetion of barring condition and outbarring spaces “Octyabr’skiy” mine. Zapiski Gornogo instituta = Journal of Mining Institute, 2011, vol. 189, pp. 15–18 (in Russian).

12. Igolka D. A. Possibilities of using 3D finite element modeling in the design of vertical mine shafts. Gornaya mekhanika i mashinostroenie = Mine Mechanical Engineering and Machine-Building, 2012, no. 1, pp. 40–46 (in Russian).

13. Seryakov V. M. Calculation of stress behavior of underground mining support considering its interaction with rock solid. Interekspo Geo-Sibir’ [Interekspo Geo-Syberia], 2019, vol. 2, no. 5, pp. 12–19 (in Russian).

14. Lv Z., Qin Q., Jiang B., Luan Y., Yu H. Comparative study on the mechanical mechanism of confined concrete supporting arches in underground engineering. Plos one, 2018, vol. 13, no. 2, art. e0191935. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0191935

15. Pleshko M. S., Stradanchenko S. G., Maslennikov S. A., Pashkova O. V. Study of technical solutions to strengthen the lining of the barrel in the zone of influence of construction near-wellbore production. ARPN Journal of Engineering and Applied, 2015, vol. 10, no. 1, pp. 14–19.

16. Pashkova O. V. Justification of technical and technological solutions for the construction of near-shaft workings in passed vertical shafts. Novocherkassk, 2015. 145 p. (in Russian).

17. Georgiannou V. N., Serafis A., Pavlopoulou E. M. Analysis of a vertical segmental shaft using 2D&3D finite element codes. International Journa of GEOMATE, 2017, vol. 13, no. 36, pp. 138–146. https://doi.org/10.21660/2017.36.88132

18. Perform an analysis of the results of surveys of shaft lining, assess the need and scope of geophysical work in deformed areas. Minsk, 2009. 42 p. (in Russian).

19. Diulin D. A. Research of the Soligorsk vertical mine shafts. Gornaya mekhanika i mashinostroenie = Mine Mechanical Engineering and Machine-Building, 2021, no. 4, pp. 22–28 (in Russian).

20. Timoshenko S. P., Gudier G. Elasticity theory. Moscow, 1979. 560 p. (in Russian).

21. Baier V. E. Construction materials. Moscow, 2004. 240 p. (in Russian).

22. Rudnov V. S., Vladimirova E. V., Domanskaya I. K., Gerasimova E. S. Building materials and products. Ekaterinburg, 2018. 203 p. (in Russian).