Ученые Пермского Политеха предложили адаптировать конструкцию вентиляционной перемычки для защиты горных выработок от обрушения

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.

Статья опубликована в журнале «Безопасность труда в промышленности» №11 за 2024 год.