Ученые из Перми разработали эффективный метод защиты горных выработок от обрушений.

Статья опубликована в журнале «Безопасность труда в промышленности». В процессе работы горных предприятий возникают негативные последствия, связанные с экологически опасными выбросами, проседанием и обрушением горных выработок. Уменьшить эти последствия помогает гидрозакладка – заполнение выработанного пространства в шахтах для укрепления нестабильных пород. Для этого используются смеси, состав которых подбирается с учетом специфики добычи определенного типа материала и особенностей местности. В ходе технологического процесса она, постепенно застывая слоями, формирует прочную структуру, которая заменяет выработанную горную породу и способна эффективно воспринимать давление от верхних слоев.

«Одним из самых увлекательных этапов нашего исследования стало создание алгоритма, который позволяет автоматически изменять геометрию конструкции: расположение, количество балок, толщину изоляционного материала, характер взаимодействия каркас-изоляция и так далее. Разработанный скрипт значительно ускоряет процесс многофакторного анализа», – делится Юрий Носов, аспирант и старший преподаватель кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ.

«Пустоты, оставшиеся в горном массиве после прекращения добычи, поэтапно отгораживаются при помощи изоляционных перемычек и заполняются закладочной смесью. На данный момент установка перемычек – это трудоемкий процесс, связанный с созданием одноразовой сложной конструкции. Один из способов сократить затраты ресурсов – разработка и внедрение в технологию закладки пустот легкосборной перемычки, которую можно многократно использовать», – добавляет Ляйсан Сахабутдинова, старший преподаватель кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ, кандидат технических наук.

Ученые Пермского Политеха предложили использовать конструкцию шахтной вентиляционной перемычки и исследовали возможность расширения ее функционала для гидрозакладки. Ранее этот метод не рассматривался. Конструкция включает основание, каркас и изоляционные панели. Для проверки эффективности решения политехники разработали численный аналог перемычки и имитационную модель технологического процесса. Высокую точность удалось достичь благодаря учету всех факторов: материала, скорости подачи, времени застывания и так далее.

«Максимальная реакция конструкции происходит в ее опорах, что требует добавления дополнительных элементов в несущий каркас. Численный аналог позволяет исследовать влияние изменения геометрии перемычки на ее деформацию и на основе полученных данных принимать инженерные решения об изменениях», – рассказывает Александр Николаев, профессор кафедры «Горная электромеханика» ПНИПУ, доктор технических наук.

«При полной заливке выработки максимальная интенсивность напряжений в области опор достигает 750 МПа, в то время как предел прочности стали, наиболее близкой к материалу перемычки, составляет 610 МПа. Это означает, что конструкция не выдержит такую нагрузку, а стенка толщиной 12 мм повредится на последнем этапе. Ситуация может быть исправлена закреплением верхней части перемычки и установкой дополнительной горизонтальной балки в центральной части. Тогда предложенный метод можно будет полноценно применять 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.