ПОДЗЕМНЫЕ РАБОТЫ
Оригинальная статья
УДК 004.942; 622.3 © А.Н. Стародубов, В.И. Клишин, А.Н. Кадочигова, А.В. Каплун, 2024
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Уголь № 09-2024 /1184/
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2024-9-53-60
Название
Исследование потока горной массы на питателе секции крепи при выпуске угля из подкровельной толщи мощных пологих пластов средствами имитационного моделирования
Авторы
Стародубов А.Н. канд. техн. наук, доцент, заведующий лабораторией Федерального исследовательского центра угля и углехимии СО РАН, доцент ФГБОУ ВО «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева», 650065, г. Кемерово, Россия, e-mail: a.n.starodubov@gmail.com
Клишин В.И. доктор техн. наук, чл.-корр. РАН, профессор, директор Института угля Федерального исследовательского центра угля и углехимии СО РАН, 650065, г. Кемерово, Россия, e-mail: klishinvi@ic.sbras.ru
Кадочигова А.Н. ведущий инженер Федерального исследовательского центра угля и углехимии СО РАН, 650065, г. Кемерово, Россия, e-mail: arina.kadochigova@mail.ru
Каплун А.В. ведущий инженер Федерального исследовательского центра угля и углехимии СО РАН, 650065, г. Кемерово, Россия, e-mail: nastiakaplun@yandex.ru
Аннотация
Технология эффективного освоения угольных месторождений с управ ляемым выпуском угля из подкровельной толщи подразумевает исполь зование механизированной крепи, позволяющей проводить контроли руемый выпуск с помощью специального оборудования выпускного окна. Возникают задачи изучения режимных параметров выпуска, решение которых осложнено в силу динамичности и стохастичности процесса движения горной массы. В работе с помощью метода дискретных эле ментов с использованием имитационного моделирования проведены исследования на моделях поведения частиц, имитирующих поток угля, управляемый возвратно-поступательным движением питателя и углом ограничивающего заслона. Представлен комплекс исследований, позво ливший определить параметры технологии, при которых наблюдаетсяпоявление зоны ускоренного истечения горной массы в верхнем слое со скоростью, превышающей теоретически рассчитанную: движение питателя и смещение им нижнего слоя угля не только поддерживает этот процесс, но и ускоряет его до значения большего в 1,23 раза. Установлено, что при определенных параметрах в потоке горной массы выделяется средний слой, движущийся медленнее, чем нижний и верхний слои в 1,3 и 2,8 раза соответственно. Показано распределение фракционного состава пото ка горной массы во время выпуска. Установлено, что частицы большей фракции перемещаются преимущественно в верхнем слое, концентрация крупных частиц по мере приближения к поверхности питателя снижается, а мелких – возрастает.
Ключевые слова
Мощные угольные пласты, подземная разработка, имитационная модель, метод дискретных элементов, механизированная крепь, питатель, движение разупрочненной горной массы.
Список литературы
1. Jabinpoura a., Bafghib a.y., gholamnejad J. application of vibration in longwall top coal caving method. Int. Academic J. Sci. Eng. 2016;3(2):102-109.
2. Kumar r., Singh a.K., Mishra a.K., Singh r. underground mining of thick coal seams. Int. J. Min. Sci. Tech. 2015;25(6):885-896.
3. hebblewhite B.K. Status and prospects of underground thick coal seam mining methods, 19th Int. Min. Congress and fair of turkey, IMCEt 2005. Izmir, 2005. рр. 169-178.
4. guo J., Ma l., Wang ye., Wang f. hanging wall pressure relief mechanism of horizontal section top-coal caving face and its application – a case study of the urumqi Coalfield, China. Energies. 2017;10(9):1371.
5. unver B., yasitli N.E. Modelling of strata movement with a special reference to caving mechanism in thick seam coal mining. Int. J. Coal Geology. 2006;66(4):227-252.
6. Выбор параметров технологии отработки мощных угольных пластов с выпуском межслоевых и подкровельных пачек угля / И.А. Шундулиди, А.С. Марков, С.И. Калинин и др. Кемерово: Кемер. отделение Акад. горн. наук, 1999. 258 с.
7. Разработка мощных пластов механизированными крепями с регулируемым выпуском угля / В.И. Клишин, Ю.С. Фокин, Д.И. Кокоулин и др. Новосибирск: Наука, 2007.135 с.
8. Технология разработки запасов мощных пологих пластов с выпуском угля / В.И. Клишин, И.А. Шундулиди, А.Ю. Ермаков и др. Новосибирск: Наука, 2013. 248 с.
9. Клишин В.И., Клишин С.В. Состояние и направление развития технологии разработки мощных угольных пластов механизиро-ванными крепями с выпуском // Изв. ТулГУ. НаукиоЗемле. 2019. Вып. 1. С. 162-173. Klishin V.I., Klishin S.V. the state and direction of development of technology for the development of powerful coal seams with mechanized fasteners with release. Izvestiya TulGU. Nauki o Zemle. 2019;(1):162-173. (In russ.)
10. Исследование технологии добычи угля в сложных горно-геологических условиях с использованием математического моделирования / А.Н. Стародубов, В.И. Клишин, А.Н. Кадочигова и др. // Горная промышленность. 2023. № S5. С. 47-52. Starodubov a.N., Klishin V.I., Kadochigova a.N., Kaplun a.V. research of coal mining technology in difficult mining and geological condi? tions using mathematical modeling. Gornaya promyshlennost'. 2023;(S5):47-52. (In russ.)
11. Стародубов А.Н., Кадочигова А.Н., Каплун А.В. К вопросу имитационного мо? делирования процесса выпуска угля подкровельной толщи / Россия молодая: Сборник материалов XIV всероссийской, научно-практической конференции молодых ученых с международным участием, Кемерово, 18–21 апреля 2023 года. Кемерово: Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, 2023. С. 10402.1-10402.6.
12. huo y., Zhao d., Zhu d., Wang Z. application of an automated top Coal Caving Control System: the Case of Wangjialing Coal Mine. Sustainability. 2024;(16):4261. https://doi.org/10.3390/su16104261.
13. Кельтон В., Лоу А. Имитационное моделирование. СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BhV, 2004. 847 с.
14. Конюх В.Л., Зиновьев В.В. Дискретно-событийное моделирование подземных горных работ. Новосибирск: Изд-воСОРАН, 2011. 243 с.
15. aalst W., Stahl C. Modeling business processes: a petrinet-orient? ed approach, MIt Press, 2011, 400 р.
16. Девятков В.В. Методология и технология имитационных исследований сложных систем: современное состояние и перспективы развития. М.: Вузовский учебник, ИНФРА-М, 2013. 448 с.
17. Павлова Л.Д. Моделирование геомеханических процессов в разрушаемом углепородном массиве. Новокузнецк: СибГИУ, 2005. 239 с.
18. Фрянов В.Н., Павлова Л.Д., Темлянцев М.В. Теоретические подходы к проектированию роботизированных угольных шахт на основе современных технологий моделирования // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. 2017. № 3. С. 15-21. fryanov V.N., Pavlova l.d., temlyantsev M.V. theoretical approaches to the design of robotic coal mines based on modern modeling technologies. Naukoemkie tekhnologii razrabotki i ispolzovaniya mineralnykh resursоv. 2017;(3):15-21. (In russ.)
19. ОганесянА.С., АгафоновВ.В. Алгоритммодульногосинтезатехнологическихсхемугольныхшахт // Горныйинформационноаналитическийбюллетень (научно-техническийжурнал. 2013. № 12. С. 18-27. Oganesyan a.S., agafonov V.V. algorithm of modular synthesis of technological schemes of coal mines. Gornyj informatsionno-analiticheskij byulleten'. 2013;(12):18-27. (In russ.)
20. Мустафин М.Г. Моделирование разрушения массива горных пород в процессе подвигания очистного забоя с разной скоростью // Записки горного института. 2007. Т. 171. С. 130-133. Mustafin M.g. Modeling of the destruction of an array of rocks in the process of moving a cleaning face at different speeds. Zapiski gornogo instituta. 2007;(171):130-133. (In russ.)
21. Starodubov a.N., Sinoviev V.V., Klishin V.I. research of draw mining method modes using simulation model, IOP Conference Series: Earth and Env. Sci., 2019. Vol. 377.
22. Система имитационного моделирования очистных горных работ / А.Н. Стародубов, В.В. Зиновьев, А.Н. Кадочигова и др. / Имитационное моделирование. Теория и практика (ИММОД-2023): Сборник трудов одиннадцатой всероссийской научно-практической конференции по имитационному мо? делированию и его применению в науке и промышленности, Казань, 18-20 октября 2023 года. Казань, 2023. С. 509-515.
23. Исследование параметров выпуска угля из подкровельной толщи средствами имитационного моделирования / В.И. Клишин, А.Н. Стародубов, В.А. Крамаренко и др. // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2023. № 4. С. 4451. Klishin V.I., Starodubov a.N., Kramarenko V.a., Kadochigova a.N., Kaplun a.V. Investigation of the parameters of coal release from the underlayer by means of simulation modeling. Fiziko-tekhnicheskie problemy razrabotki poleznykh iskopaemykh. 2023;(4):44-51. (In russ.)
24. ДубинкинД.М., ЯлышевА.В. Определениестатическихнагрузокнабортгрузовойплатформыкарьерногосамосвала // Горнаяпромышленность. 2022. № 6. С. 137-144. dOI: 10.30686/1609-9192-2022-6-137-144. dubinkin d.M., yalyshev a.V. determination of static loads on board the cargo platform of a dump truck. Gornaya promyshlennost'. 2022;(6):137-144. dOI: 10.30686/1609-9192-2022-6-137-144. (In russ.)
25. Дубинкин Д.М., Исмаилова Ш.Я. Определение параметров модели суглинка и глины для имитационного моделирования погрузки и разгрузки грузовой платформы карьерного самосвала // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2023. № 6 (160). C. 94-104. dOI: 10.26730/1999-4125-2023-6-94-104. dubinkin d.M., Ismailova Sh.ya. determination of loam and clay model parameters for simulation of loading and unload? ing of a dump truck cargo platform. Vestnik Kuzbasskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2023;6(160):94-104. dOI: 10.26730/ 1999-4125-2023-6-94-104. (In russ.).
26. ЖуравковМ.А., НиколайчикМ.А., МатиевскаяА.В. Применениеметодадискретныхэлементовприоценкепараметровразгрузкишахтныхподъемныхсосудов // Актуальныевопросымашиноведения. 2022. Т. 11. С. 195-199.
Zhuravkov M.a., Nikolaichik M.a., Matievskaya a.V. application of the method of discrete elements in the assessment of unloading parameters of mine lifting vessels. Aktualnyevoprosymashinovedrniya. 2022;(11):195-199. (Inruss.)
27. Лаптев В.В. Численное моделирование потока раздробленной горной массы в процессе выпуска руды с использованием программы rOCKydEM // Вестник МГТУ. ТрудыМурманскогогосударственноготехническогоуниверситета. 2019. Т. 22. № 1. С. 149-157. dOI: 10.21443/1560-9278-2019-22-1149157. laptev V.V. Numerical modeling of the flow of crushed rock mass in the process of ore release using the rOCKy dEM program. Vestnik MGTU. Trudy Murmanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2019;22(1):149-157. dOI 10.21443/1560-9278-201922-1-149-157. (In russ.)
Поддержка
Исследование выполнено в рамках гранта (постановление Правительства Кемеровской области — Кузбасса от 19.09.2022 № 632) по прикладному научному исследованию «Разработка программно-методического обеспечения для цифровизации процессов проектирования горнотехнических систем для открытых и подземных горных работ», соглашение от 22.11.2022 № 1.
Для цитирования
Исследование потока горной массы на питателе секции крепи при выпуске угля из подкровельной толщи мощных пологих пластов средствами имитационного моделирования / А.Н. Стародубов, В.И. Клишин, А.Н. Кадочигова // Уголь. 2024;(9):53-60. dOI: 10.18796/00415790-2024-9-53-60.
Информация о статье
Поступила в редакцию: 04.07.2024
Поступила после рецензирования: 15.08.2024
Принята к публикации: 26.08.2024
