UNDERGROUND MINING
Original Paper
UDC 004.942; 622.3 © A.N. Starodubov1,2, V.I. Klishin1, A.N. Kadochigova1, A.V. Kaplun1, 2024
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol’ – Russian Coal Journal, 2024, № 9, pp. 53-60
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2024-9-53-60
Title
RESEARCH OF THE MINED ROCK FLOW ON THE FEEDER OF THE POWERED ROOF SUPPORT DURING UNDER-ROOF COAL OUTPUT OF GENTLY SLOPING THICK COAL SEAMS BY MEANS OF SIMULATION MODELING
Authors
A.N. Starodubov1, 2, V.I. Klishin1, A.N. Kadochigova1, A.V. Kaplun1
1 The Federal Research Center of Coal and Coal-Chemistry of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Kemerovo, 650065, Russian Federation
2 T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University, Kemerovo, 650000, Russian Federation
е-mail: a.n.starodubov@gmail.com
Authors Information
Starodubov A.N. – PhD (Engineering), Associate Professor, Head of Laboratory of the Institute of Coal,
Federal Research Center of Coal and Coal Chemistry of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences,
Kemerovo, 650065, Russian Federation, Associate Professor, T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University,
Kemerovo, 650000, Russian Federation, e-mail: a.n.starodubov@gmail.com
Klishin V.I. – Doctor of Engineering Sciences, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences,
Professor, Director of the Institute of Coal, Federal Research Center of Coal and Coal Chemistry of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Kemerovo, 650065, Russian Federation, e-mail: klishinvi@ic.sbras.ru
Kadochigova A.N. – Senior Engineer of the Institute of Coal, Federal Research Center of Coal and Coal Chemistry of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Kemerovo, 650065, Russian Federation, e-mail: arina.kadochigova@mail.ru
Kaplun A.V. – Senior Engineer of the Institute of Coal, Federal Research Center of Coal and Coal Chemistry
of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Kemerovo, 650065, Russian Federation, e-mail: nastiakaplun@yandex.ru
Abstract
The technology of effective development of coal deposits with controlled underroof coal output implies the use of a powered roof support, which allows for controlled release using special equipment of the outlet window. There are
problems of studying the operating parameters of the release, the solution of which is complicated due to the dynamism and stochasticity of the process of movement of the mined rock. In the paper, using the method of discrete elements by simulation modeling, research has been conducted on models of particle behavior simulating the flow of coal controlled by the reciprocating motion of the feeder and the angle of the limiting barrier. A set of studies is submitted that made it possible to determine the parameters of the technology at which the appearance of a zone of accelerated outflow of mined rock in the upper layer is observed at a speed exceeding the theoretically calculated one: the movement of the feeder and its displacement of the lower layer of coal not only supports this process, but also accelerates it to a value greater than 1.23 times. It was found that, under certain parameters, the middle layer is released in the mined rock flow, moving slower than the lower and upper layers by 1.3 and 2.8 times, respectively. The distribution of the fractional composition of the mined rock flow during the release is shown. It was found that the particles of the larger fraction move mainly in the upper layer, the concentration of large particles decreases as they approach the surface of the feeder, and the concentration of small particles increases.
Keywords
Thick coal seams, underground extraction, simulation model, the method of discrete elements, powered roof support, feeder, agravitational movement process of a previously broken mined rock.
References
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-oriented 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.)
Acknowledgements
The study was carried out under a grant (Resolution of the Government of the Kemerovo region – Kuzbass № 632, dated 19.09.2022) on applied scientific research entitled “Development of software and methodological support for digitalization of design processes of mining engineering systems for open pit and underground mining, Agreement No.1 dated 22.11.2022.
For citation
Starodubov A.N., Klishin V.I., Kadochigova A.N., Kaplun A.V. Research of the mined rock flow on the feeder of the powered roof support during underroof coal output of gently sloping thick coal seams by means of simulation modeling. Ugol. 2024;(9):53-60. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2024-9-53-60.
Paper info
Received July 4, 2024
Reviewed August 15, 2024
Accepted August 26, 2024