Erforschung des Verformungsgesetzes an Führungsschienen unter der Einwirkung der Bergbauverformung im vertikalen Schacht des Bergwerks

Aug 08, 2023

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 5604 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Um eine Grundlage für die Linderung des Einflusses der Bergbauschachtverformung (MSD) auf die Führungsschiene (GR) und die Überwachung des Schachtverformungszustands zu schaffen, untersucht dieser Artikel das Verformungsgesetz und den Mechanismus der Führungsschiene unter der MSD. Zunächst wird eine Feder verwendet, um die Interaktion zwischen der Schachtauskleidung und der umgebenden Gesteinsbodenmasse (SRSM) unter MSD zu vereinfachen, und ihr Steifigkeitskoeffizient wird durch die Methode der elastischen Untergrundreaktion abgeleitet. Zweitens wird ein vereinfachtes Finite-Elemente-Modell basierend auf dem Federelement erstellt, der Steifigkeitskoeffizient anhand der Ableitungsformel berechnet und seine Wirksamkeit überprüft. Abschließend werden das Verformungsgesetz und der GR-Mechanismus bei verschiedenen MSD-Typen und -Graden analysiert und die Verformungseigenschaften bei Trennung zwischen Welle, Bundon und Führungsschiene untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass das etablierte Finite-Elemente-Modell die Interaktion zwischen Schachtauskleidung und SRSM besser simulieren kann und die Berechnungseffizienz deutlich verbessert wird. Die Führungsschienenverformung (GRD) hat eine starke Fähigkeit, MSD zu charakterisieren und besitzt die charakteristischen Merkmale, die verschiedenen Arten und Graden von MSD und dem Verbindungszustand entsprechen. Diese Forschung kann als Referenz und Orientierungshilfe für die Überwachung der Schachtverformung sowie für die Wartung und Installation des GR dienen und legt auch eine Grundlage für die Untersuchung der Betriebseigenschaften von Fördermitteln unter MSD.

Der vertikale Bergbauschacht ist die entscheidende Halstechnik, und sein Verformungszustand bestimmt direkt die Sicherheit der Kohlebergwerksproduktion. Beeinflusst durch Faktoren wie das Vorkommen des Kohleflözes, die Lithologie, die Abbaumethode und eine unzumutbare schützende Kohlesäule werden die darüber liegenden Schichten während des Kohleflözabbaus leicht verschoben und verformt, was wiederum zur MSD1,2 führt. MSD umfasst hauptsächlich Neigung, Biegung, Versetzung, horizontale Abschnittsänderung, vertikale Kompression usw. Wenn die vertikale Kompression auftritt, wird die Stützwirkung des SRSM auf den Schaft in vertikaler Aufwärtsrichtung eliminiert, was sich vom Kraftmechanismus anderer unterscheidet Verformungsarten3. MSD führt nicht nur zum Bruch der Schachtauskleidung und zum Herausspritzen von Wasser und Sand, sondern führt auch zu GRD, erhöht den Hubwiderstand und die Instabilität des Fördermittels und führt sogar zum Blockieren oder Herunterfallen4,5. Ein typisches Bergwerksfördersystem ist in Abb. 1 dargestellt. Aufgrund des großen Volumens und der komplexen geologischen Bedingungen des Schachts werden seine Spannungs- und Verformungsuntersuchungen während der Bergbaueinwirkung hauptsächlich durch Feldüberwachung und numerische Berechnungen durchgeführt. Die Feldüberwachung sammelt Boden- und Schachtverformungsdaten über das Global Positioning System, Lidar, Fasergitter usw. und analysiert die Überwachungsdaten, um das Schachtverformungsgesetz und die Hauptfaktoren zu ermitteln, die zu seiner Verformung führen6,7.

Minenhebesystem.

Um die Hauptgründe von MSD, den Schadensmechanismus und den Einfluss von Konstruktionsparametern auf seine Stabilität genau zu verstehen, wurde eine große Anzahl numerischer Berechnungen durchgeführt. Kwinta8 verwendete eine modifizierte Knothe-Methode, um die durch Bergbauaktivitäten verursachte kontinuierliche Verschiebung des Schachts vorherzusagen. Bruneau9 erstellte in Map 3D ein numerisches Schachtanalysemodell und analysierte den Einfluss von Verwerfungen und Abbausequenzen auf die Stabilität des Hauptschachts. Sun5 verwendete die Universal Distinct Element Code Trigon-Methode, um ein numerisches Modell des Schachts zu erstellen, und untersuchte seinen Verformungsmechanismus beim Versatzabbau. Zhao10 analysierte den Einfluss von Bauparametern auf die Stabilität des Hauptschachts in der Mine Jinchuan Nr. 3 anhand eines zweidimensionalen numerischen Modells, das hauptsächlich Schachttiefe, Auskleidungsdicke und Konstruktionstechnologie zur Freisetzung von Verschiebungen umfasste. Yan11 untersuchte den Einfluss des Verdichtungsverhältnisses der Hinterfüllung auf die Schachtverformung durch ABAQUS und ermittelte das optimale Verdichtungsverhältnis für die Sicherheit und Stabilität des Schachtes. Ma12 kam durch numerische Simulation zu dem Schluss, dass der große Neigungswinkel der Erzkörper, Verwerfungen und Brüche der Hauptgrund für den Einsturz des vertikalen Schachts der Nickelmine Jinchuan ist. Dias13 nutzte das von CESAR-LCPC erstellte Finite-Elemente-Modell, um den Einfluss der Baureihenfolge und der geologischen Ablagerung auf die Schachtfähigkeit, insbesondere die induzierte Setzung, zu analysieren. Walton14 erstellte mithilfe des Universal Distinct Element Code ein dreidimensionales Finite-Differenzen-Modell einer kreisförmigen und elliptischen Welle und untersuchte die Faktoren, die die relative Stabilität der Wellengeometrie beeinflussen. Die obige Forschung analysiert hauptsächlich den Einfluss von Geometrie, Bauparametern und geologischen Bedingungen auf die Schachtstabilität durch numerische Simulation, analysiert die Art, das Gesetz, die Ursache und den Mechanismus von MSD und vernachlässigt ihren Einfluss auf die GRD. Die GRD unter der MSD führt nicht nur zu einer Änderung der Betriebscharakteristik im Hebesystem, sondern spiegelt in gewissem Maße auch den Wellenverformungszustand wider, daher sollte das GRD-Gesetz untersucht werden.

Der vertikale Schacht ist eine tief unter der Erde vergrabene Raumstruktur, und der Hauptunterschied zur oberirdischen Struktur besteht in der Interaktion zwischen Schacht und SRSM. Um die MSD durch numerische Simulation zu untersuchen, ist es notwendig, das Modell der Schachtauskleidung und des SRSM zu erstellen, und seine Breite sollte ein Vielfaches des Schachtdurchmessers betragen, um den Einfluss von Randeffekten zu reduzieren, was zu einem übermäßigen Berechnungsmaßstab und damit zu einer Wechselwirkung führt sollte vereinfacht werden. Das Zusammenspiel zwischen Untergrundbauwerk und SRSM wird vor allem durch das Federelement vereinfacht. Jeong15 erstellte ein vereinfachtes elastisch-plastisches Fundamentbalkenmodell unter Verwendung des Federsteifigkeitskoeffizienten der p-y-Kurve, um die Wechselwirkung zwischen Boden und Verbindungswand zu vereinfachen, und die berechneten Ergebnisse stimmten mit den Testergebnissen im kleinen und großen Maßstab überein. Mitelman16 nutzte die Feder, um die Interaktion zwischen der Erzsäule und dem Körper zu vereinfachen, leitete die Schätzgleichungen für ihre Verschiebung und Spannung ab und überprüfte die Genauigkeit der vereinfachten Methode anhand des von Rocscience erstellten Finite-Elemente-Modells. Zlatanović17 nutzte diskrete Balken-Feder-Elemente, um die Wechselwirkung zwischen Boden und Tunnelstruktur zu untersuchen, und der Vergleich mit den Berechnungsergebnissen des kontinuierlichen Finite-Elemente-Modells bestätigte dessen Zuverlässigkeit. Ramezani18 modellierte den Fundamentboden mithilfe von Torsions- und Translationsfedern, berechnete die Schwankungs- und Gleitmodi der Stützmauer und das Ergebnis stimmte mit den von ANSYS berechneten Ergebnissen überein. Sun19 simulierte die Wechselwirkung zwischen Rohr und Boden durch das Federelement COMBIN39 und seine Zuverlässigkeit wurde durch die theoretische Formel bestätigt. Zhao20 nutzte das COMBIN39-Federelement, um die Interaktion zwischen Welle und SRSM bei nicht bergbaulicher Einwirkung zu vereinfachen, und verifizierte die Wirksamkeit der vereinfachten Methode durch einen Vergleich mit den ANSYS-Berechnungsergebnissen. Die obige Untersuchung zeigt die Machbarkeit des Federelements, um die Interaktion zwischen der Welle und dem SRSM unter dem MSD zu vereinfachen.

Mit dem Ziel, das GRD-Gesetz unter MSD zu untersuchen, wird eine Methode vorgeschlagen, um die Interaktion zwischen Bergbauaktionsschacht und SRSM durch den Einsatz von Federelementen zu vereinfachen. Die Berechnungsformel des Federsteifigkeitskoeffizienten wird durch die elastische Untergrundreaktionsmethode abgeleitet, und ein vereinfachtes Berechnungsmodell wird basierend auf dem COMBIN39-Federelement von ANSYS erstellt, und sein Steifigkeitskoeffizient wird gemäß der Ableitungsformel berechnet und die Wirksamkeit wird überprüft. Durch die Analyse der GRD-Gesetze verschiedener MSD-Typen und -Grade wird der Interaktionsmechanismus zwischen Welle und GR aufgedeckt und die Führungsverformungscharakteristik unter verschiedenen getrennten Zuständen zwischen Welle, Bunton und GR ermittelt.

Obwohl GRD den Wellenschaden nicht direkt widerspiegeln kann, kann es in gewissem Maße den Wellenverformungstrend und den Mechanismus zwischen ihnen widerspiegeln, und das Merkmal des GR ist die Voraussetzung für die Untersuchung der Betriebseigenschaften des Fördermittels im Rahmen des MSD, daher das Die Untersuchung von GRD ist von großer Bedeutung, um den sicheren Betrieb der Förderanlage und des Schachts zu gewährleisten. Die Untersuchung von GRD unter MSD konzentriert sich hauptsächlich auf das Verformungsgesetz und die Eigenschaften des GR bei verschiedenen Arten und Graden der Wellenverformung. Um das Aufbringen der Wellenlast zu erleichtern, den Berechnungsschritt zu vereinfachen und die Berechnungseffizienz zu verbessern, wird das Federelement verwendet, um die Interaktion zwischen Welle und SRSM zu vereinfachen. Das schematische Diagramm ist in Abb. 2 dargestellt. Der spezifische Berechnungsprozess des Steifigkeitskoeffizienten des Federelements ist wie folgt.

Schematische Darstellung der Vereinfachungswirkung von SRSM.

Bei der elastischen Untergrundreaktionsmethode wird davon ausgegangen, dass der horizontale Widerstand des SRSM gegenüber der Struktur nur mit der strukturellen Verschiebung, den Bodeneigenschaften und der Einbautiefe zusammenhängt21,22 und dass die Kraft proportional zur Verschiebung ist. Sein Zusammenhang ist in Gl. dargestellt. (1).

Dabei ist p der horizontale Widerstand des SRSM gegenüber der Struktur pro Flächeneinheit, z die Tiefe, x die horizontale Verschiebung der Struktur, k der Widerstandskoeffizient (RC) in horizontaler Richtung in der Tiefe z, n der Index und \ (n > 0\), \(n = 1\) ist die lineare elastische Bettungsreaktionsmethode, \(n \ne 1\) ist die nichtlineare elastische Bettungsreaktionsmethode.

Wenn es sich bei der Gesteinsbodenmasse rund um die Struktur um Grundgestein handelt, ist die Stabilität hoch und es wird üblicherweise angenommen, dass sich der RC in horizontaler Richtung nicht mit der Tiefe ändert und nur durch die Lithologie bestimmt wird23,24. Wenn es sich um weiches Gestein oder Mutterboden handelt, variiert der RC in horizontaler Richtung mit der Tiefe unter derselben Lithologie, die normalerweise gemäß Gl. (2).

wobei m der Proportionalkoeffizient des Widerstandskoeffizienten (PCRC) in horizontaler Richtung ist.

Unter der gleichen Lithologie des Grundgesteins ändert sich der RC in horizontaler Richtung nicht mit der Tiefe und wird in Gl. (3) Ermittlung des Federelementsteifigkeitskoeffizienten des horizontalen Widerstands des Grundgesteins gegen die Schachtauskleidung.

Dabei ist d der Durchmesser der Wellenauskleidung, h der vertikale Abstand zwischen benachbarten Federn und L die Gesamtzahl der Federn in Umfangsrichtung der Welle.

Auf der Außenfläche des Schachtes im Oberbodensegment beträgt die Gesamtzahl der Federschichten von oben nach unten. Ausgehend von jeder Federschicht als Trennlinie wird die Welle in s-Segmente unterteilt. Die Summe der gestreuten horizontalen Widerstandskoeffizienten der Welle zwischen der ersten und zweiten Feder wird berechnet. Mit seiner mittleren Position als Abgrenzungspunkt entspricht die Summe der entsprechenden Widerstandskoeffizienten am oberen und unteren Teil jeweils der oberen bzw. unteren Feder. Der äquivalente Steifigkeitskoeffizient ist in den Gleichungen dargestellt. (4) und (5). Das schematische Diagramm der Federsteifigkeitskoeffizienten ist in Abb. 3 dargestellt.

Dabei ist \(m_{1}\) der PCRC in horizontaler Richtung auf der obersten Bodenschicht, \(z_{1}\) die Tiefe der ersten Federschicht.

Schematische Darstellung der Federsteifigkeitskoeffizienten.

Im Oberbodensegment entspricht die Widerstandswirkung der i-ten Segmentwelle den Steifigkeitskoeffizienten der Federn i und i + 1, wie in den Gleichungen dargestellt. (6) und (7). Das Äquivalenzprinzip ist dasselbe wie im ersten Teil, mit der Ausnahme, dass sich das Verteilungsgesetz der gestreuten horizontalen Widerstandskoeffizienten ändert.

wobei \(m_{j}\) der PCRC in horizontaler Richtung der j-ten Bodenschicht ist, \(z_{i}\) und \(z_{i + 1}\) die Tiefen der Federn des Bodens sind i bzw. i + 1 Schichten.

Durch die Kombination der obigen Formel erhält man schließlich die Federsteifigkeitskoeffizienten jeder Schicht im Oberboden, wie in Gleichung (1) dargestellt. (8).

Die Finite-Elemente-Modellanalyse ist ein wichtiges Mittel zur Untersuchung der GRD-Gesetze unter MSD. ANSYS ist eine umfassende und allgemeine Finite-Elemente-Analysesoftware. Es umfasst das SOLID65-Element, das speziell für Betonmaterialien entwickelt wurde und sich bei Betonkonstruktionen als äußerst praktisch erweist. APDL (ANSYS Parametric Design Language) kann problemlos Federelemente hinzufügen, um die Interaktion zwischen Welle und SRSM zu simulieren. Daher wird ANSYS verwendet, um ein vereinfachtes Finite-Elemente-Modell durch das Federelement zu erstellen.

Basierend auf den geometrischen Parametern des Zhangshuanglou-Hilfsschachts wird ein Finite-Elemente-Modell für die GRD-Analyse unter MSD erstellt, wie in Abb. 4 dargestellt, die Höhe beträgt 263 m, der Außenradius beträgt 4,45 m, der Abstand zwischen den Buntons beträgt 4 m , und die Länge des GR beträgt 12 m und der Abstand zwischen ihnen beträgt 4 mm. Um den Einfluss der Kombination von Gesteinsbodenmassen um den Schacht herum zu vermeiden, ist der Oberboden abwechselnd mit sandigem Ton und Ton angeordnet, und das Grundgestein besteht aus Sandstein und feinem Schluffstein. Die Höhe jeder Schicht beträgt 10 m und die Gesamthöhe des Oberbodens beträgt 60 m. GR und Bunton verwenden das gleiche Material. Es wird davon ausgegangen, dass es sich bei der Gesteinsbodenmasse, dem Schaft, dem GR und dem Bunton allesamt um lineare elastische Materialien handelt. Die Berechnungsparameter sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Finite-Elemente-Modell basierend auf dem Federelement von SRSM unter MSD.

Bei der Schachtauskleidung kommt ein integriertes SOLID65-Element zum Einsatz, in dem der Bewehrungsstab verteilt und die Brechfunktion ausgeschaltet ist. GR und Bunton verwenden das BEAM188-Element, seine Länge und Breite des Abschnitts betragen 0,2 m und die Dicke beträgt 10 mm. Der Verformungswiderstand des SRSM wirkt über vertikale und radiale Federelemente, die COMBIN39-Elemente sind und nur komprimiert werden, auf die Schachtauskleidung. Ein Ende des Federelements ist fixiert, das andere Ende ist mit dem Schaftauskleidungsknoten verbunden und sein Steifigkeitskoeffizient wird gemäß dem RC in Tabelle 1 ermittelt. Der Boden des Schafts übernimmt die feste Beschränkung und der MSD wird durch erreicht Auferlegen einer erzwungenen Verschiebungsrandbedingung für die Schachtauskleidung. Die Richtung entlang des Buntons ist als x-Achse definiert, die Richtung senkrecht zum Bunton ist die y-Achse, die positive Richtung ist von der Innenseite des Schafts weg, die Richtung entlang des Schafts ist als z-Achse definiert. Die positive Richtung verläuft vertikal nach oben und ihr Ursprung liegt in der Mitte der oberen Oberfläche. Die Tiefe der Oberfläche beträgt 0 m.

Aufgrund der Einschränkung der Feldproduktionsbedingungen sowie der Zufälligkeit und Unsicherheit der Art und Zeit der Bergbauschachtverformung ist es schwierig, die Feldtestbedingungen zu erfüllen. Die enorme Größe des Schafts führt zu einer großen Ähnlichkeitskonstante im maßstabsgetreuen Modelltest und verursacht die kleinen Querschnittsabmessungen von GR und Bunton im maßstabsgetreuen Modell, die nicht hergestellt und im maßstabsgetreuen Modell eingebaut werden können. Aus den oben genannten Gründen wird die Wirksamkeit des Federelements zur Vereinfachung der Interaktion zwischen Welle und SRSM durch die Berechnungsergebnisse des Festkörperelements überprüft.

Das auf dem Festkörperelement des SRSM basierende Finite-Elemente-Modell ist in Abb. 5 dargestellt und hat eine Größe von 100 × 100 × 263 m. Die umgebende Schnittstelle des SRSM wird durch die normale Verschiebung eingeschränkt, und die untere Oberfläche wird durch die feste Verschiebung eingeschränkt. Die übrigen Berechnungsparameter entsprechen denen des Federelement-Berechnungsmodells.

Finite-Elemente-Modell basierend auf dem Festkörperelement von SRSM.

Aufgrund der Symmetrie der aufgebrachten Last und des GR-Layouts sind die Verformungsgesetze des GR in verschiedenen Richtungen symmetrisch, sodass als Forschungsobjekt der einseitige GR in der negativen Richtung der x- und y-Achse ausgewählt wird. Auf die beiden Modelle wird jeweils die gleiche Kosinus-Verschiebungslast in x-Richtung angewendet, und das Berechnungsergebnis des GRD ist in Abb. 6 dargestellt. Die Verformung fällt grundsätzlich in x- und y-Richtung zusammen und das Verformungsgesetz ist dasselbe in z-Richtung ist nur die Amplitude unterschiedlich. Dieses Ergebnis zeigt die Genauigkeit des vereinfachten Finite-Elemente-Modells basierend auf Federelementen.

GRD unter verschiedenen Berechnungsmodellen.

Das auf Federelementen basierende Modell muss kein SRSM in voller Größe erstellen, und der Berechnungsmaßstab ist im Vergleich zum Volumenelement erheblich reduziert, was die Anforderungen an die Computerleistung erheblich reduziert und die Berechnungseffizienz erheblich verbessert, wie in Tabelle 2 gezeigt Die Anzahl der Gitter wird um das 16,5-fache und die Rechenzeit um das 9,7-fache reduziert. Darüber hinaus muss kein Kontakt zwischen Welle und SRSM hinzugefügt werden, was die Berechnungsschritte vereinfacht und die Erfolgsquote der Simulation verbessert. Die bei der Berechnung verwendeten Arbeitsplatzparameter sind in Tabelle 3 aufgeführt.

Das Wellenversuchsmodell ist in Abb. 7 dargestellt. Der Laser-Abstandssensor PT5070F ist auf einer Schiene mit einem Schieber montiert, der entlang dieser hin und her bewegt werden kann, um den GRD an verschiedenen Positionen zu messen. Die Verformungsdaten werden über die LabJackT4-Datenerfassungskarte an die LabVIEW-Datenerfassungsplattform übertragen, um die Datenaufzeichnung und Vorverarbeitung zu realisieren. Der Schaft besteht aus Gummi, das SRSM wird durch feinen Sand ersetzt und der Bunton und GR bestehen aus einer Aluminiumlegierung. Seine geometrischen Parameter sind in Tabelle 4 aufgeführt. Aufgrund der Größe der Schachtauskleidung und der Anordnung von Bunton und GR kann dieses Experiment den GRD im oberen 20-m-Bereich des Finite-Elemente-Modells verifizieren. Das experimentelle und das Federelementmodell der Welle weisen den gleichen Verformungstyp auf, und die GRD wird verglichen. Da die oben genannten Modelle nicht dem Ähnlichkeitssatz folgen, kann nur ein qualitativer Vergleich durchgeführt werden. Etwas Feinsand am Boden einer Seite des Schacht-Experimentmodells wird entfernt, und die Bewegung des oberen Feinsands treibt den Schacht an, um eine geneigte Verformung zu erzeugen. In der Zwischenzeit wird die Schrägverschiebungslast im Bereich von 20 m zum Federelementmodell hinzugefügt und die GRD-Berechnungsergebnisse verglichen.

Wellen-Versuchsmodell.

In Abb. 6a hat die GRD in horizontaler Richtung einen guten Nachführeffekt auf die Wellenverformung, und die GRD in dieser Richtung und ihre entsprechende Tiefe sind normalisiert, wie in Abb. 8 gezeigt. Die Wellenverformung am unteren Rand der beiden Modelle sind gegensätzlich und die Verformung im Experiment ist kleiner als die im Federelementmodell, was hauptsächlich auf die unterschiedlichen Einschränkungen am unteren Ende des Schafts zurückzuführen ist. Der Schaft des Versuchsmodells ist mit Bolzen am Edelstahlgefäß befestigt, was eine annähernd feste Beschränkung darstellt, während das Simulationsmodell nur eine Verschiebungslast auf den oberen lokalen Schaft ausübt und der Verformungsbereich sich bis zu einem gewissen Grad nach unten erstreckt, was dazu führt Erhöhung des Verformungswertes der unteren Führungsschiene. Der Gesamtverformungstrend des Federelementmodells stimmt jedoch mit dem experimentellen Modell überein. Die Verformung der Führungsschiene nimmt mit zunehmender Tiefe ab und geht mit der Wellenverformung einher. Die Amplitude der Wellenverformung nimmt mit zunehmender Tiefe zu. Es ist weiterhin bewiesen, dass das Federelementmodell eine wirksame Methode zur Analyse der GRD unter MSD ist.

Führungsschienenverformung des Federelements und Versuchsmodell.

MSD verursacht nicht nur GRD, sondern führt auch leicht zur Trennung zwischen Welle, Bunton und GR. Die GRD-Eigenschaften werden unter der normalen Verbindung zwischen ihnen, der Trennung der Welle vom Bunton und der Trennung des Buntons vom GR analysiert. Die Instabilität des Fördermittels wird hauptsächlich durch die horizontale Verformung des GR verursacht. Aus Abb. 6 ist ersichtlich, dass die horizontale Verformung der Führungsschiene in die gleiche Richtung wie die Wellenverformung eine gute Folge der Wellenverformung ist, stark mit dem Wellenverformungstrend korreliert und andere horizontale Richtungen relativ sind gering, daher liegt das Hauptaugenmerk auf der Verformungscharakteristik und dem Gesetz des GR, das der Wellenverformung in horizontaler Richtung entspricht. Da sich der Wirkungsmechanismus der vertikalen Kompressionsverformung des Schafts von anderen Verformungstypen unterscheidet, liegt der Schwerpunkt hauptsächlich auf der Neigung, Biegung, Versetzung und horizontalen Querschnittsverformung des Schafts.

Ausgehend von der Position −250 m ist der Schacht in positiver Richtung der x-Achse geneigt, und die Neigungsgeschwindigkeiten betragen 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 bzw. 1 mm/m. Die der x-Richtung entsprechende GRD ist in Abb. 9 dargestellt. Es lässt sich feststellen, dass die GRD ungefähr linear ist und im Wesentlichen mit der Wellenverformung übereinstimmt. Seine maximalen Verformungswerte betragen 49,1, 97,9, 146,5, 195,5 und 244,2 mm und sind im Vergleich zur Wellenneigungsverformung bis zu einem gewissen Grad reduziert. Der GR weist innerhalb einer bestimmten Tiefe von der oberen Oberfläche des Schachts sowohl eine lineare als auch eine schwankende Verformung auf. Die Periode der Fluktuationsverformung beträgt 4 m, was dem Abstand zwischen benachbarten Balken entspricht, und ihre Amplitude und ihr Verformungsbereich nehmen mit zunehmender Neigungsverformung zu. Der GR unterhalb der Startposition der Neigungsverformung erzeugt nur eine Fluktuationsverformung mit einer Periode von 4 m, und die Amplitude nimmt mit der Verschlimmerung der Neigungsverformung zu.

GRD in x-Richtung unter Neigung.

Der untere GR hat eine Dehnungswirkung auf den oberen Teil, aber die Stützwirkung des Buntons auf dem GR behindert die Dehnung, was zu einer umgekehrten Verformung des GR mit dem Bunton als Zentrum führt, wodurch die Schwankungsverformung im oberen Teil entsteht . Der GR über der Startposition der geneigten Verformung führt dazu, dass der untere Teil dazu neigt, sich zu neigen, und die Einschränkung des Buntons auf den GR schränkt diese Verformung ein, was zu einer schwankenden Verformung des unteren Teils führt. Mit der Verschlimmerung der Neigungsverformung nimmt der GRD grundsätzlich linear zu und die Amplitude und der Bereich der Schwankungsverformung nehmen zu, was eine gute Charakterisierungsbeziehung für die Art und den Grad der Neigungsverformung der Welle darstellt.

Um die Trennung zwischen Bunton, GR und Schacht bei geneigter Verformung repräsentativ zu machen, werden die Trennungspositionen im oberen, mittleren und unteren Teil des Schachts ausgewählt, die jeweils − 239, − 119, − 71 und − 11 m betragen. Abbildung 10 zeigt die Verformung des GR in x-Richtung bei geneigter Verformung, wenn der Bunton vom GR getrennt wird. In Abb. 10a ist die Verformung grundsätzlich dieselbe wie bei der normalen Verbindung, außer in der Nähe der Trennposition. In der Trennposition − 239 m ist es mit Höhen von 0,4, 1,8, 2,3, 4,3 bzw. 4,9 mm abgestuft. Sie nimmt mit zunehmender Neigungsverformung zu, und die Änderungsrate nimmt zunächst zu und dann ab. Die Trennposition wird durch die geneigte Verformung der Welle beeinflusst, und die akkumulierte Länge des GR darunter ist relativ klein, was zu einer relativ kleinen kumulierten Verformungsenergie des GR in der Nähe des unteren Teils der Trennposition, aber der Verformungsenergie führt im oberen Teil der Trennposition ist viel größer als im unteren Teil. Wenn der Bunton vom GR getrennt wird, wird die Verformungsenergie freigesetzt, so dass die Verformung des GR im oberen Teil der Trennposition größer ist als im unteren Teil, wodurch eine Stufenform entsteht.

GRD in x-Richtung unter Neigung, wenn Bunton vom GR getrennt wird.

Das Verformungsgesetz in der Nähe der getrennten Position bei – 119 und – 71 m ist grundsätzlich das gleiche, wie in Abb. 10b, c dargestellt, mit einer Sägezahnform, die Höhe nimmt mit der Verschlimmerung der geneigten Verformung zu und ihr Minimalwert beträgt 3,1 mm und der Maximalwert beträgt 9,4 mm. Da sich die Trennposition in der Mitte der Neigungsverformung der Welle befindet, ist der Unterschied in der akkumulierten Verformungsenergie in der Nähe des oberen und unteren Teils der Trennposition relativ gering, und die durch die Freisetzung der Verformungsenergie verursachte Verformung ist relativ gering im Prinzip gleich, hat also eine Sägezahnform. Wenn Bunton und GR bei −11 m getrennt werden, wie in Abb. 10d gezeigt, verformt sich der GR auf beiden Seiten der getrennten Position in umgekehrter Richtung und zeigt einen zweiseitigen Sägezahn. Der Spitze-zu-Spitze-Wert des Zwei-Wege-Sägezahns nimmt mit zunehmender Neigungsverformung zu, und der Mindestwert beträgt 9,8 mm und der Höchstwert 36,5 mm, was den von der Kohle vorgeschriebenen zulässigen Wert des GRD bei weitem übersteigt Bergwerkssicherheitsvorschriften. Die Streckung des oberen GR zum unteren führt dazu, dass der obere Bunton stark nach unten gestreckt wird und sich nach unten beugt. Wenn der obere Bunton vom GR getrennt wird, wird die Biegeverformung des Buntons an der getrennten Position stark aufgehoben, und die Verformung an anderen Positionen wird bis zu einem gewissen Grad reduziert, aber die Krümmung ist immer noch groß. Unter der Wirkung der Biegeverformung verformt sich GR zur Seite mit kleinerer Krümmung, also zur negativen x-Achsenrichtung, und bildet einen zweiseitigen Sägezahn. Durch die obige Analyse wurde festgestellt, dass die Verformungsgesetze von GR, die verschiedenen getrennten Positionen entsprechen, unterschiedlich sind. Der untere Teil ist gestuft, die Mitte ist sägezahnförmig und der obere Teil ist zweiseitig sägezahnförmig. Mit zunehmender Neigungsverformung nimmt auch die Verformungsamplitude zu. Die Trennposition in Bodennähe hat größere Auswirkungen auf die GRD und kann leicht zu Hebeunfällen führen.

Wenn der Bunton an verschiedenen Positionen vom Schaft getrennt wird, ist die Verformung des GR in x-Richtung unter Neigungsverformung in Abb. 11 dargestellt. Das GRD-Gesetz bleibt an den getrennten Positionen von −239, −119 und −71 m grundsätzlich unverändert und das gesamte GRD-Gesetz ist grundsätzlich das gleiche wie im normalen Verbindungszustand. Die Periode beträgt 8 m bei −11 m, wie in Abb. 11d dargestellt, und ist doppelt so groß wie der Abstand zwischen benachbarten Buntons, die Amplitude bleibt jedoch im Wesentlichen unverändert. Die Trennung zwischen der Welle und dem Bunton verliert ihre Stützwirkung auf den Bunton, die einschränkende Wirkung des getrennten Buntons auf den GR wird ungültig und der GR verformt sich unter der Wirkung des Intervallbuntons, was schließlich dazu führt, dass die Periode des GRD zunimmt an dieser Stelle ändern. Da die Stützwirkung des oberen Buntons auf den GR viel stärker ist als die des mittleren und unteren Teils, beeinflusst die obere Trennposition leicht die Führungsverformung. Die Trennung von Bunton und Welle hat weniger Einfluss auf den GRD als die Trennung von Bunton und GR, daher sollte auf den Verbindungszustand von Bunton und GR bei der geneigten Verformung der Welle geachtet werden.

GRD in x-Richtung unter Neigung, wenn Bunton vom Schaft getrennt wird.

Das − 140 bis − 120 m lange Segment der Welle wirkt auf die vorgegebene Biegeverformung in x-Richtung, die vom Kosinustyp ist, wobei die Amplituden abwechselnd 1, 2, 3, 4 und 5 mm betragen. Der GRD in x-Richtung ist in Abb. 12 dargestellt, es gibt eine annähernd symmetrische Biegung von − 146 bis − 119 m und die Verformungsbereiche sind (− 143,1, − 119,1), (− 147,1, − 119,1), (− 147,9, − 119,1), (− 148,7, − 119,1) und (− 149,8, − 119,1) m, die größer sind als der Biegeverformungsbereich der Welle. Der maximale Wert von GRD beträgt 0,99, 1,96, 2,93, 3,90 und 4,87 mm, die entsprechende Position beträgt – 130,2 m und ist die maximale Auslenkungsposition der Welle. Es gibt Unterschiede im GRD-Gesetz auf beiden Seiten der maximalen Auslenkung, die rechte Seite ist eine glatte Kurve und die linke Seite ist eine geneigte Stufenkurve. Die geneigte Stufenkurve ist hauptsächlich auf die Asymmetrie des Buntons in Bezug auf die maximale Auslenkungsposition der Welle zurückzuführen. Der Bunton, der der maximalen Auslenkungsposition der Welle am nächsten liegt, befindet sich auf seiner unteren Seite, die maximale Auslenkung von GR erscheint in der Nähe des Buntons unter seiner Wirkung, und die Abstandsbeziehung bewirkt die obige Wirkung auf der unteren Seite der maximalen Auslenkung der Welle viel größer sein als auf der Oberseite, so dass die Dämpfungsrate der Führungsverformung oberhalb der maximalen Auslenkungsposition der Welle relativ langsam ist. Dennoch erhöht die Wirkung des weiter oben angrenzenden Buntons seine Dämpfungsrate weiter und es nimmt die Stufenform an. Es besteht ein entsprechender Zusammenhang zwischen der GRD und der Biegeverformung der Welle. Mit zunehmender Amplitude der Biegeverformung der Welle vergrößern sich Amplitude und Bereich der Biegeverformung des GR und das Verformungsgesetz bleibt dasselbe. Es gibt die Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit des GRD zur Charakterisierung der Biegeverformung der Welle an.

GRD in x-Richtung unter Biegung.

GRD weist außerhalb eines bestimmten Abstands vom Biegebereich der Welle periodisch schwache Schwankungen auf, ihre Periode beträgt 4 m und ihre Amplitude ändert sich grundsätzlich nicht mit der Biegeverformung der Welle, was darauf hinweist, dass ihr Einfluss auf die GR begrenzt ist. Von – 119 bis – 106 m weist die Verformung im Allgemeinen einen umgekehrten Bogen auf, und ihre Amplitude ist größer als an anderen Positionen der Fluktuationsverformung und nimmt mit der Verschärfung der Wellenbiegeverformung zu. Die Einschränkung der Biegeverformung des GR durch den Bunton führt dazu, dass er einer Kraft in negativer x-Richtung ausgesetzt wird und den GR dazu bringt, sich innerhalb eines bestimmten Bereichs entlang der negativen x-Richtung zu bewegen, und schließlich tritt der umgekehrte Bogen auf. Die Schwankung wird hauptsächlich durch die einschränkende Wirkung von Bunton auf den GR verursacht. Die Wirkung der Schwerkraft führt dazu, dass sich der GR in vertikaler Richtung verformt, und die Einschränkungen begrenzen diese Verformung, wodurch sich die obere Hälfte des GR zwischen benachbarten Buntons entlang der negativen x-Richtung und die untere Hälfte entlang der positiven x-Richtung verformt , und das Gelenk weist die geringste Verformung auf und ist der Ausgangspunkt periodischer Schwankungen. Die maximale Amplitude der oben genannten Schwankungen beträgt nur 0,02 mm, die Vertikalität und Geradheit erfüllen die Anforderungen der GR-Installationsspezifikation und sind im Allgemeinen gerade, was die Rationalität der anfänglichen Verbindungsparameter von Bunton, GR und Schaft weiter unterstreicht.

Die Trennstellen sind − 11, − 47, − 83, − 107, − 119, − 131, − 143, − 155, − 179, − 215 und − 251 m der Reihe nach und befinden sich über die gesamte Biegestelle und auf beiden Seiten der Welle. Aufgrund des gleichen GRD-Gesetzes bei verschiedenen Graden der Biegeverformung der Welle wurde untersucht, dass die Biegeverformungsamplitude der Welle beim Trennen 1 mm beträgt. Abbildung 13 zeigt das GRD-Gesetz, wenn der Bunton unter Biegeeinwirkung vom GR getrennt wird. Der GR verformt sich in der getrennten Position in die entgegengesetzte Richtung und seine Amplitude beträgt 0,38 mm außerhalb des Bereichs der Wellenbiegeverformung, was etwa dem Siebenfachen der Amplitude der Schwankungsverformung entspricht. Die maximale Amplitude liegt bei − 119 m und beträgt etwa das 14-fache der Amplitude. Diese Trennposition befindet sich an der Verbindungsstelle der Biegeverformung der Welle, und der darunter liegende Bundon befindet sich im Wirkungsbereich der Biegeverformung der Welle, sodass der darunter liegende GR der oben genannten Wirkung ausgesetzt ist, was zu seiner ungewöhnlich ausgeprägten Amplitude führt. Die getrennte Position bei − 131 m liegt in der Mitte des Biegeverformungsbereichs des Schachts, der GR darüber erzeugt die umgekehrte Verformung und ihre Amplitude ist fünfmal so groß wie die Fluktuationsverformung, und die Verformung darunter ist grundsätzlich gleich wie bei der normalen Verbindung. Aufgrund der Biegeverformung des Schafts wird das Ende des benachbarten Buntons an der Trennposition zur Innenseite des Schafts hin gebogen, wodurch der Bunton in der Nähe der Trennposition nach unten gebogen wird und der untere GR im positiven x-Bereich gebogen wird. Richtung, und der obere GR wird in die entgegengesetzte Richtung verformt, was schließlich dazu führt, dass der GR an der getrennten Position zwischen dem Bunton und dem GR eine entgegengesetzte Verformung auftritt.

GRD in x-Richtung unter Biegung, wenn Bunton von GR getrennt wird.

Wenn der Bunton unter der Wirkung der Wellenbiegeverformung von der Welle getrennt wird, ist der GRD in Abb. 14 dargestellt. Wenn die Trennung außerhalb der Wellenbiegeverformung erfolgt, ändert sich die Periode der Schwankungsverformung an der Trennposition und wird 8 m, und die Amplitude ändert sich grundsätzlich nicht. Wenn sich die Trennposition bei − 119 m an der oberen Verbindungsstelle der Wellenbiegeverformung befindet, ist das GRD-Gesetz auf der Unterseite der Trennposition grundsätzlich dasselbe wie bei der normalen Verbindung. Die Verformung auf der Oberseite der Trennstellung erstreckt sich in die negative x-Richtung, was hauptsächlich auf die Biegewirkung des unteren GR in die positive x-Richtung und die umgekehrte Rückhaltewirkung des oberen GR in der Trennstellung zurückzuführen ist. Liegt die Trennstelle bei − 143 m am unteren Knotenpunkt, nimmt die Verformung auf der Oberseite in der Nähe der Trennstelle ab und nimmt auf der Unterseite zu. Der GR oberhalb dieser Trennposition befindet sich im Biegeverformungsbereich des Schaftes, er wirkt auf den GR mit einer Wirkkraft in positiver x-Richtung und erzeugt dadurch eine ziehende Wirkung auf den unteren GR in positiver x-Richtung. Der Bunton liegt an dieser Trennstelle außerhalb des Biegeverformungsbereiches der Welle. Wenn es sich um eine normale Verbindung handelt, erzeugt es eine negative x-Richtungsbeschränkung für den GR, um dessen Dämpfungsrate der Biegeverformung zu verlangsamen. Die obige Beschränkung wird im Trennungszustand beseitigt, was zu einer Erhöhung der Dämpfungsrate der GR-Biegeverformung führt. Dies führt zu einer Verringerung des oberen GRD in der Nähe der getrennten Position. und der Biegeverformungsbereich des GR und der darunter liegende Verformungswert nehmen zu.

GRD in x-Richtung unter Biegung, wenn Bunton von der Welle getrennt wird.

Wenn die Trennposition im Biegeverformungsbereich der Welle −131 m beträgt, ist das Verformungsgesetz in der Nähe der Trennposition im Wesentlichen das gleiche wie bei der normalen Verbindung, und Periode und Amplitude ändern sich nicht wesentlich. Wenn sich der getrennte Bunton im Biegeverformungsbereich des Schafts befindet und der benachbarte Bunton gleichzeitig eine starke Biegeverformungskraft auf den GR ausübt, ist sein Kraftzustand grundsätzlich auch dann, wenn ein einzelner Bunton vom GR getrennt wird unverändert, was im Wesentlichen zu keiner Änderung seines Verformungsgesetzes und seiner Amplitude führt. Wenn sich der getrennte Bunton außerhalb des Biegeverformungsbereichs der Welle befindet, ändert sich die GR-Verformungsperiode an der getrennten Position, aber die Amplitude ändert sich nicht. Wenn sich der getrennte Bunton an der Verbindungsstelle der Wellenbiegeverformung befindet, ändern sich gleichzeitig die Verformung und die Periode an der getrennten Position. Die Trennung zwischen Bunton und Schaft unter der Biegeverformung hat nur geringen Einfluss auf das Verformungsgesetz des GR, und die Verbindung zwischen Bunton und GR sollte im Mittelpunkt stehen.

Für eine gegebene Wellenversetzungsverformung in x-Richtung von − 130 bis − 90 m beträgt die Amplitude 1, 2, 3, 4 und 5 mm an der Versetzungsposition von − 130 m und wird 0 mm bei − 90 m und die Dämpfungsrate beträgt 0,025, 0,05, 0,075, 0,010 und 0,0125 mm/m. Der GRD unter Versetzungseinwirkung ist in Abb. 15 dargestellt. Die maximale Verformung des GR beträgt 0,94, 1,88, 2,82, 3,78 und 4,72 mm, und seine Position beträgt – 126,2 m, was höher ist als die Versetzungsposition des Schafts, aber seine Amplitude ist im Vergleich zur Versetzungsamplitude der Welle grundsätzlich unverändert. Der Abstand zwischen benachbarten Buntons macht es schwierig, mit der Position der Versetzungsverformung des Schafts übereinzustimmen, und der Versetzungsverformungseffekt wird über den Bunton auf den GR übertragen, sodass dieser Effekt dazu führt, dass die maximale Verformung des GR in der Nähe auftritt Bunton, und seine Position ist nach oben verschoben als die Luxationsposition des Schafts. Der Einflussbereich der Versetzungsverformung auf die GRD beträgt (− 143,5, − 88,3), (− 143,9, − 88,3), (− 146,7, − 88,3), (146,9, − 88,3) und (− 146,9, − 88,3) m , was viel größer ist als der Wirkungsbereich der Wellenversetzungsverformung. Der Schaft über der Versetzungsschnittstelle erzeugt einen Dehnungseffekt auf den unteren Teil, sein unterer Teil bewegt sich in die positive x-Richtung und erweitert den Schaftverformungsbereich, aber der Widerstand vom SRSM zum Schaft schränkt den Übertragungsbereich des oben genannten Effekts ein, was dazu führt, dass Dies führt dazu, dass der Verformungsbereich des GR viel größer ist als der Wirkungsbereich der Wellenversetzungsverformung. Auf beiden Seiten der maximalen Amplitude gibt es Unterschiede im Verformungsgesetz des GR. Die Oberseite zeigt den Abschwächungstrend der Neigungsverformung, und seine Abschwächungsrate ist im Wesentlichen die gleiche wie die Verformung der Wellenversetzung, begleitet von einer Fluktuationsverformung. Die Unterseite weist einen Trend zur Biegeverformung auf, und die Dämpfungsrate nimmt zunächst zu und dann ab, wenn sie sich von der maximalen Amplitude entfernt, was hauptsächlich durch die Folgeverformung des Schafts unterhalb der Versetzungsschnittstelle verursacht wird. Der der Schaftversetzung entsprechende GRD ist eine Kombination aus Neigung und Biegung. Mit zunehmender Versetzungsverformung nehmen die Steigung der geneigten Verformung von GR, die Krümmung der Biegeverformung und die maximale Amplitude zu, die sich offensichtlich von den Verformungsmerkmalen von GR unter Wellenbiegung oder -neigung unterscheiden, und es gibt eine gute Abbildungsbeziehung für die Schaftversetzung.

GRD in x-Richtung unter Versetzung.

Abbildung 16a zeigt die Verformung des GR in x-Richtung, wenn er unter der Wirkung der Schaftversetzung vom Bunton getrennt wird. Seine Position ist − 11, − 47, − 83, − 107, − 119, − 131, − 143. − 155, − 179, − 215 und − 251 m, und der GR in der getrennten Position erzeugt die entgegengesetzte Verformung. Der Spitze-zu-Spitze-Wert der entgegengesetzten Verformung außerhalb des Wellenversetzungsbereichs beträgt etwa 0,4 mm und entspricht etwa dem 20-fachen der Schwankungsverformung, die hauptsächlich durch die Aufhebung der Wechselwirkung zwischen GR und Bunton unter Einwirkung der Schwerkraft verursacht wird . Wenn die Trennung zwischen Bunton und GR im Wellenversetzungsbereich −107 und −119 m beträgt, beträgt der Spitze-zu-Spitze-Wert der entgegengesetzten Verformung 0,53 bzw. 0,57 mm, und sein Wert nimmt im Vergleich zu außerhalb des Wellenversetzungsbereichs weniger zu Deformationsbereich der Wellenversetzung. Darüber hinaus ist der Spitze-zu-Spitze-Wert an der Verbindungsstelle der Wellenbiegeverformung grundsätzlich derselbe wie außerhalb des Wellenversetzungsbereichs. Wenn der Bunton an verschiedenen Positionen vom Schaft getrennt wird, ist der GRD in Abb. 16b dargestellt. Die Verformung nimmt in der Nähe der Oberseite der getrennten Position von − 143 m ab, die Unterseite nimmt zu, und ihr Verformungsmechanismus ist der gleiche wie an dieser Position unter der Wirkung der Biegeverformung des Schafts, daher wird die Erklärung hier nicht wiederholt . Die Amplitude anderer nicht verbundener Positionen bleibt im Wesentlichen unverändert, und nur die Periode wird doppelt so groß wie die Schwankungsverformung. Das Verformungsgesetz ist im Grunde das gleiche wie bei der normalen Verbindung, mit Ausnahme der oben genannten Trennposition. Daher hat der Einfluss der Wellenversetzungsverformung auf den GR keine offensichtliche Abschwächung aufgrund der Trennung zwischen Bunton und GR.

GRD in x-Richtung unter Versetzung, wenn die Verbindung abnormal ist.

Die Welle des − 130 bis − 110 m langen Segments erzwingt eine bestimmte Verschiebung in x-Richtung, so dass ihr Querschnitt ungefähr elliptisch ist, die kurze Achse die x-Achse und die lange Achse die y-Achse ist und die Die Amplitude tritt am Schnittpunkt der Außenwand des Schafts und der x-Achse auf. Sie wird auf beiden Seiten entlang der y-Achse gleichmäßig gedämpft und beträgt am Schnittpunkt von Welle und y-Achse 0 mm, und die Dämpfungskurve ist kosinusförmig. Abbildung 17 zeigt die GRD, wenn die Amplituden der horizontalen Abschnittsänderung der Welle abwechselnd 1, 2, 3, 4 und 5 mm betragen. Der GRD von − 134,9 bis − 107,4 m wird hauptsächlich durch die Änderung des horizontalen Abschnitts beeinflusst, und das Intervall bleibt im Wesentlichen unverändert, wenn sich die Änderung des horizontalen Abschnitts verschärft. Die Verformung ist im Allgemeinen trapezförmig, der mittlere Abschnitt ist eine horizontale gerade Linie mit schwankender Verformung und der Übergangsbereich nimmt schnell ab, im Allgemeinen eine geneigte gerade Linie. Mit der Zunahme der Verformungsamplitude der horizontalen Abschnittsänderung zeigt der GRD von − 134,9 auf − 130,5 m das lokale Wölbungsphänomen, das mit der Verschärfung der oben genannten Verformung schwerwiegender wird. Das obige Phänomen tritt in der Nähe der Kreuzung der Wirkungs- und Einflusszone der horizontalen Abschnittsänderung auf. Der Bunton im Aktionsbereich folgt der Welle und verformt sich in positiver x-Richtung, und der GRD im betroffenen Bereich wird durch die horizontale Querschnittsänderung des Schafts weniger beeinflusst, und der Bunton im betroffenen Bereich hat eine starke einschränkende Wirkung auf die Führungsverformung im positive x-Richtung, und der GR im Aktionsbereich hat in dieser Position einen starken Dehnungseffekt auf den GR, der das lokale Wölbungsphänomen induziert.

GRD in x-Richtung unter horizontaler Abschnittsänderung.

Die Amplituden des GRD betragen 0,33, 0,70, 1,04, 1,38 und 1,73 mm, entsprechend jeder horizontalen Abschnittsänderung, und es handelt sich um eine große Dämpfung im Verhältnis zur Wellenverformung. Die Fluktuationsdeformationsamplitude von − 107,4 auf − 73,1 m nimmt mit der Verschärfung der horizontalen Abschnittsänderung zu, ihre Amplitude ist keine offensichtliche Änderungsregel von − 73,1 auf − 46,9 m und die Amplitude von − 46,9 auf 0 m nimmt ab. Das obige Phänomen wird hauptsächlich durch die starke Beschränkungswirkung des Buntons der Übergangszone auf den GR und die starke Dehnungswirkung des unteren GR auf den oberen Teil verursacht. Das Verformungsgesetz des GR ist bei unterschiedlicher Amplitude der horizontalen Querschnittsänderung der Welle grundsätzlich dasselbe, es gibt jedoch offensichtliche Unterschiede in der Amplitude, was eine gute entsprechende Beziehung zwischen der horizontalen Querschnittsänderung der Welle und dem Verformungsgesetz von besteht der GR.

Wenn der Bunton vom GR getrennt ist, ist seine Position − 11, − 47, − 83, − 107, − 119, − 131, − 143, − 179, − 215 und − 251 m, und der GRD ist in dargestellt Abb. 18a unter horizontaler Schnittveränderung. Es erzeugt die entgegengesetzte Verformung an der getrennten Position und sein Maximum von Spitze zu Spitze tritt in der Übergangszone der horizontalen Abschnittsänderung bei − 107 m auf und sein Wert beträgt 0,94 mm. Der nicht verbundene Bunton im Übergangsbereich befindet sich außerhalb der Schaftverformung und hat nur geringe Verformungswirkung auf den GR, und der Bunton unterhalb des Übergangsbereichs befindet sich im Schaftverformungsbereich und folgt der Schaftverformung, um den GRD anzutreiben, was eine verursacht Es besteht ein großer Kraftunterschied zwischen benachbarten Buntons, und der maximale Spitze-zu-Spitze-Wert erscheint. Im horizontalen Abschnittsänderungsbereich des Schachts bei − 119 m beträgt der Spitze-zu-Spitze-Wert 0,43 mm und sein Wert ist im Wesentlichen derselbe wie die Trennposition außerhalb des Aktionsbereichs der horizontalen Abschnittsänderung des Schachts. Die Trennung zwischen Bunton und GR im Übergangsbereich hat den größten Einfluss auf den GRD, was leicht zu einer abnormalen Verformung führen kann.

GRD in x-Richtung unter horizontaler Abschnittsänderung, wenn die Verbindung abnormal ist.

Abbildung 18b ist die GRD, die der Trennung zwischen Bunton und Schacht bei der horizontalen Querschnittsänderung des Schachts entspricht. Die Trennung außerhalb des Wirkungs- und Übergangsbereichs der Wellenverformung verändert nur die Schwankungsverformungsperiode in der Nähe der Trennungsposition und ihr Wert beträgt 8 m, und die Amplitude bleibt grundsätzlich unverändert. Im Einwirkungsbereich der Schachtverformung beträgt der maximale Spitze-zu-Spitze-Wert 1,12 mm bei der Trennstelle von − 119 m und der Spitze-zu-Spitze-Wert bei − 107 und − 131 m im oberen und unteren Übergangsbereich beträgt 0,57 bzw. 0,62 mm. Die Buntons auf beiden Seiten der Trennposition befinden sich im Wirkungsbereich der Wellenverformung und sind der Zugwirkung der Welle in positiver x-Richtung ausgesetzt, aber dem Bunton an der Trennposition fehlt der oben genannte Effekt, was schließlich dazu führt lokaler umgekehrter Bogen in der Nähe der Position. Das Verformungsprinzip des GR an der Trennstelle der Übergangszone ist das gleiche wie oben, mit der Ausnahme, dass sich eine Seite des Buntons in der Aktionszone und die andere Seite in der Übergangszone befindet. Der Effekt in der Übergangszone ist jedoch relativ schwach, was zu einem relativ niedrigeren Spitze-zu-Spitze-Wert führt. Wenn der Bunton vom GR oder Schacht getrennt wird, hat die horizontale Abschnittsänderung einen großen Einfluss auf den GRD, daher sollte auf den Verbindungszustand geachtet werden.

Um das GRD-Gesetz unter dem MSD zu untersuchen, wird die Berechnungsformel des Federsteifigkeitskoeffizienten abgeleitet, die die Wechselwirkung zwischen der Welle und dem SRSM vereinfacht, und das auf dem Federelement basierende Finite-Elemente-Berechnungsmodell für die Analyse erstellt Verformungsgesetz des GR unter MSD, und es werden folgende Schlussfolgerungen gezogen:

Das auf dem Federelement basierende Finite-Elemente-Berechnungsmodell kann die Interaktion zwischen Welle und SRSM besser simulieren. Im Vergleich zum Festkörpermodell sind die Berechnungsschritte einfach und der Berechnungsmaßstab stark reduziert, was die Effizienz der Simulationsanalyse erheblich verbessert.

Es gibt offensichtliche Unterschiede im Verformungsgesetz des GR bei verschiedenen MSD-Typen, es korreliert stark mit dem Wellenverformungstrend und hat eine starke Fähigkeit, die Wellenverformung zu charakterisieren. Beim gleichen MSD-Typ nimmt die GRD mit der Verschlimmerung der Wellenverformung deutlich zu, der GRD-Bereich wird im Gegensatz zur Wellenverformung erweitert und die Amplitude wird bis zu einem gewissen Grad abgeschwächt. Der Verformungsbereich unter der Versetzungswirkung weist die stärkste Ausdehnungsfähigkeit auf und die Amplitude weist unter der horizontalen Abschnittsänderung die schnellste Abklingrate auf.

Wenn der Bunton unter dem MSD vom GR getrennt wird, ist der GRD an der getrennten Position grundsätzlich ein Zwei-Wege-Sägezahn, und sein Spitze-zu-Spitze-Wert unterscheidet sich aufgrund der Trennposition und des MSD-Typs. Wenn der Bunton von der Welle getrennt wird, verdoppelt sich die Periode des GRD an der getrennten Position, sie hat im Wesentlichen keinen Einfluss auf die Amplitude, außer der horizontalen Abschnittsänderung. Im Vergleich zur Trennung von Bunton und GR hat dies weniger Auswirkungen, und es sollte auf den Verbindungszustand zwischen Bunton und GR geachtet werden.

Der Artikel untersucht nur das Verformungsgesetz des GR unter dem einzelnen MSD-Typ. Angesichts der kontinuierlichen Vertiefung des Schachts und der zunehmend komplexeren geologischen Bedingungen sollte das Verformungsgesetz des GR unter dem zusammengesetzten MSD-Typ weiter untersucht werden.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Jianlong Zhao, Chi Ma, Xingming Xiao und Yuqiang Jiang

School of Chemical Engineering and Technology, China University of Mining and Technology, Xuzhou, 221116, China

Jinna Han

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JZ und CM schrieben den Haupttext des Manuskripts und JH, XX und YJ bereiteten die Abbildungen vor. 1, 2 und 3. Alle Autoren haben das Manuskript überprüft.

Korrespondenz mit Chi Ma oder Jinna Han.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Zhao, J., Ma, C., Han, J. et al. Erforschung des Verformungsgesetzes an Führungsschienen unter der Einwirkung der Bergbauverformung im vertikalen Schacht des Bergwerks. Sci Rep 13, 5604 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-32767-2

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Eingegangen: 12. Oktober 2022

Angenommen: 02. April 2023

Veröffentlicht: 05. April 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-32767-2

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