The evolution of the mining-induced fracture network formed during longwall top coal caving (LTCC) has a great influence on the gas drainage, roof control, top coal recovery ratio and engineering safety of aquifers. To reveal the evolution of the mining-induced stress and fracture network formed during LTCC, the fracture network in front of the working face was observed by borehole video experiments. A discrete element model was established by the universal discrete element code (UDEC) to explore the local stress distribution. The regression relationship between the fractal dimension of the fracture network and mining stress was established. The results revealed the following: (1) The mining disturbance had the most severe impact on the borehole depth range between approximately 10 m and 25 m. (2) The distribution of fractures was related to the lithology and its integrity. The coal seam was mainly microfractures, which formed a complex fracture network. The hard rock stratum was mainly included longitudinal cracks and separated fissures. (3) Through a numerical simulation, the stress distribution in front of the mining face and the development of the fracturing of the overlying rock were obtained. There was a quadratic relationship between the fractal dimension of the fractures and the mining stress. The results obtained herein will provide a reference for engineering projects under similar geological conditions.
The high positive correlation between plastic strain of loaded coal-rock and AE (acoustic emission) characteristic parameter was studied and proved through AE experiment during coal-rock uniaxial compression process. The results show that plastic strain in the whole process of uniaxial compression can be gained through the experiment. Moreover, coal-rock loaded process can be divided into four phases through analyzing the change of the plastic strain curve : pressure consolidation phase, apparent linear elastic phase, accelerated deformation phase, rupture and development phase, which corresponds to conventional elastic-plastic change law of loaded coal-rock. The theoretical curve of damage constitutive model is in high agreement with the experimental curve. So the damage evolution law of coal rock damage can be indicated by both acoustic emission and plastic strain. The results have great academic and realistic significance for further study of both AE signal characteristics during loaded coal-rock damaged process and the forecasting of coal-rock dynamic disasters.
This study was conducted to describe the characteristics of Non-point source (NPS) Pollution discharge from a coal mining area in Korea. The study areas is located on the Dogye site, Samchuk, Kangwon Province Coal Corporation and the Jangsung site, Taebaek, Kangwon Province Coal Corporation. The monitoring system was installed at a drainage channel and water samples and rainfall events were collected during March 2008 to February 2009. The collected water samples were analyzed with respect to SS, BOD, $COD_{Cr}$, $COD_{Mn}$, T-N, T-P, and TOC, respectively. It was observed that the runoff and water quality were largely influenced by mine drainage. Also a significant relationship was observed from the correlation between flow and water quality, flow and NPS. And estimated Event Mean Concentration (EMC), NPS pollution loads were Dogey coal mine and Taeback coal mine respectively. As the study progresses in the future, runoff and pollution loads will be updated.
The mechanical behaviour and stability of coal mining engineering underground is significantly affected by ground water. In this study, nuclear magnetic resonance imaging (NMRI) technique was employed to determine the water distribution characteristics in coal specimens during saturation process, based on which the functional rule for water distribution was proposed. Then, using discrete element method (DEM), an innovative numerical modelling method was developed to simulate water-weakening effect on coal behaviour considering moisture content and water distribution. Three water distribution numerical models, namely surface-wetting model, core-wetting model and uniform-wetting model, were established to explore the water distribution influences. The feasibility and validity of the surface-wetting model were further demonstrated by comparing the simulation results with laboratory results. The investigation reveals that coal mechanical properties are affected by both water saturation coefficient and water distribution condition. For all water distribution models, micro-cracks always initiate and nucleate in the water-rich area and thus lead to distinct macro fracture characteristics. With the increase of water saturation coefficient, the failure of coal tends to be less violent with less cracks and ejected fragments. In addition, the core-wetting specimen is more sensitive to water than specimens with other water distribution models.
The stability of the roof rock-coal pillar-floor rock composite structure is of great significance to coal mine safety production. The cracks existing in the composite structure seriously affect the stability of the roof rock-coal pillar-floor rock composite structure. The numerical simulation tests of rock-coal-rock composite structures with different crack characteristics were carried out to reveal the composite structures' mechanical properties and failure mechanisms. The test results show that the rock-coal-rock composite structure's peak stress and elastic modulus are directly proportional to the crack angle and inversely proportional to the crack length. The smaller the crack angle, the more branch cracks produced near the main control crack in the rock-coal-rock composite structure, and the larger the angle between the main control crack and the crack. The smaller the crack length, the larger the width of the crack zone. The impact energy index of the rock-coal-rock composite structure decreases first and then increases with the increase of crack length and increases with the increase of crack angle. The functional relationships between the different crack characteristics, peak stress, and impact energy index are determined based on the sensitivity analysis. The determination of the functional relationship can fully grasp the influence of the crack angle and the crack length on the peak stress and impact energy index of the coal-rock composite structure. The research results can provide a theoretical basis and guidance for preventing the instability and failure of the coal pillar-roof composite structure.
Based on the literature statistical method, the paper publication status of the isolated working face and the distribution of the rockburst coal mine were obtained. The numerical simulation method is used to study the stress distribution law of working face under different mining range. In addition, based on the similar material simulation test, the overlying strata failure modes and the deformation characteristics of coal pillars during the mining process of the isolated working face with thick-hard key strata are analyzed. The research shows that, under the influence of the key strata, the overlying strata formation above the isolated working face is a long arm T-type spatial structure. With the mining of the isolated working face, a series of damages occur in the coal pillars, causing the key strata to break and inducing the rockburst occurs. Combined with the mechanism of rockburst induced by the dynamic and static combined load, the source of dynamic and static load on the isolated working face is analyzed, and the rockburst monitoring methods and the prevention and control measures are proposed. Through the above research, the occurrence probability of rockburst can be effectively reduced, which is of great significance for the safe mining of deep coal mines.
The stability of deep coal roadways with large sections and thick top coal is a typical challenge in many coal mines in China. The innovative Universal Discrete Element Code (UDEC) trigon block is adopted to create a numerical model based on a case study at the Dongtan coal mine in China to better understand the failure mechanism and stability control mechanism of this kind of roadway. The failure process of an unsupported roadway is simulated, and the results suggest that the deformation of the roof is more serious than that of the sides and floor, especially in the center of the roof. The radial stress that is released is more intense than the tangential stress, while a large zone of relaxation appears around the roadway. The failure process begins from partial failure at roadway corners, and then propagates deeper into the roof and sides, finally resulting in large deformation in the roadway. A combined support system is proposed to support roadways based on an analysis of the simulation results. The numerical simulation and field monitoring suggest that the availability of this support method is feasible both in theory and practice, which can provide helpful references for research on the failure mechanisms and scientific support designing of engineering in deep coal mines.
With the coal mining depth increasing, both stress and gas pressure rapidly enhance, causing coal and gas outburst risk to become more complex and severe. The conventional method for prediction of coal and gas outburst adopts one prediction index and corresponding critical value to forecast and cannot reflect all the factors impacting coal and gas outburst, thus it is characteristic of false and missing forecasts and poor accuracy. For the reason, based on analyses of both the prediction indicators and the factors impacting coal and gas outburst at the test site, this work carefully selected 6 prediction indicators such as the index of gas desorption from drill cuttings Δh2, the amount of drill cuttings S, gas content W, the gas initial diffusion velocity index ΔP, the intensity of electromagnetic radiation E and its number of pulse N, constructed the Bayes discriminant analysis (BDA) index system, studied the BDA-based multi-index comprehensive model for forecast of coal and gas outburst risk, and used the established discriminant model to conduct coal and gas outburst prediction. Results showed that the BDA - based multi-index comprehensive model for prediction of coal and gas outburst has an 100% of prediction accuracy, without wrong and omitted predictions, can also accurately forecast the outburst risk even for the low indicators outburst. The prediction method set up by this study has a broad application prospect in the prediction of coal and gas outburst risk.
Preventing water seepage and inrush into mines where close multiple-seam longwall mining is practiced is a challenging issue in the coal-rich Ordos region, China. To better protect surface (or ground) water and safely extract coal from seams beneath an aquifer, it is necessary to determine the height of the mining-induced fractured zone in the overburden strata. In situ investigations were carried out in panels 20107 (seam No. $2-2^{upper}$) and 20307 (seam No. $2-2^{middle}$) in the Gaojialiang colliery, Shendong Coalfield, China. Longwall mining-induced strata movement and overburden failure were monitored in boreholes using digital panoramic imaging and a deep hole multi-position extensometer. Our results indicate that after mining of the 20107 working face, the overburden of the failure zone can be divided into seven rock groups. The first group lies above the immediate roof (12.9 m above the top of the coal seam), and falls into the gob after the mining. The strata of the second group to the fifth group form the fractured zone (12.9-102.04 m above the coal seam) and the continuous deformation zone extends from the fifth group to the ground surface. After mining Panel 20307, a gap forms between the fifth rock group and the continuous deformation zone, widening rapidly. Then, the lower portion of the continuous deformation zone cracks and collapses into the fractured zone, extending the height of the failure zone to 87.1 m. Based on field data, a statistical formula for predicting the maximum height of overburden failure induced by close multiple seam mining is presented.
It is normal to observe the presence of numerous cracks in coal body. And it has significantly effective on the mechanical characteristics and realistic failure models of coal mass. Therefore, this paper is to investigate the influence of crack parameters on coal body by comprehensive using theoretical analysis, laboratory experiments and numerical simulation through prepared briquette specimens. Different from intact coal body possessing single peak in stress-strain curve, other specimens with crack angle can be illustrated to own double peaks. Moreover, the unconfined compressive strength (UCS) of specimens decreases and follow by increasing with the increase of crack angle. It seems to like a parabolic shape with an upward opening. And it can be demonstrated that the minimum UCS is obtained in crack angle $45^{\circ}$. In terms of failure types, it is interesting to note that there is a changing trend from tensile failure to tensile-shear mixing failure with tension dominant follow by shear dominant with the increase of crack angle. However, the changing characteristics of UCS and failure forms can be explained by elastic-plastic and fracture mechanics. Lastly, the results of numerical simulations are good consistent with the experimental results. It provides experimental and theoretical foundations to reveal fracture mechanism of coal body with non-penetrating single crack further.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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