The long-term stability of rock engineering is significantly affected by the time-dependent deformation behavior of rock, which is an important mechanical property of rock for engineering design. Although the hard rocks show small creep deformation, it cannot be ignored under high-stress condition during deep excavation. The inner mechanism of creep is complicated, therefore, it is necessary to investigate the relationship between microscopic creep mechanism and the macro creep behavior of rock. Microscopic numerical modeling of sandstone creep was performed in the investigation. A numerical sandstone sample was generated and Parallel Bond contact and Burger's contact model were assigned to the contacts between particles in DEM simulation. Sensitivity analysis of the microscopic creep parameters was conducted to explore how microscopic parameters affect the macroscopic creep deformation. The results show that the microscopic creep parameters have linear correlations with the corresponding macroscopic creep parameters, whereas the friction coefficient shows power function with peak strength and Young's modulus, respectively. Moreover, the microscopic parameters were calibrated. The creep modeling curve is in good agreement with the verification test result. Finally, the creep curves under one-step loading and multi-step loading were compared. This investigation can act as a helpful reference for modeling rock creep behavior from a microscopic mechanism perspective.
The double-lane arrangement model is frequently used in underground coal mines because it is beneficial to improve the mining efficiency of the working face. When the double-lane arrangement is used, the service time of the reserved roadway increases by twice, which causes several difficulties for the maintenance of the roadway. Given the severe non-uniform deformation of the reserved roadway in the Buertai Coal Mine, the stress distribution law in the mining area, the failure characteristics of roadway and the control effect of support resistance (SR) were systematically studied through on-site monitoring, FLAC 3D numerical simulation, mechanical model analysis. The research shows that the deformation and failure of the reserved roadway mainly manifested as asymmetrical roof sag and floor heave in the region behind the working face, and the roof dripping phenomenon occurred in the severe roof sag area. After the coal is mined out, the stress adjustment around goaf will happen to some extent. For example, the magnitude, direction, and confining pressure ratio of the principal stress at different positions will change. Under the influence of high-stress rotation, the plastic zone of the weak surrounding rock is expanded asymmetrically, which finally leads to the asymmetric failure of roadway. The existing roadway support has a limited effect on the control of the stress field and plastic zone, i.e., the anchor cable reinforcement cannot fully control the roadway deformation under given conditions. Based on obtained results, using roadway grouting and advanced hydraulic support during the secondary mining of the panel 22205 is proposed to ensure roadway safety. This study provides a reference for the stability control of roadway with similar geological conditions.
Instability of bolted rock mass has been a major hazard in the underground coal mining industry for decades. Developing effective support guidelines requires understanding of complex bolted rock mass failure mechanisms. In this study, the dynamic failure behavior, mechanical behavior, and energy evolution of a laboratory-scale bolted specimens is studied by conducting laboratory static-dynamic coupled loading tests. The results showed that: (1) Under static-dynamic coupled loading, the stress-strain curve of the bolted rock mass has a significant impact velocity (strain rate) correlation, and the stress-strain curve shows rebound characteristics after the peak; (2) There is a critical strain rate in a rock mass under static-dynamic coupled loading, and it decreases exponentially with increasing pre-static load level. Bolting can significantly improve the critical strain rate of a rock mass; (3) Compared with a no-bolt rock mass, the dissipation energy ratio of the bolted rock mass decreases exponentially with increasing pre-static load level, the ultimate dynamic impact energy and dissipation energy of the bolted rock mass increase significantly, and the increasing index of the ratio of dissipation energy increases linearly with the pre-static load; (4) Based on laboratory testing and on-site microseismic and stress monitoring, a design method is proposed for a roadway bolt support against dynamic load disturbance, which provides guidance for the design of deep underground roadway anchorage supports. The research results provide new ideas for explaining the failure behavior of anchorage supports and adopting reasonable design and construction practices.
The excavation broken zones (EBZ) of gateways is a significant factor in determining the stability of man-made opening. The EBZ of 55 gateways with variety geological conditions were measured using Ground Penetrating Radar (GPR). The results found that the greatly depth of EBZ, the smallest is 1.5 m and the deepest is 3.5 m. Experimental investigations were carried out in the laboratory and in the coal mine fields for applying the combined arch support theory to large EBZ. The studies found that resin bolts with high tensile strength and good bond force could provide high pretension force with bolt extensible anchorage method in the field. Furthermore, the recently invented torque amplifier could greatly improve the bolt pretension force in poor lithology. The FLAC3D numerical simulation found that the main diffusion sphere of pretension force was only in the free segment zone of the surrounding rock. Further analysis found that the initial load-bearing zone thickness of the combined arch structure in large EBZ could be expressed by the free segment length of bolt. The using of high mechanical property bolts and steel with high pretension force will clearly putting forward the bolt length selection rule based on the combined arch support theory.
When rock burst occurs, the damaged coal, rock and other fragments can be ejected to the roadway at a speed of up to 10 m/s. It is extremely harmful to personnel and mining equipment, and seriously affects the mining activities. In order to study the energy evolution characteristics, especially kinetic energy, in the process of rock mass failure, this paper first analyzes the energy changes of the rock in different stages under uniaxial compression. The formula of the kinetic energy of rock sample considering the energy from the indenter of the testing machine is obtained. Then, the uniaxial compression tests with different stiffness ratios of the indenter and rock sample are simulated by numerical simulation. The kinetic energy Ud, elastic strain energy Ue, friction energy Uf, total input energy U and surface energy Uθ of crack cracking are analyzed. The results show that: The stiffness ratio has influence on the peak strength, peak strain, Ud, Ue, Uθ, Uf and U of rock samples. The variation trends of strength, strain and energy with stiffness are different. And when the stiffness ratio increases to a certain value, if the stiffness of the indenter continues to increase, it will have no longer effect on the rock sample.
In this study, the thermal environment in a large scale coal mine located in Taebaek, Gangwondo was assessed by a field survey. In order to estimate the thermal environment, various heat stress indices such as WBGT, HSI, ESI, KATA index and effective temperature were investigated. Correlation analysis was also conducted. It was found that the thermal environment in most workplace was high. In particular, the correlation coefficient between HSI reflected in physiological fatigue characteristic and the maximum sweat evaporation heat was -0.834. This shows that the correlation coefficient have the most influence on HSI index. The factor which has the most influence on the maximum sweat evaporation heat is velocity of air. The thermal environment of high-depth coal mines is likely to be improved by installing a structure that enables the maximum prevention of extended digging, air doors, or the leakage of the inflow of air in the first shaft.
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.
Proceedings of the Korean Society for Rock Mechanics Conference
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2000.09a
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pp.183-193
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2000
A series of studies such as geological logging data analysis, detailed geological survey, rock mass evaluation, in-situ and laboratory tests, rock strength and mechanical properties of the rock were concerned. The stability of the slope were carried out inorder to design the pit slope and individual benches using the stereographic projection analysis and numerical methods in Roto Pit of Pasir coal fetid. The bedding plane was one of the major discontinuities in the Roto Pit and the dip of which is about $60^{\circ}$in the northern part and $83^{\circ}$in the southern part. The dip of bedding becomes steeper from north to south. The plane and toppling failures are presented in many slopes. In laboratory test the average uniaxial compressive strength of mudstone was 9 MPa and that of weak sandstone was 10 MPa. In-situ test showed that the rocks of Roto north mining area are mostly weak enough to be classified in grade from R2(weak) to R3(medium strong weak) and the coal is classified in grades from R1(Very weak) to R2(Weak). The detailed stability analysis were carried out on 4 areas of Roto north(east, west, south and north), and 2 areas of Roto south(east and west). In this paper, the minimum factor of safety was set to 1.2 which is a general criterion for open pit mines. Using the stereographic projection analysis and the limit equilibrium method, slope angles were calculated as 30~$36^{\circ}$for a factor of safety greater than 1.2. Then these results were re-evaluated by numerical analysis using FLAC. The final slope angles were determined by rational described abode. A final slope of 34 degrees can guarantee the stability for the eastern part of the Roto north area, 33 degrees for the western part, 35 degrees for the northern part and 35 degrees for the southern part. For the Roto south area, 36 degrees was suggested for both sides of the pit. Once the pit slope is designed based on the stability analysis and the safety measures. the stability of 니ope should be checked periodically during the mining operations. Because the slope face will be exposed long time to the rain fall, a study such aspreventive measures against weathering and erosion is highly recommended to be implemented.
Kwon, Joon Uk;Kim, Sun Myung;Kim, Yun Kwang;Jang, Yun Ho
Tunnel and Underground Space
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v.25
no.2
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pp.186-198
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2015
This paper aims for the ultimate goal to optimize the work place environment through assuring the optimal required ventilation rate based on the analysis of the airflow. The working environment is deteriorated due to a rise in temperature of a coal mine caused by increase of its depth and carriage tunnels. To improve the environment, the ventilation evaluation on J coal mine is carried out and the effect of a length of the tunnel on the temperature to enhance the ventilation efficiency in the subsurface is numerically analyzed. The analysis shows that J coal mine needs $17,831m^3/min$ for in-flow ventilation rate but the total input air flowrate is $16,474m^3/min$, $1,357m^3/min$ of in-flow ventilation rate shortage. The temperatures were predicted on the two developed models of J mine, and VnetPC that is a numerical program for the flowrate prediction. The result of the simulation notices the temperature in the case of developing all 4 areas of -425ML as a first model is predicted 29.30 at the main gangway 9X of C section and in the case of developing 3 areas of -425ML excepting A area as a second model, it is predicted 27.45 Celsius degrees.
Gangue filling in the goaf is an effective measure to control the surface subsidence. However, due to the obvious deformation of gangue compression, the filling effect deserves to be further studied. To this end, the deformation of coal gangue filling in the goaf is analyzed by theoretical analysis, large-scale crushed rock compression test, and field investigation. Through the compression test of crushed rock, the deformation behaviour characteristics and energy dissipation characteristics is obtained and analysed. The influencing factors of gangue filling and predicted amount of main deformation are summarized. Besides, the predicted equation and filling subsidence coefficients of gangue are obtained. The gangue filling effect was monitored by the movement observation of surface rock. Gangue filling can support the roof of the goaf, effectively control the surface subsidence with little influence on the ground villages. The premeter and equations of the main deformation in the gangue filling are verified, and the subsidence coefficient is further reduced by adding cemented material or fine sand. This paper provides a practical and theoretical reference for further development of gangue filling.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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