Yang, Xiaohan;Ren, Ting;Tan, Lihai;Remennikov, Alex
Geomechanics and Engineering
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제24권3호
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pp.205-213
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2021
Water infusion has long been taken as an effective way to eliminate coal burst risk as coal properties can be loosen and soften by water infusion. However, not all industrial trials of water infusion for coal burst prevention have been necessarily effective in all situations as the effectiveness of this method can be affected by water infusion time, coal properties and the parameters of water injection. Hence, some fundamental issues including the effects of water infusion time on burst propensity and energy evolution need to be further discussed. In this paper, four groups of coal specimens with 0 day, 5 days, 10 days, and 15 days water saturation time are tested under uniaxial compression load with the application of AE monitoring. To comprehensively compare the burst behavior of coal specimens under different water saturation time, stress-strain curves, AE counts, fragmentation characteristics and burst propensity of these groups are analyzed. It was found by this research that sufficient water saturation can mitigate the burst behavior of coal samples while insufficient water infusion might cannot reach the burst mitigation aims.
Jienan, Pan;Zhaoping, Meng;Quanlin, Hou;Yiwen, Ju;Guofu, Li
Geomechanics and Engineering
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제1권2호
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pp.143-154
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2009
Many factors influence occurrences of rock burst in coal mines, such as mining methods, control methods of the coal roof, lithological characteristics of the roof and floor, tectonic stress, groundwater and so on. Among those factors, lithological characteristics in the roof are the intrinsic controlling factors that affect rock burst during coal mining. Tangshan colliery is one of the coal mines that have suffered seriously from rock bursts in China. In this paper, based on the investigating the lithological characteristics of coal roofs and occurrence of rock bursts in Tangshan colliery, a numerical method is used to study the influence of roof lithological characteristics on rock burst potential. The results show that the lithological characteristics in the roof have an important impact on the distributions of stresses and elastic strain energy in coal seams and their surrounding rocks. Occurrences of rock bursts in this colliery have a close correlation with the thick-bedded, medium- to fine-grained sandstones in the roof. Such strata can easily cause severe stress concentration and accumulate enough energy to trigger rock bursts in the working face during mining operations.
Rock burst may cause serious casualties and property losses, and how to conduct effective monitoring and warning is the key to avoid this disaster. In this paper, we reviewed both the rock burst mechanism and the principle of using electromagnetic radiation (EMR) from coal rock to monitor and forewarn rock burst, and systematically studied EMR monitored data of 4 rock bursts of Qianqiu Coal Mine, Yima Coal Group, Co. Ltd. Results show that (1) Before rock burst occurrence, there is a breeding process for stress accumulation and energy concentration inside the coal rock mass subject to external stresses, which causes it to crack, emitting a large amount of EMR; when the EMR level reaches a certain intensity, which reveals that deformation and fracture inside the coal rock mass have become serious, rock burst may occur anytime and it's necessary to implement an early warning. (2) Monitored EMR indicators such as its intensity and pulses amount are well and positively correlated before rock bursts occurs, generally showing a rising trend for more than 5 continuous days either slowly or dramatically, and the disaster bursts generally occurs at the lower level within 48 h after reaching its peak intensity. (3) The rank of EMR signals sensitive to rock burst in a descending order is maximum EMR intensity > rate of change in EMR intensity > maximum amount of EMR pulses > rate of change in the amount of EMR pulses.
The roadways surrounded by rock and coal will lose their stability or even collapse under rock burst. Rock burst mainly involves an evolution of dynamic loading which behaves quite differently from static or quasi-static loading. To compare the dynamic response of coal and rocks with different static strengths, three different rocks and bituminous coal were selected for testing at three different dynamic loadings. It's found that the dynamic compression strength of rocks and bituminous coal is much greater than the static compression strength. The dynamic compression strength and dynamic increase factor of the rocks both increase linearly with the increase of the strain rate, while those of the bituminous coal are irregular due to the characteristics of multi-fracture and heterogeneity. Moreover, the absorbed energy of the rocks and bituminous coal both increase linearly with an increase in the strain rate. And the ratio of absorbed energy to the total energy of bituminous coal is greater than that of rocks. With the increase of dynamic loading, the failure degree of the sample increases, with the increase of the static compressive strength, the damage degree also increases. The static compassion strength of the bituminous coal is lower than that of rocks, so the number of small-scale fragments was the largest after bituminous coal rupture.
Samples composed of coal and rock show different mechanical properties of the pure coal or rock mass. For the same coal seam with different surrounding rocks, the frequency and intensity of rock burst can be significantly different in. First, a method of measuring the strain variation of coal in the coal-rock combined sample was proposed. Second, laboratory tests have been conducted to investigate the influences of rock lithologies, combined forms and coal-rock height ratios on the deformation and failure characteristics of the coal section using this method. Third, a new bursting liability index named combined coal-rock impact energy speed index (CRIES) was proposed. This index considers not only the time effect of energy, but also the influence of surrounding rocks. At last, a new approach considering the influences of roof and/or floor was proposed to evaluate the impact capability of coal seam. Results show that the strength and elastic modulus of coal section increase significantly with the coal-rock height ratio decreasing. In addition, the values of bursting liability indexes of the same coal seam vary greatly when using the new approach. This study not only provides a new approach to measuring the strain of the coal section in coal-rock combined sample, but also improves the evaluation system for evaluating the impact capability of coal.
Water affects the mechanical properties of coal and stress wave propagation. To comprehensively investigate the effect of water content on the properties of coal, laboratory tests including X-Ray Diffraction (XRD) analysis, P-wave test, S-wave test, static and dynamic compression test with different water contents were conducted. The compressive strength, elastic modulus and failure strain and their mechanism of coal specimen under coupled static-dynamic load with the increased water content were observed. Meanwhile, energy transmission and dissipation characteristics of a stress wave in coal specimens with different water contents under dynamic load and its relation with the failure features, such as fragmentation and fractal dimension, of coal was analyzed. Furthermore, the dynamic interpretation of water infusion to prevent coal burst based on water infusion model of coal seam roadway was provided.
In deep mining, the lateral deformation of strip coal pillar appears to be a new characteristic. In order to study the lateral deformation of coal-mass, a monitoring method and monitoring instrument were designed to investigate the lateral deformation of strip coal pillar in Tangkou Coalmine with the mining depth of over 1000 m. Because of without influence of repeated mining, the bedding sandstone roof is easy to break and the angle between maximum horizontal stress and the roadway is small, the maximum lateral deformation is only about 287 mm lower than the other pillars in the same coalmine. In deep mining, the energy accumulation and release cause a discontinuous damage in the heterogeneous coal-mass, and the lateral deformation of coal pillar shows discontinuity, step and mutation characters. These coal-masses not only show a higher plasticity but also the high brittleness at the same time, and its burst tendency is more obvious. According to the monitoring results and theoretical calculations, the yield zone of the coal pillar width is determined as 15.6 m. The monitoring results presented through this study are of great significance to the stability analysis and design of coal pillar.
The reliability of reinforced concrete structures is frequently compromised by the deterioration caused by reinforcement corrosion. Evaluating the effect caused by reinforcement corrosion on structural behaviour of corrosion damaged concrete structures is essential for effective and reliable infrastructure management. In lifecycle management of corrosion affected reinforced concrete structures, it is difficult to correctly assess the lifecycle performance due to the uncertainties associated with structural resistance deterioration. This paper presents a stochastic deterioration modelling approach to evaluate the performance deterioration of corroded concrete structures during their service life. The flexural strength deterioration is analytically predicted on the basis of bond strength evolution caused by reinforcement corrosion, which is examined by the experimental and field data available. An assessment criterion is defined to evaluate the flexural strength deterioration for the time-dependent reliability analysis. The results from the worked examples show that the proposed approach is capable of evaluating the structural reliability of corrosion damaged concrete structures.
In coal mining activities, the abutment stress of the coal has to undergo cyclic loading and unloading, affecting the strength and seepage characteristics of coal; additionally, it can cause dynamic disasters, posing a major challenge for the safety of coal mine production. To improve the understanding of the dynamic disaster mechanism of gas outburst and rock burst coupling, triaxial devices are applied to axial pressure cyclic loading-unloading tests under different axial stress peaks and different pore pressures. The existing empirical formula is use to perform a non-linear regression fitting on the relationship between stress and permeability, and the damage rate of permeability is introduced to analyze the change in permeability. The results show that the permeability curve obtained had "memory", and the peak stress was lower than the conventional loading path. The permeability curve and the volume strain curve show a clear symmetrical relationship, being the former in the form of a negative power function. Owing to the influence of irreversible deformation, the permeability difference and the damage of permeability mainly occur in the initial stage of loading-unloading, and both decrease as the number of cycles of loading-unloading increase. At the end of the first cycle and the second cycle, the permeability decreased in the range of 5.777 - 8.421 % and 4.311-8.713 %, respectively. The permeability decreases with an increase in the axial stress peak, and the damage rate shows the opposite trend. Under the same conditions, the permeability of methane is always lower than that of helium, and it shows a V-shape change trend with increasing methane pressures, and the permeability of the specimen was 3 MPa > 1 MPa > 2 MPa.
폐기물인 석탄바닥재와 준설토가 70 : 30(wt%)으로 혼합된 배치분말에 적니를 0~30 wt% 첨가하고 $1050{\sim}1250^{\circ}C$에서 10분 직화 소성하여 인공골재를 제조하고 그 물성을 평가하였다. 특히 인공골재의 발포특성에 미치는 적니 첨가량 효과를 분석하기 위해 비중 및 흡수율을 측정하고, 그 결과를 미세구조 결과와 연계하여 고찰하였다. 제조된 인공골재는 소성온도 및 적니 첨가량이 증가할수록 발포성이 향상되어 경량화 되는 특징을 나타내었다. $1050{\sim}1150^{\circ}C$ 범위로 소결된 대부분의 인공골재는 잘 형성된 블랙코어 구조를 가졌으나, 적니가 첨가되고 $1200^{\circ}C$ 이상으로 소결된 시편들은 $Fe_2O_3$의 환원에 의한 과량의 가스 방출 및 액상 형성으로 인하여 블랙코어 부분이 시편 표피를 뚫고 나오는 현상이 나타났다. 특히 적니 30 wt%를 함유한 시편은 $1100^{\circ}C$ 이상으로 소결하면 폭발되어 여러 조각으로 흩어졌다. 본 연구에서 $1200^{\circ}C$에서 소결된 시편의 부피비중은 적니가 첨가되지 않은 것은 1.2, 적니가 20 wt% 첨가된 것은 1.0 이하의 경량골재 특성을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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