Rockburst disasters pose serious threat to mining safety and underground excavation, especially in China, resulting in massive life-wealth loss and even compulsive closed-down of some coal mines. To investigate the mechanism of rockbursts that occur under a state of static forces, a stress model with sidewall as prototype was developed and verified by a group of laboratory experiments and numerical simulations. In this model, roadway sidewall was simplified as a square plate with axial compression and end (horizontal) restraints. The stress field was solved via the Airy stress function. To track the "closeness degree" of the stress state approaching the yield limit, an unbalanced force F was defined based on the Mohr-Coulomb yield criterion. The distribution of the unbalanced force in the plane model indicated that only the friction angle above a critical value could cause the first failure on the coal in the deeper of the sidewall, inducing the occurrence of rockbursts. The laboratory tests reproduced the rockburst process, which was similar to the prediction from the theoretical model, numerical simulation and some disaster scenes.
Jinhai Zhao;Weilong Zhu;Wenbin Sun;Changbao Jiang;Hailong Ma;Hui Yang
Geomechanics and Engineering
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v.38
no.3
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pp.215-229
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2024
Because of the various patterns of deep-water inrush and complicated mechanisms, accurately predicting mine water inflows is always a difficult problem for coal mine geologists. In study presented in this paper, the water inrush channels were divided into four basic water diversion structures: aquifer, rock fracture zone, fracture zone and goaf. The fluid flow characteristics in each water-conducting structure were investigated by laboratory tests, and multistructure and multisystem coupling flow analysis models of different water-conducting structures were established to describe the entire water inrush process. Based on the research of the water inrush flow paths, the analysis model of different water inrush space structures was established and applied to the prediction of mine water inrush inflow. The results prove that the conduction sequence of different water-conducting structures and the changing rule of permeability caused by stress changes before and after the peak have important influences on the characteristics of mine water-gushing. Influenced by the differences in geological structure and combined with rock mass RQD and fault conductivity characteristics and other mine exploration data, the prediction of mine water inflow can be realized accurately. Taking the water transmitting path in the multistructure as the research object of water inrush, breaking through the limitation of traditional stratigraphic structure division, the prediction of water inflow and the estimation of potentially flooded area was realized, and water bursting intensity was predicted. It is of great significance in making reasonable emergency plans.
How to safely and economically dispose mining tailings is a challenge to mine operators. This paper presents an alternative upstream method for tailings dam construction, termed as the template construction method (TCM), which has been successfully implemented at Zhelamuqing tailings impoundment since 2004. By the beginning of 2015, the tailings dam wall had reached 95 m in height for the 46 upstream raises, with the total height of the dam including the starter dyke being 128 m. The proposed TCM is relatively simple and cost-effective and provides a good way for constructing rapidly raising tailings dam based on this case.
In order to analyze the healing effectiveness of rock salt cracks affected by the applied stresses and time, we used the ultrasonic technology to monitor the ultrasonic pulse velocity (UPV) variations for different initial stress-damaged rock salts during self-healing experiments. The self-healing experiments were to create different conditions to improve the microcracks closure or recrystallized, which the self-healing effect of damaged salt specimens were analyzed during the recovery period about 30 days. We found that: The ultrasonic pulse velocity of the damaged rock salts increases rapidly during the first 9 days recovery, and the values gradually increase to reach constant values after 30 days. The damaged value and the healed value were identified based on the variation of the wave velocity. The damaged values of the specimens that are subject to higher initial damage stress are still keeping in large after 30 days recovery under the same recovery condition It is interesting that the damage and the healing were not in the linear relationship, and there also existed a damage threshold for salt cracks healing ability. When the damage degree is less than the threshold, the self-healing ratio of rock salt is increased with the increase in damage degree. However, while the damage degree exceeds the threshold, the self-healing ratio is decreased with the increase in damage.
Dawei Yin;Zhibin Lu;Zongxu Li;Chun Wang;Xuelong Li;Hao Hu
Geomechanics and Engineering
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v.38
no.2
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pp.125-137
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2024
In paste backfill mining, cemented coal gangue-fly ash backfill (CGFB) can effectively utilize coal-based solid waste, such as gangue, to control surface subsidence. However, given the pressurized water accumulation environment in goafs, CGFB is subject to coupling effects from water pressure and chloride ions. Therefore, studying the influence of pressurized water on the chlorine salt erosion of CGFB to ensure green mining safety is important. In this study, CGFB samples were soaked in a chloride salt solution at different pressures (0, 0.5, 1.5, and 3.0 MPa) to investigate the chloride ion transport characteristics, hydration products, micromorphology, pore characteristics, and mechanical properties of CGFB. Water pressure was found to promote chloride ion transfer to the CGFB interior and the material hydration reaction; enhance the internal CGFB pore structure, penetration depth, and chloride ion content; and fill the pores between the material to reduce its porosity. Furthermore, the CGFB peak uniaxial compression strain gradually decreased with increasing soaking pressure, whereas the uniaxial compressive strength first increased and then decreased. The resulting effects on the stability of the CGFB solid-phase hydration products can change the overall CGFB mechanical properties. These findings are significant for further improving the adaptability of CGFB for coal mine engineering.
Chen, Jie;Du, Chao;Jiang, Deyi;Fan, Jinyang;He, Yi
Geomechanics and Engineering
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v.10
no.3
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pp.325-334
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2016
Rock salt is a near-perfect material for gas storage repositories due to its excellent ductility and low permeability. Gas storage in rock salt layers during gas injection and gas production causes the stress redistribution surrounding the cavity. The triaxial cyclic loading and unloading tests for rock salt were performed in this paper. The elastic-plastic deformation behaviour of rock salt under cyclic loading was observed. Rock salt experienced strain hardening during the initial loading, and the irreversible deformation was large under low stress station, meanwhile the residual stress became larger along with the increase of deviatoric stress. Confining pressure had a significant effect on the unloading modulus for the variation of mechanical parameters. Based on the theory of elastic-plastic damage mechanics, the evolution of damage during cyclic loading and unloading under various confining pressure was described.
A rotating magnetic field (RMF) ${\Phi}_1-{\Phi}_2$ model was developed in consideration of the skin effect. The rotating magnetic field's induced three-dimensional flow was simulated numerically, and the influence of the skin effect was investigated. The rotating magnetic field drives the rotating convection in the azimuthal direction, and a secondary convection appears in the radial-meridional direction. The results indicate that ignoring the skin effect results in a smaller azimuthal velocity component and larger radial and axial velocity components, and that the deviation becomes more obvious with the larger dimensionless shielding parameter K.
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.
The roof-filling body system stability plays a key role in gob-side entry retained (GER). Taking the GER of the 1103 belt transportation roadway in Heilong Coal Mine as engineering background, stability analysis of roof-filling body system was conducted based on the cusp catastrophe theory. Theoretical results showed that the current design parameters of 1103 belt transportation roadway could ensure the roof-filling body system stable during the resistance-increasing support stage of the filling body and the stable support stage of the filling body. Moreover, a verified global numerical model in FLAC3D was established to analyze the failure characteristics including surrounding rock deformation, stress distribution, and plastic zone. Numerical simulation indicated that the width-height ratio of the filling body had a great influence on the stability of the roof-filling body system. When the width-height ratio was greater than 0.62, with the decrease of the width-height ratio, the peak stress of the filling body gradually decreased; when the width-height ratio was greater than 0.92, as the distance to the roadway increased, the roof stress increased and then decreased. The theoretical analysis and numerical simulation findings in this study provide a new research method to analyze the stability of the roof-filling body system in GER.
The permeability coefficient is an essential parameter for the study of seepage flow in fractured rock mass. This paper discusses the feasibility and application value of using readily available RQD (rock quality index) data to estimate mine water inflow and grouting quantity. Firstly, the influence of different fracture frequencies on permeability in a unit area was explored by combining numerical simulation and experiment, and the relationship between fracture frequencies and pressure and flow velocity at the monitoring point in fractured rock mass was obtained. Then, the stochastic function generation program was used to establish the flow analysis model in fractured rock mass to explore the relationship between flow velocity, pressure and analyze the universal law between fracture frequency and permeability. The concepts of fracture width and connectivity are introduced to modify the permeability calculation formula and grouting formula. Finally, based on the on-site grouting water control example, the rock mass quality index is used to estimate the mine water inflow and the grouting quantity. The results show that it is feasible to estimate the fracture frequency and then calculate the permeability coefficient by RQD. The relationship between fracture frequency and RQD is in accordance with exponential function, and the relationship between structure surface frequency and permeability is also in accordance with exponential function. The calculation results are in good agreement with the field monitoring results, which verifies the rationality of the calculation method. The relationship between the rock mass RQD index and the rock mass permeability established in this paper can be used to invert the mechanical parameters of the rock mass or to judge the permeability and safety of the rock mass by using the mechanical parameters of the rock mass, which is of great significance to the prediction of mine water inflow and the safety evaluation of water inrush disaster management.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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