The domestic mine development community the countermeasure establishment is insufficient about ground sinkage, not only the mine which is a in line is partial from the mine of the most which has become the rest mine and abandoned mine or the index sinkage occurs. The ground sinkage which occurs from the abandoned mine area most after operation is stopped, a long time passes and accurately predicts an occurrence location and a time with the residual sinkage which occurs, is difficult. Underground goaf of the abandoned mine and the closed shaft When considering the potentiality which causes the instability of ground, is a possibility of reaching a damage in the ground infrastructure or life. The underground shaft which is formed specially with mine development and goaf operates with the obstacle factor in the development project of the mine area, the ground sinkage which is caused by with sinkage, operates with the large safety accident occurrence factor where the important infrastructure of the railroad, road, residential area etc. is damaged. Therefore, In this paper, the goaf cave of the abandoned mine area, for the displacement behavior according to the filling factor of the material is to analyze the numerical analysis.
Yao, Lu;Ning, Jiang;Changxiang, Wang;Meng, Zhang;Dezhi, Kong;Haiyang, Pan
Geomechanics and Engineering
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제32권3호
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pp.245-254
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2023
Through qualitative analysis and quantitative analysis, the contradictory conclusions about the stability of the settled goaf with two-layer coal seams subject to building load were obtained. Therefore, it is necessary to combine the additional stress method and numerical simulation to further analyze the foundation stability. Through borehole analysis and empirical formula analogy, the height of water-conducting fracture zone in No.4 coal and No.9 coal were obtained, providing the calculation range of water-conducting fracture zone for numerical simulation. To ensure the accuracy of the elastic modulus of broken gangue, the stress-strain curve were obtained by broken gangue compression test in dried state of No.4 coal seam and in soaking state of No.9 coal seam. To ensure the rationality of the numerical simulation results, the actual measured subsidence data were retrieved by numerical simulation. FISH language was used to analyze the maximum building load on the surface and determine the influence depth of building load on the foundation. The critical building load was 0.16 MPa of No.4 settled goaf and was 1.6 MPa of No.9 settled goaf. The additional stress affected the water-conducting fracture zone obviously, resulted in the subsidence of water-conducting fracture zone was greater than that of bending subsidence zone. In this paper, the additional stress method was analyzed by numerical simulation method, which can provide a new analysis method for the treatment and utilization of the settled goaf.
Water-resisting key stratum (WKS) between coal seams is an important barrier that prevents water inrush from goaf in roof under multi-seam mining. The occurrence of water inrush can be evaluated effectively by analyzing the fracture of WKS in multi-seam mining. A "long beam" water inrush mechanical model was established using the multi-seam mining of No. 2+3 and No. 8 coal seams in Xiqu Mine as the research basis. The model comprehensively considers the pressure from goaf, the gravity of overburden rock, the gravity of accumulated water, and the constraint conditions. The stress distribution expression of the WKS was obtained under different mining distances in No. 8 coal seam. The criterion of breakage at any point of the WKS was obtained by introducing linear Mohr strength theory. By using the mechanical model, the fracture of the WKS in Xiqu Mine was examined and its breaking position was calculated. And the risk of water inrush was also evaluated. Moreover, breaking process of the WKS was reproduced with Flac3D numerical software, and was analyzed with on-site microseismic monitoring data. The results showed that when the coal face of No. 8 coal seam in Xiqu Mine advances to about 80 m ~ 100 m, the WKS is stretched and broken at the position of 60 m ~ 70 m away from the open-off cut, increasing the risk of water inrush from goaf in roof. This finding matched the result of microseismic analysis, confirming the reliability of the water inrush mechanical model. This study therefore provides a theoretical basis for the prevention of water inrush from goaf in roof in Xiqu Mine. It also provides a method for evaluating and monitoring water inrush from goaf in roof.
In this paper, simulation tests were conducted with similar materials to study the distribution of residual voids in longwall goaf. Short-time step loading was used to simulate the obvious deformation period in the later stage of arch breeding. Long-time constant loading was used to simulate the rheological stage of the arch forming. The results show that the irregular caving zone is the key area of old goaf for the subsidence control. The evolution process of the stress arch and fracture arch in stope can be divided into two stages: arch breeding stage and arch forming stage. In the arch breeding stage, broken rocks are initially caved and accumulated in the goaf, followed by the step deformation. Arch forming stage is the rheological deformation period of broken rocks. In addition, under the certain loads, the broken rock mass undergoes single sliding deformation and composite crushing deformation. The void of broken rock mass decreases gradually in short-time step loading stage. Under the water lubrication, a secondary sliding deformation occurs, leading to the acceleration of the broken rock mass deformation. Based on above research, the concept of equivalent height of residual voids was proposed, and whose calculation equations were developed. Finally, the conceptual model was verified by the field measurement data.
In the process of mining closely spaced coal seams, the problem of roadway arrangement in lower coal seams has long been a concern. By means of mechanical model calculation and numerical simulation postprocessing, the distribution of the stress deviator below the floor of a goaf and the evolution of the stress deviator in the vertical and horizontal directions are studied under the influence of horizontal stress. The results of this theoretical study and numerical simulation show that the stress deviator decreases exponentially with increasing depth from the floor below the coal side. With the increase in the horizontal stress coefficient λ, the stress deviator concentration area shifts. The stress deviator is concentrated within 10 m below the goaf and 15 m laterally from the coal side; thus, the magnitude of the surrounding rock stress deviator should be considered when planning the construction of a roadway in this area.
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.
The coal wall, gob-side backfill, and gangues in goaf, constitute the support system for Gob-side entry retaining (GER) in coal mines. Reasonably allocating and utilizing their bearing capacities are key scientific and technical issues for the safety and economic benefits of the GER technology. At first, a mechanical model of GER was established and a governing equation for coordinated bearing of the coal-backfill-gangue support system was derived to reveal the coordinated bearing mechanism. Then, considering the bearing characteristics of the coal wall, gob-side backfill and gangues in goaf, their quantitative design methods were proposed, respectively. Next, taking the No. 2201 haulage roadway serving the No. 7 coal seam in Jiangjiawan Mine, China, as an example, the design calculations showed that the strains of both the coal wall and gob-side backfill were larger than their allowable strains and the rotational angle of the lateral main roof was larger than its allowable rotational angle. Finally, flexible-rigid composite supporting technology and roof cutting technology were designed and used. In situ investigations showed that the deformation and failure of surrounding rocks were well controlled and both the coal wall and gob-side backfill remained stable. Taking the coal wall, gob-side backfill and gangues in goaf as a whole system, this research takes full consideration of their bearing properties and provides a quantitative basis for design of the support system.
이 연구에서는 폐탄광 지역에서 발생하는 지반침하와 지하 채굴적 사이의 상관성을 지질, 지하구조, 탄층의 심도와 두께, 지하갱도의 분포 측면에서 분석하고자 하였다. 연구대상 지역은 강원도 삼척시 삼척탄전에 속하며, 채굴적 특성을 고려하지 않은 기존의 연구에서 수치지질도, 수치갱내도, 현장조사보고서 자료와 GIS의 공간분석기법을 적용하여 지반침하 취약성이 높게 분석된 지역에 해당된다. 연구지역에 대한 수치지질도 및 지반안정성 조사 보고서를 기반으로 연구지역내에서 지반침하가 관측된 지역의 분포, 지표 및 지하의 지질구조와 탄층의 분포현황을 분석하였고, 수치갱내도 자료를 이용하여 지하 갱도의 심도 및 중첩분포 현황을 분석하였다. 연구결과, 지표의 암석 강도 저하, 얕은 심도와 두꺼운 층후의 함탄층 존재가 지반침하 발생과 밀접한 관련이 있는 것으로 분석되었다. 또한, 다수의 중첩된 갱도의 분포 및 얕은 심도의 지하 갱도 존재, 단층의 존재 역시 지반침하발생에 영향을 주는 주요인으로 확인되었다. 지반침하 위험지역을 정량적으로 예측함에 있어, 연구결과로 나타난 지반침하 관련 요인을 추가로 데이터베이스화하여 폐탄광 지역별로 적합한 지반침하예측 모델을 구축한다면 폐탄광 지역의 지반침하위험 예측 및 예방에 매우 효과적일 것으로 판단된다.
우리나라는 1980년까지 광물 지하자원 개발을 활발히 수행하였으나 이후 생산원가 대비 사업성이 크게 줄어들면서 많은 수의 폐광산이 발생되었다. 그 중 대부분은 광산개발 중단 후 오랜 시간이 지나 잔류성 침하가 발생할 가능성이 높은 상태에 있다. 하지만 그 발생 시기와 위치를 정확히 예측하기는 어려움이 있다. 따라서, 본 연구에서는 실제 지반침하가 발생한 사례를 분석하여 연속체 수치해석을 통해 지반침하의 발생 위치나 규모에 대한 예측 가능성을 살펴보고자 한다. 연구지역은 양산단층과 모량단층 사이에 위치하여 이들에 규제받는 ○○광산 지역이며, 이 지역에서는 2005~2009년에 걸쳐 3회의 지반침하가 발생된 바 있다. 지반침하지를 대상으로 시추조사 및 전기비저항 탐사를 수행하여 지층의 분포를 파악하였고, 실내시험을 통해 수치해석 시 적용되는 지반의 물리·역학적 특성을 파악하였다. 수치해석 결과 소성영역이 실제 지반침하 범위를 포함하는 형태로 나타나 연속체 해석으로도 채굴적에 의한 침하지 발생 위치 및 규모를 예측하는데 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
The reasonable setting of coal pillar width plays a key role in guaranteeing the steadiness of surrounding rock of fully mechanized caving gateroad driving along the next goaf. Based on the engineering background of the Bayangaole mine, the discrete element method was used to simulate the fracture evolution of coal pillars with different pillar widths. The results show that the damage rate of the coal pillar increases with the decrease in the width of the coal pillar. Once the coal pillar width is smaller than 6 m, cracks run through the coal pillar, and the coal pillar is completely damaged. In the middle of the coal pillar, which has a width of 6 m and above, there is a relatively complete area with low damage. The results show that the pillar width of 6 m is the most appropriate. Field tests prove that the reserved width of a 6 m small coal pillar can effectively control the surrounding rock deformation, ensuring the overall steadiness of the gateroad in the thick coal seam. It is hoped that this study will offer some reference for the determination of the reasonable size of the coal pillar.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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