Jienan, Pan;Zhaoping, Meng;Quanlin, Hou;Yiwen, Ju;Guofu, Li
Geomechanics and Engineering
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v.1
no.2
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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.
The characteristics of a rock joint which influence the stability of rock mass structures such as cut slopes and tunnels are largely controlled by the conditions of the rock joint as well as its boundary conditions. The conditions of rock joints comprise asperity strength, roughness, and filling materials. Boundary conditions can be represented by assuming that the deformability(or stiffness) of the rock mass surrounding the joints is modelled by a spring with stiffness. A new direct shear apparatus was developed in this study, which adapts a servo control system using PID algorithm. This apparatus can be used to investigate the various aspects of shear characteristics of the rock joints at conditions of constant normal stress and constant normal stiffness and so on. The test results for saw-cut teeth joints show that shear strength should be evaluated by considering its specific boundary conditions far the design of tunnels and cut slopes.
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.
Rock fragmentation with plasma blasting technique has advantageous properties in contrast to the conventional blasting method in controlling of flying rocks and ground vibrations, when residents are complaining or surrounding structures stay in protection from blasting operations. The experiences show in urban construction works that the plasma blasting is the most possible method to prevent damages and minimize adverse environmnetal impacts. The fragmentation energy level is evaluated by numerical simulation using PFC-2D for various drill hole pattern and tested accordingly to get the feasibility. The energy output of plasma blasting system has been improved to a level of 1 MJ, which can break a 2~3 ㎥ granite boulder or 1.5 m height bench face. Measurements are carried out to get the ground vibration level and propagation equation, so that the control of the blasting operations can be performed more precisely and safely.
Jiang Bei;Xu Shuo;Wang Qi;Xin Zhong Xin;Wei Hua Yong;Ma Feng Lin
Steel and Composite Structures
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v.51
no.2
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pp.117-126
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2024
There are many challenges in the construction of large-section tunnels, such as extremely soft rock and fractured zones. In order to solve these problems, the confined concrete support technology is proposed to control the surrounding rocks. The large-scale laboratory test is carried out to clarify mechanical behaviours of the combined confined concrete and traditional I-steel arches. The test results show that the bearing capacity of combined confined concrete arch is 3217.5 kN, which is 3.12 times that of the combined I-steel arch. The optimum design method is proposed to select reasonable design parameters for confined concrete arch. The parametric finite element (FE) analysis is carried out to study the effect of the design factors via optimum design method. The steel pipe wall thickness and the longitudinal connection ring spacing have a significant effect on the bearing capacity of the combined confined concrete arch. Based on the above research, the confined concrete support technology is applied on site. The field monitoring results shows that the arch has an excellent control effect on the surrounding rock deformation. The results of this research provide a reference for the support design of surrounding rocks in large-section tunnels.
Analysing the incompatible deformation and damage evolution around the tunnels in mixed strata is significant for evaluating the tunnel stability, as well as the interaction between the support system and the surrounding rock mass. To investigate this issue, confined compression tests were conducted on upper-soft and lower-hard strata specimens containing a circular hole using a rock testing system, the physical mechanical properties were then investigated. Then, the incompatible deformation and failure modes of the specimens were analysed based on the digital speckle correlation method (DSCM) and Acoustic Emission (AE) data. Finally, numerical simulations were conducted to explore the damage evolution of the mixed strata. The results indicate that at low inclination angles, the deformation and v-shaped notches inside the hole are controlled by the structure plane. Progressive spalling failure occurs at the sidewalls along the structure plane in soft rock. But the transmission of the loading force between the soft rock and hard rock are different in local. At high inclination angles, v-shaped notches are approximately perpendicular to the structure plane, and the soft and hard rock bear common loads. Incompatible deformation between the soft rock and hard rock controls the failure process. At inclination angles of 0°, 30° and 90°, incompatible deformations are closely related to rock damage. At 60°, incompatible deformations and rock damage are discordant due that the soft rock and hard rock alternately bears the major loads during the failure process. The failure trend and modes of the numerical results agree very well with those observed in the experimental results. As the inclination angles increase, the proportion of the shear or tensile damage exhibits a nonlinear increase or decrease, suggesting that the inclination angle of mixed strata may promote shear damage and restrain tensile damage.
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.
Rock fragmentation with plasma blasting technique has advantageous properties in contrast to the conventional blasting method controlling of flying rocks and ground vibrations, when residents are complaining or surrounding structures stay in protection from blasting operations. The experiences show in urban construction works that the plasma blasting is the most possible method to prevent damages and minimize adverse environmental impacts. The fragmentation energy level is evaluated by numerical simulation using PFC for various drill hole patterns and tested accordingly to get the feasibility. The energy output of plasma blasting system has been improved to a level of 1 MJ, which can break a 2-3 ㎥ granite boulder or 1.5m height bench face. Measurements are carried out to get the ground vibration level and propagation equation, so that control of the blasting operations can be performed more precisely and safely.
Rock fragmentation with plasma blasting technique has advantageous properties in contrast to the conventional blasting method in controlling of flying rocks and ground vibrations when residents are complaining or surrounding structures stay in protection from blasting operations. The experiences show in urban construction works that the plasma blasting is the most possible method to prevent damages and minimize adverse environmental impacts. The fragmentation energy level is evaluated by numerical simulation using PFC for various drill hole pattern and tested accordingly to get the feasibility. The energy output of plasma blasting system has been improved to a level of 1 MJ, which can break a $2-3m^3$ granite boulder or 1.5m height bench face. Measurements are carried out to get the ground vibration level and propagation equation. So that the control of the blasting operations can be performed more precisely and safely.
The bearing capacity of roadside support is the key problem in gob-side entry retaining technology. To study the cooperative bearing characteristics of the roof-roadside support-floor along the gob-side entry retaining, a mechanical model of the composite structure of the roof-roadside support-floor was first established. A method for determining the structural parameters of gob-side entry retaining was then proposed. Based on this model, adaptability analysis of roadside support was carried out. The results showed that the reasonable width of the gob-side entry roadway was inversely proportional to the mining height, and directly proportional to the bearing strength of the roof and floor. And the reasonable width of the "flexible-hard" roadside support was directly proportional to its own strength, and inversely proportional to the width of the gob-side entry retaining. When determining the position and size of the roadside support along the gob-side entry retaining, the surrounding rock environment should be fully considered. Measured results from case study also show the rationality of the model and calculation method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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