Strength characteristics of roof rock-coal composite samples with different height ratios under uniaxial loading

• Autorzy: Yin Dawei , Chen Shaojie , Sun Xizhen , Jiang Ning

Identyfikatory

DOI

10.24425/ams.2019.128685

Warianty tytułu

PL

Charakterystyka wytrzymałościowa próbek kompozytowych składających się z warstw węgla i materiału skalnego o różnej wysokości pod wpływem obciążeń jednoosiowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

An uniaxial compression mechanical model for the roof rock-coal (RRC) composite sample was establi-shed in order to study the effects of height ratio of roof rock to coal on the structural strength of composite sample. The composite sample strengths under different height ratios were established through stress and strain analysis of the sample extracted from the interface. The coal strength near the interface is enhanced and rock strength near the interface weakened. The structural strength of composite sample is synthetically determined by the strengths of rock and coal near and far away from the interface. The area with a low strength in composite sample is destroyed firstly. An analytical model was proposed and discussed by conducting uniaxial compression tests for sandstone-coal composite samples with different height ratios, and it was found that the structural strength and elastic modulus decrease with a decrease in height ratio. The coal strengths far away from the interface determine the structural strengths of composite sample under different height ratios, which are the main control factor for the structural strength in this test. Due to its lowest strength, the rock near the interface first experienced a tensile spalling failure at the height ratio of 9:1, without causing the structural failure of composite sample. The coal failure induces the final failure of composite sample.

PL

Model mechaniczny modelu stropu w postaci próbek kompozytowych składających się z węgla i materiału skalnego pod działaniem obciążeń jednoosiowych został opracowany w celu zbadania wpływu stosunku wysokości warstwy stropu skalnego do warstwy węgla na wytrzymałość próbki kompozytowej. Wytrzymałość na ściskanie próbek kompozytowych dla różnych wielkości stosunku wysokości warstw określono na podstawie badania naprężeń i odkształceń próbek pobranych ze strefy kontaktu węgiel-skała. Wytrzymałośćwęgla w pobliżu strefy kontaktowej wzrasta podczas gdy wytrzymałość warstwy skalnej w tym rejonie jest zredukowana. Wytrzymałość próbki kompozytowej określana jest poprzez analizę wytrzymałości warstw węgla i warstw skały w pobliżu a także w pewnej odległości od strefy kontaktowej. W pierwszej kolejności zniszczeniu ulegnie część próbki kompozytowej o zmniejszonej wytrzymałości. Zaproponowano model analityczny i przeprowadzono dyskusję wyników otrzymanych na podstawie testów ściskania jednoosio-wego próbki składającej się z węgla i piaskowca o różnym stosunku wysokości ich warstw. Stwierdzono, że wytrzymałość oraz wartość modułu sprężystości maleje wraz z malejącym stosunkiem wysokości warstw. Wytrzymałość węgla w znacznej odległości od strefy kontaktowej determinuje całkowitą wytrzymałośćpróbki kompozytowej dla różnych stosunków ich wysokości, a stosunek wysokości ich warstw okazuje się być głównym czynnikiem decydującym o wytrzymałości próbki. Z uwagi na najniższą wytrzymałość, warstwa skalna zalegająca najbliżej strefy kontaktu w pierwszej kolejności podległa rozwarstwieniu wskutek rozciągania, przy stosunku wysokości warstw 9:1, nie powodując jednak uszkodzenia próbki kompozytowej. Uszkodzenie warstwy węgla z kolei, prowadzi do całkowitego zniszczenia próbki kompozytowej.

Słowa kluczowe

EN

strength characteristics; roof rock-coal (RRC) composite sample; height ratio of roof rock to coal; RRC interface; uniaxial compression test

PL

charakterystyka wytrzymałościowa; strop modelowany jako próbka kompozytowa węgla i materiału skalnego; stosunek wysokości warstwy węgla do skały; strefa kontaktowa; test ściskania jednoosiowego

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 64, no. 2
• Strony: 307--319
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., fot., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Yin Dawei

• State Key Laboratory of Mine Disaster Prevension and Control, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590

autor

Chen Shaojie

• State Key Laboratory of Mine Disaster Prevension and Control, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590

autor

Sun Xizhen

• State Key Laboratory of Mine Disaster Prevension and Control, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590

autor

Jiang Ning

• State Key Laboratory of Mine Disaster Prevension and Control, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590

Bibliografia

• [1] Chen S.J., Yin D.W., Jiang N., Wang F., Guo W.J., 2019. Simulation study on effects of loading rate on uniaxial compression failure of composite rock-coal layer. Geomechanics & Engineering 17, 4, 333-342.
• [2] Chen S.J., Yin D.W., Cao F.W., Liu Y., Ren K.Q., 2016. An overview of integrated surface subsidence-reducing technology in mining areas of China. Natural Hazards 81, 2, 1129-1145.
• [3] Chen S.J., Guo W.J., Zhou H., Shen B.T., Liu J.B., 2014. Field investigation of long-term bearing capacity of strip coal pillars. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 70, 9, 109-114.
• [4] Chen S.J., Yin D.W., Zhang B.L., Ma H.F., Liu X.Q., 2017. Study on mechanical characteristics and progressive failure mechanism of roof-coal pillar structure body. Chinese Journal of Rock Mechanics & Engineering 36, 7, 1588-1598.
• [5] Guo D.M., Zuo J.P., Zhang Y., Yang R.S., 2011. Research on strength and failure mechanism of deep coal-rock combination bodies of different inclined angles. Rock & Soil Mechanics 32, 5, 1333-1339.
• [6] Liu J., Wang E.Y., Song D.Z., Wang S.H., Niu Y., 2015. Effect of rock strength on failure mode and mechanical behavior of composite sample. Arabian Journal of Geosciences 8, 7, 4527-4539.
• [7] Liu Q., Nie W., Hua Y., Peng H.T., Liu Z.Q., 2018. The effects of the installation position of a multi-radial swirling air-curtain generator on dust diffusion and pollution rules in a fully-mechanized excavation face: A case study. Powder Technology 329, 371-385.
• [8] Poulsen B.A., Shen B., Williams D.J., Huddlestone-Holmes C., Erarslan N., Qin J., 2014. Strength reduction on saturation of coal and coal measures rocks with implications for coal pillar strength. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 71, 71, 41-52.
• [9] Singh A.K., Singh R., Maiti J., Kumar R., Mandal P.K., 2011. Assessment of mining induced stress development over coal pillars during depillaring. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 48, 5, 805-818.
• [10] Tan Y.L., Wu S.L., Yin Z.D., Nin J.G., 2007. Ground pressure and strata control. China Coal Industry Publishing House, Beijing of China.
• [11] Tan X.S., Xian X.F., Deng D.F., Zha Y.Z., 1994. Theory and application of compound rock mass mechanic. Coal Industry Publishing House, Beijing of China.
• [12] Yin D.W., Chen S.J., Xing W.B., Huang D.M., Liu X.Q., 2018a. Experimental study on mechanical behavior of roof-coal pillar structure body under different loading rates. Journal of China Coal Society 43, 5, 1249-1257.
• [13] Yin D.W., Chen S.J., Liu X.Q., Ma H.F., 2018b. Effect of joint angle in coal on failure mechanical behavior of roof rockcoal combined body. Quarterly Journal of Engineering Geology & Hydrogeology 51, 2, 202-209.
• [14] Zuo J.P., Pei J.L., Liu J.F., Peng R.D., Li Y.C., 2011a. Investigation on acoustic emission behavior and its time-space evolution mechanism in failure process of coal-rock combined body. Chinese Journal of Rock Mechanics & Engineering 30, 8, 1564-1570.
• [15] Zuo J.P., Xie H.P., Meng B.B., Liu J.F., 2011b. Experimental research on loading-unloading behavior of coal-rock combination bodies at different stress levels. Rock & Soil Mechanics 32, 5, 1287-1296.
• [16] Zuo J.P., Xie H.P., Wu A.M., Liu J.F., 2011c. Investigation on failure mechanisms and mechanical behaviors of deep coal-rock single body and combined body. Chinese Journal of Rock Mechanics & Engineering 30, 1, 84-92.
• [17] Zhao T.B., Guo W.Y., Lu C.P., Zhao G.M., 2016. Failure characteristics of combined coal-rock with different interfacial angles. Geomechanics & Engineering 11, 3, 345-359.
• [18] Zhao Z.H., Ma Q., Tan Y.L., Gao X.J., 2019. Load transfer mechanism and reinforcement effect of segmentally yieldable anchorage in weakly consolidated soft rock. Simulation-Transactions of the Society for Modeling & Simulation International 95, 1, 83-96.
• [19] Zhao Z.H., Wang W.M., Dai C.Q., Yan J.X., 2014. Failure characteristics of three-body model composed of rock and coal with different strength and stiffness. Transactions of Nonferrous Metals Society of China 24, 5, 1538-1546.
• [20] Zhao Z.H., Wang W.M., Wan L.H., Dai C.Q., 2015. Compression-shear strength criterion of coal-rock combination model considering interface effect. Tunnelling & Underground Space Technology 47, 193-199.