Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Experimental study of the strip coal pillar models failure with different roof and floor conditions

Qu Xiao, Chen Shaojie, Yin Dawei, Liu Shiqi

Archives of Mining Sciences

|

2021

|

Vol. 66, no. 3

475--490

EN

In order to study the failure mechanism and characteristics for strip coal pillars, a monitoring device for strip coal pillar uniaxial compression testing was developed. Compression tests of simulated strip coal pillars with different roof and floor rock types were conducted. Test results show that, with increasing roof and floor strength, compressive strength and elastic modulus of “roof-strip coal pillar-floor” combined specimens increase gradually. Strip coal pillar sample destruction occurs gradually from edge to the interior. First macroscopic failure occurs at the edge of the middle upper portion of the specimen, and then develops towards the corner. Energy accumulation and release cause discontinuous damage in the heterogeneous coal-mass, and the lateral displacement of strip coal pillar shows step and mutation characters. The brittleness and burst tendency of strip coal pillar under hard surrounding rocks are more obvious, stress growth rate decreases, and the rapid growth acoustic emission (AE) signal period can be regarded as a precursor for instability in the strip coal pillar. The above results have certain theoretical value for understanding the failure law and long-term stability of strip coal pillars.

2

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

Yin Dawei, Chen Shaojie, Sun Xizhen, Jiang Ning

Archives of Mining Sciences

|

2019

|

Vol. 64, no. 2

307--319

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.

3

Simulation study on strength and failure characteristics of coal-rock composite sample with coal persistent joint

Yin Dawei, Chen Shaojie, Chen Bing, Xia Zhiguo

Archives of Mining Sciences

|

2019

|

Vol. 64, no. 3

609--623

EN

Dynamic Mine disasters can be induced by the instability and failure of a composite structure of rock and coal layers during coal mining. Coal seam contains many native defects, severely affecting the instability and failure of the compound structure. In this study, the effects of coal persistent joint on the strength and failure characteristics of coal-rock composite samples were evaluated using PFC2D software. The results show that with the increase of included angle α between the loading direction and joint plane direction, the uniaxial compressive stress (UCS) and peak strain of composite samples first decrease and then gradually increase. The elastic moduli of composite samples do not change obviously with α. The peak strain at α of 45° is the lowest, and the UCS at α of 30° is the smallest. This is inconsistent with theoretical analysis of lowest UCS at α of 45°. This is because that the local stress concentration caused by the motion inconformity of composite samples may increase the average axial stress of upper wall in PFC2D software. Moreover, the coal persistent joint promotes the transformation from the unstable crack expansion to the macro-instability of composite samples, especially at α of 30° and 45°. The majority of failures for composite samples occur within the coal, and no obvious damage is observed in rock. Their failure modes are shear failure crossing or along the coal persistent joint. The failure of composite sample at α of 30° is a mixed failure, including the shear failure along the persistent joint in coal and tensile failure of rock induced by the propagation of coal persistent joint.

PL

Niekorzystne zjawiska dynamiczne w kopalniach mogą być wywołane przez niestabilność i pękanie struktur kompozytowych złożonych z warstw węgla i materiałów skalnych w trakcie eksploatacji górniczej. W złożu węgla ujawnić się mogą liczne defekty wewnętrzne, które w poważnym stopniu rzutują na stabilność i wytrzymałość złożonej struktury. W pracy tej zbadano wpływ spoistości węglu (występowania powierzchni łupliwości) na charakterystykę wytrzymałościową próbki kompozytowej złożonej z węgla i skały z wykorzystaniem oprogramowania PCF 2D. Wyniki symulacji wskazują, że wraz ze wzrostem kąta α pomiędzy kierunkiem działania obciążenia a płaszczyzną łupliwości, jednoosiowe naprężenie ściskające oraz maksymalne odkształcenie próbki kompozytowej w pierwszym etapie zmniejszą się, a następnie zaczną stopniowo wzrastać. Moduł sprężystości próbek kompozytowych nie ulega zmianie wraz ze zmianą kąta α. Maksymalne odkształcenie będzie najmniejsze dla kąta α równego 45°, z kolei jednoosiowe naprężenie ściskające zarejestrowane dla 30° okaże się najniższe. Wyniki te nie wykazują zgodności z wynikami analiz teoretycznych, przewidujących iż najniższe wartości jednoosiowego naprężenia ściskającego powinny wystąpić dla kąta 45°. Dzieje się tak dlatego, że lokalne koncentracje naprężeń wskutek odmienności zachowania poszczególnych składników próbki w trakcie ruchu powodować mogą wzrost średniego naprężenia osiowego ściany górnej, co uwzględnia model z wykorzystaniem oprogramowania PFC 2D. Ponadto, istnienie ciosu i płaszczyzn łupliwości sprawia, że niestabilne i propagujące szczeliny ulegają przekształceniu w makro- niestabilności próbek kompozytowych, zwłaszcza przy kącie α równym 30° i 45°. Większość pęknięć powstających w próbkach kompozytowych występuje w części węglowej, w pozostałych skałach nie notuje się poważniejszych uszkodzeń. Pęknięcia zmęczeniowe w części złożonej z materiału skalnego odbywają się wskutek działania naprężeń ścinających wzdłuż lub w poprzez płaszczyzny łupliwości. Pękanie zmęczeniowe próbki kompozytowej przy kącie α równym 30° jest procesem złożonym, obejmującym pękanie wskutek naprężeń ścinających działających wzdłuż płaszczyzny łupliwości w węglu oraz naprężeń rozciągających działających na część próbki złożoną z materiału skalnego, wskutek propagacji pęknięcia.