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.
Based on the movement characteristics of overlying strata with gangue backfilling, the compression test of gangue is designed. The deformation characterristics of gangue is obtained based on the different Talbot index. The deformation has a logarithmic growth trend, including sharp deformation stage, linear deformation stage, rheological stage, and the resistance to deformation changes in different stages. The more advantageous Talbot gradation index is obtained to control the surface subsidence. On the basis of similarity simulation test with gangue backfilling, the characteristics of roof failure and the evolution of the supporting force are analyzed. In the early stage of gangue backfilling, beam structure damage directly occurs at the roof, and the layer is separated from the overlying rock. As the working face advances, the crack arch of the basic roof is generated, and the separation layer is closed. Due to the supporting effect of filling gangue, the stress concentration in gangue backfilling stope is relatively mild. Based on the equivalent mining height model of gangue backfilling stope, the relationship between full ratio and mining height is obtained. It is necessary to ensure that the gradation of filling gangue meets the Talbot distribution of n=0.5, and the full ratio meets the protection grade requirements of surface buildings.
The paper makes the experimental and finite-element-analysis investigation on the seismic behavior of the rebar-penetrated joint between gangue concrete filled steel tubular column and reinforced gangue concrete beam under low cyclic reversed loading. Two specimens are designed and conducted for the experiment to study the seismic behavior of the rebar-penetrated joint under cyclic loading. Then, finite element analysis models of the rebar-penetrated joint are developed using ABAQUS 6.10 to serve as the complement of the experiment and further analyze the seismic behavior of the rebar-penetrated joint. Finite element analysis models are also verified by the experimental results. Finally, the hysteretic performance, the bearing capacity, the strength degradation, the rigidity degradation, the ductility and the energy dissipation of the rebar-penetrated joint are evaluated in detail to investigate the seismic behavior of the rebar-penetrated joint through experimental results and finite element analysis results. The research demonstrates that the rebar-penetrated joint between gangue concrete filled steel tubular column and reinforced gangue concrete beam, with full and spindle-shaped load-displacement hysteretic curves, shows generally the high ductility and the outstanding energy-dissipation capacity. As a result, the rebar-penetrated joint exhibits the excellent seismic performance and meets the earthquake-resistant requirements of the codes in China. The research provides some references and suggestions for the application of the rebar-penetrated joint in the projects.
The service life of coal gangue concrete(CGC) strongly depends on the capillary water absorption, this water absorption is susceptible to freeze-thaw cycles. In this paper, the cumulative water absorption and sorptivity were obtained to study the effects of 0, 0.5, 1.0, and 1.5 % steel fiber volume fraction added on the water absorption of CGC. Sorptivity and freeze-thaw tests were conducted, and the capillary water absorption was evaluated by the rate of water absorption(sorptivity). Three prediction models for the initial sorptivity of steel fiber reinforced coal gangue concrete(SFRCGC) under freeze-thaw cycles were established to evaluate the capillary water absorption of SFRCGC. Results showed that, without freeze-thaw cycles, the water absorption of CGC decreased when steel fiber at 1.0 % volume fraction was added, however, the water absorption increased with the addition of 0.5 or 1.5 % steel fibers. Once the SFRCGC specimens were exposed to freeze-thaw cycles, the water absorption of SFRCGC significantly increased, and 1.0 % steel fiber in volume fraction added to CGC caused the lowest water absorption, except for the case of the sample without steel fibers added. The CGC with steel fiber at 1.0 % volume fraction performed better. The SFRCGC has a strong response to freeze-thaw cycles. Results also showed that the linear function prediction model is practical in the field of engineering because of its simple form and a relatively high precision. Although the polynomial prediction model presents the highest computation precision among the three models, the complicated form and too many coefficients make it impractical for engineering applications.
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.
Yao, Lu;Ning, Jiang;Changxiang, Wang;Meng, Zhang;Dezhi, Kong;Haiyang, Pan
Geomechanics and Engineering
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v.32
no.3
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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.
Present states on reutilization of metal-bearing solid wastes in China including metal-containing gangue, red mud, nonferrous metallurgical slag or residue, arsenical slag, steel - iron slag, waste batteries, were described in detail. The wastes pile up at a large quantity, resulting in seriously potential harm to environment. Most of these wastes, however, contain valuable metals, which are regarded as important secondary resources for extracting metals. Waste slag and batteries with a high grade of metals are treated by a hydro-based and / or pyre-based method for extracting valuable metals. While gangue and waste slag with a low grade are as a raw material in architecture field. In the future, a novel technology, such as high-grads magnetization separation technique and biological technique, will be designed to treat these wastes for protecting environment and recycling valuable components. These wastes, furthermore, are synthetically reutilized to produce various architectural materials, including glass and ceramics.
Uniaxial compression tests were conducted on sandstone-CGFB composite samples with different interface angles, and their strength, acoustic emission (AE), and failure characteristics were investigated. Three macro-failure patterns were identified: the splitting failure accompanied by local spalling failure in CGFB (Type-I), the mixed failure with small sliding failure along with the interface and Type-I failure (Type-II), and the sliding failure along with the interface (Type-III). With an increase of interface angle β measured horizontally, the macro-failure pattern changed from Type-I to Type-II, and then to Type-III, and the uniaxial compressive strength and elastic modulus generally decreased. Due to the small sliding failure along with the interface in the composite sample with β of 45°, AE events underwent fluctuations in peak values at the later post-peak failure stage. The composite samples with β of 60° occurred Type-III failure before the completion of initial compaction stage, and the post-peak stress-time curve initially exhibited a slow decrease, followed by a steep linear drop with peaks in AE events.
The grade analysis of lead-zinc ore is the basis for the optimal development and utilization of deposits. In this study, a method combining Prompt Gamma Neutron Activation Analysis (PGNAA) technology and machine learning is proposed for lead-zinc mine borehole logging, which can identify lead-zinc ores of different grades and gangue in the formation, providing real-time grade information qualitatively and semi-quantitatively. Firstly, Monte Carlo simulation is used to obtain a gamma-ray spectrum data set for training and testing machine learning classification algorithms. These spectra are broadened, normalized and separated into inelastic scattering and capture spectra, and then used to fit different classifier models. When the comprehensive grade boundary of high- and low-grade ores is set to 5%, the evaluation metrics calculated by the 5-fold cross-validation show that the SVM (Support Vector Machine), KNN (K-Nearest Neighbor), GNB (Gaussian Naive Bayes) and RF (Random Forest) models can effectively distinguish lead-zinc ore from gangue. At the same time, the GNB model has achieved the optimal accuracy of 91.45% when identifying high- and low-grade ores, and the F1 score for both types of ores is greater than 0.9.
Microprobe analyses have disclosed geochemical compositions of the main components such as garnet, pyroxene, amphibole, chlorite, biotite, and muscovite in the Sangdong W skarn deposit and this study has identified several minerals which were previously unrecorded from this deposit; they are scapolite, zeolite, K-feldspar, rutile. illite and apophyllite. The $Fe^{+3}/Fe^{+2}$ or Mg/(Mg+Fe) ratios of coexisting minerals represents that these minerals were partially in equilibrium.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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