Experimental characteristics for deformation properties of backfill mass

Abstract

Purpose. Determining the deformation properties of backfill mass used to preserve the continuity of the coal-rock stratum enclosing mine workings. Methods. To achieve the purpose set, laboratory studies have been performed on crushed rock samples with different granulometric composition, which are exposed to uniaxial compression in a steel cylinder. The experimental data are processed using the mathematical statistics methods. Findings. As a result of performed laboratory studies, it has been determined that during compression pressure of the backfill material from crushed rock, the deformation modulus is a variable value and depends on the value of the applied load, which means that it cannot be used as a physical characteristic of the backfill mass. It has been proven that the deformation modulus characterizes the backfill mass rigidity, that is, its ultimate stress state. The rigidity value under a constant external load, can be regulated using the granulometric composition of the crushed rock. It has been revealed that the maximum shrinkage of the backfill mass is achieved when repacking crushed rock fractions of different sizes under volume compression of the backfill material. In the case when the backfill material is a homogeneous fraction of crushed rock, when increasing the constrained modulus, the backfill mass rigidity increases, and shrinkage decreases. Originality. It has been proven that the values of the crushed rock compaction coefficient, which characterizes the shrinkage of the backfill mass, are correlated with a parabola and depend on the granulometric composition of the source material. With inhomogeneous granulometric composition, the compaction coefficient values are maximum, and for backfill material with the similar fraction, they decrease with a change in the bulk density of the crushed rock. Practical implications. To ensure the side rocks stability and to maintain mine workings in an operational state, it is necessary to ensure a uniform by volume granulometric composition inhomogeneity of the crushed rock. This determines the ability of the roof and bottom of the coal seam to effectively respond to the impact of external factors that are manifested in the mass of sedimentary rocks during mining operations.

Мета. Визначити деформаційні властивості закладних масивів, використовуваних для збереження цілісності вуглепородної товщі, що вміщає гірничі виробкит. Методика. Для досягнення поставленої мети були виконані лабораторні дослідження на зразках з роздробленої породи різного гранулометричного складу, які піддавалися одноосьовому стиску в сталевому циліндрі. Експериментальні дані оброблялися методами математичної статистики. Результати. В результаті виконаних лабораторних досліджень встановлено, що при компресійному стискуванні закладного матеріалу з роздробленої породи, модуль деформації є змінною величиною і залежить від значення прикладеного навантаження, а значить, не може застосовуватися як фізична характеристика закладного масиву. Доведено, що модуль деформації характеризує жорсткість закладного масиву, тобто його граничний напружений стан. Величину жорсткості, при постійному зовнішньому навантаженні, можна регулювати гранулометричним складом дробленої породи. Встановлено, що досягнення максимальної усадки закладного масиву, забезпечується при перепакування неоднакових за розмірами фракцій роздробленої породи при об'ємному стисненні закладного матеріалу. У разі, коли закладний матеріал представлений однорідної фракцією роздробленої породи, при збільшенні компресійного модуля, жорсткість закладного масиву збільшується, а усадка зменшується. Наукова новизна. Доведено, що значення коефіцієнта ущільнення подрібненої породи, який характеризує усадку закладного масиву, корелюються параболою і залежать від гранулометричного складу вихідного матеріалу. При неоднорідному гранулометричному складі, значення коефіцієнта ущільнення приймають максимальні значення, а для закладного матеріалу з однаковою фракцією – зменшуються, у міру зміни насипної щільності роздробленої породи. Практична значимість. Для забезпечення стійкості бічних порід і збереження гірничих виробок в експлуатаційному стані, необхідно забезпечити рівномірну за обсягом неоднорідність гранулометричного складу роздробленої породи, що визначає здатність покрівлі і ґрунту вугільного пласта ефективно реагувати на вплив зовнішніх факторів, що проявляються в масиві осадових гірських порід при веденні гірничих робіт.

Цель. Определить деформационные свойства закладочных массивов, используемых для сохранения целостности углепородной толщи, вмещающей горные выработки. Методика. Для достижения поставленной цели были выполнены лабораторные исследования на образцах из дробленой породы разного гранулометрического состава, которые подвергались одноосному сжатию в стальном цилиндре. Экспериментальные данные обрабатывались методами математической статистики. Результаты. В результате выполненных лабораторных исследований установлено, что при компрессионном сжатии закладочного материала из дробленой породы, модуль деформации является переменной величиной и зависит от значения прикладываемой нагрузки, а значит, не может применяться как физическая характеристика закладочного массива. Доказано, что модуль деформации характеризует жесткость закладочного массива, т.е. его предельное напряженное состояние. Величину жесткости, при постоянной внешней нагрузке, можно регулировать гранулометрическим составом дробленной породы. Установлено, что достижение максимальной усадки закладочного массива, обеспечивается при переупаковке неодинаковых по размерам фракций дробленой породы при объемном сжатии закладочного материала. В случае, когда закладочный материал представлен однородной фракцией дробленой породы, при увеличении компрессионного модуля, жесткость закладочного массива увеличивается, а усадка уменьшается. Научная новизна. Доказано, что значения коэффициента уплотнения дробленой породы, который характеризует усадку закладочного массива, коррелируются параболой и зависят от гранулометрического состава исходного материала. При неоднородном гранулометрическом составе, значения коэффициента уплотнения принимают максимальные значения, а для закладочного материала с одинаковой фракцией- уменьшаются, по мере изменения насыпной плотности дробленой породы. Практическая значимость. Для обеспечения устойчивости боковых пород и сохранности горных выработок в эксплуатационном состоянии, необходимо обеспечить равномерную по объему неоднородность гранулометрического состава дробленой породы, что определяет способность кровли и почвы угольного пласта эффективно реагировать на воздействия внешних факторов, проявляющихся в массиве осадочных горных пород при ведении горных работ.