Experimental investigation on the grading optimisation and storage effect of crushed gangue for backfill

ABSTRACT

Backfilling with coal gangue can effectively control gangue pollution and surface subsidence. In order to optimise the control effect of crushed gangue overlying rock, this article focuses on the regulating effect of gangue particle size grading on mechanical properties. Through research on the physical properties of gangue and natural graded gangue compaction experiments, the porosity of gangue and the process of gangue crushing are analysed. It is shown that the gangue material has good load-bearing performance. By storage analysis of the natural gradation experiments, the alarm height of the gangue was 20 m. Through compression experiments of group B, it was found that the particle deformation first increased and then decreased. By the analysis of particle strain energy density and breakage energy, it is concluded that the strain energy density of the sample from high to low is B1, B2, B6, A5, B5, B4, and the breakage energy to reach the sample state from low to high is A5, B6, B5, B4, B3, B2, B1, respectivley. The B6 group sample was found to have the best control effect on the overlying rock, thus providing suggestions for optimising the efficiency and effectiveness of backfill mining.

Afin de réduire l’occupation du terrain et la pollution environnementale causées par l’accumulation de gangue de charbon en surface, nous avons mené des recherches concernant la technologie de remblayage de gangue de charbon. L’exploitation minière de remblayage des mines de charbon contrôle le mouvement de la roche de recouvrement et l’affaissement de la surface en remblayant la masse de roche fracturée dans le remblayage. La performance mécanique de la compaction de la roche fracturée est la clé de l’efficacité du contrôle de la roche de recouvrement. Afin d’optimiser l’effet de contrôle de la gangue broyée recouvrant la roche, cet article se concentre sur l’effet régulateur du calibrage de la taille de particule de la gangue sur les propriétés mécaniques. Grâce aux recherches sur les propriétés physiques de la gangue et à des expériences de compaction naturelle de la gangue calibrée, on a analysé la porosité de la gangue et le procédé de broyage de la gangue. On montre que le matériau de la gangue a de bonnes performances portantes. Grâce à l’analyse de l’emmagasinage du phénomène expérimental de calibrage naturel, on a obtenu que la hauteur d’alarme de la gangue était de 20 m. Grâce à des expériences de compression sur les échantillons du groupe B, on a constaté que la déformation des particules montrait une tendance à augmenter puis à diminuer. Grâce à l’analyse de la densité d’énergie de déformation des particules et de l’énergie de rupture, il est conclu que la densité d’énergie de déformation de l’échantillon de haute à basse est B1, B2, B6, A5, B5, B4, et l’énergie de rupture pour atteindre l’état d’échantillon de basse à haute est A5, B6, B5, B4, B3, B2, B1. Grâce à l’analyse du point de vue du taux de remplissage, on a constaté que le groupe d’échantillons B6 a le meilleur effet de contrôle sur la roche de recouvrement, fournissant ainsi des suggestions pour optimiser le rendement et l’efficacité de l’exploitation minière de remblayage.

KEYWORDS:

• Solid waste filling
• strain energy density
• filling rate
• warehouse storage analysis
• particle crushing energy

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Data availability statement

The Microsoft Excel Worksheet data used to support the findings of this study are available from the corresponding author upon request.

Additional information

Funding

This work was supported by National Natural Science Foundation of China [grant numbers U22A20165, 52174089, 52104106]; State Key Laboratory of Green and Low-Carbon Development of Tar-Rich Coal in Western China, Xi’an University of Science and Technology [SKLCRKF21-08].