[发明专利]一种外部支护替代式房式煤柱回收方法

权利要求书

1.一种外部支护替代式房式煤柱回收方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)利用单体支柱(2)挂袋方式在房式煤柱(1)外围浇筑胶结充填材料墙(3)，并预留开设有一胶结充填材料墙缺口(5)；

2)在胶结充填材料墙(3)支护覆岩条件下，通过胶结充填材料墙缺口(5)，对内部的房式煤柱(1)进行回采；

3)房式煤柱(1)开采完毕后，封堵胶结充填材料墙缺口(5)，向胶结充填材料墙(3)所围采空区内注入胶结充填材料(4)进行充填；

4)待胶结充填材料(4)凝固稳固后，回收单体支柱(2)；

所述的胶结充填材料墙(3)的宽度计算方法流程如下：

a、截取房式煤柱(1)半平面进行分析，将顶板所受上覆岩层作用力设置为均布载荷q，胶结充填材料墙(3)的地基系数为k，相邻小型房式煤柱(1)间距为c，胶结充填材料墙(3)宽度设置为b，房式煤柱(1)的宽度设置为a，则房式煤柱总宽度为2a，所分析区域内部顶板各段挠曲线微分方程为：

式中，EI—抗弯刚度，N/m；

x—地基表面任一点至半平面坐标原点距离，m；

ω₁(x),ω₂(x),ω₃(x)—分别为x在[0,a]、[a,a+b]、[a+b,a+b+c]段顶板的挠度，m；

b、求解公式(i)令可得顶板的挠曲线方程：

式中，d₁,d₂,d₃,d₄……d₁₂—常数系数；

根据模型连续性条件及对称性边界条件，可解得参数d₁～d₁₂；

c、求解得到顶板的弯矩方程：

式中，M₁(x)、M₂(x)、M₃(x)—分别为x在[0,a]、[a,a+b]、[a+b,a+b+c]段顶板的弯矩，m；

胶结充填材料墙(3)的留设宽度b要同时满足顶板第一强度理论与极限强度理论，即同时满足大于或等于顶板第一强度理论条件下的最小留设宽度b₁和极限强度理论条件下的最小留设宽度b₂；具体如以下d、e步骤：

d、将顶板简化为上覆均布载荷q、底部受宽度为b₁的支撑载荷的简支梁，分析得知，顶板所受最大弯矩M_max发生在梁跨度中间偏离底部支撑载荷一侧，距模型原点x_m＝a+b₁+3EI·d₉/q处，其值可由式(iii)中M₃(x_m)求得，则根据矩形截面梁理论，求得顶板最大拉应力为：

式中，h—顶板高度，m；

根据顶板第一强度理论，要使顶板不发生断裂，则应满足：

σ_max≤[σ_t] (v)

式中，[σ_t]—顶板许用拉应力，MPa；

已知相邻房式煤柱(1)间距c与房式煤柱宽度为2a，根据式(v)判断条件即可求得预留煤柱(2)的在顶板第一强度理论条件下的最小留设宽度b₁；

e、同时胶结充填材料墙(3)在极限强度理论条件下的宽度b₂应满足自身不破坏，根据极限强度理论，应满足：

σ_F≤σ_P (vi)

式中，σ_F—作用在充填材料墙上的力m；

k—安全系数，取2；

σ_p—胶结充填材料墙的极限强度，MPa；

由公式(vi)求得胶结充填材料墙(3)在极限强度理论条件下最小留设宽度为b₂；

f、求得胶结充填材料墙(3)的留设宽度b＝max{b₁，b₂}。

2.根据权利要求1所述的一种外部支护替代式房式煤柱回收方法，其特征在于：所述房式煤柱(1)的宽高比小于0.6。