[发明专利]一种墩式连拱式采空区处理方法

摘要

本发明公开一种墩式连拱式采空区处理方法，它主要通过关键层的数据分析，得到墩柱的支护强度；然后在地表上向采空区底板布置注浆孔，利用提管法进行间断式充填注浆孔形成墩柱，直至墩柱与关键层接顶为止，待注浆充填完毕，对遗留注浆孔进行封填。本发明利用注浆充填骨料凝固后形成的墩柱与采空区上覆垮落顶板之间的相互配合，形成“墩式连拱”结构，维护采空区顶板的稳定。

主权项

1.一种墩式连拱式采空区处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：判定关键层根据现场实际的水文地质勘探资料，综合利用理论分析、数值模拟及关键层判别软件三种方法对采空区上覆岩层进行判定，找到关键层位置；步骤二：计算关键层上覆岩层载荷采场覆岩层中存在多个岩层时，对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层的自重载荷称为关键层上覆岩层载荷，关键层上全部m层岩层的自重载荷为：式中：q—关键层上覆全部层m层岩层的自重载荷，KN；E_i—第i层岩层的弹性模量，MPa；h_i—第i层岩层的厚度，m；γ_i—第i层岩层的体积力，KN/m³；m—关键层上面的岩层数；步骤三：计算关键层岩梁挠度根据关键层上覆岩层载荷计算关键层产生的挠度，关键层弹性基础符合Winkler地基假设，则采空区上方关键层岩梁的挠度计算公式为：式中：y—采空区上方关键层岩梁挠度，m；I_i—第i层岩层岩梁的惯性矩，m⁴，b代表指关键层岩梁的宽，即沿走向方向关键层的宽度；l—采空区上方关键层岩梁长的一半，m；α—关键层岩梁中部弯矩系数；x—关键层岩梁上产生挠度的地方到采空区边界的距离，m；其中k为地基系数；q_i是关键层上第i层岩层的自重载荷，KN；步骤四：计算关键层岩梁的断裂长度根据关键层挠度来计算关键层梁的断裂长度，也就是弯曲的关键层岩梁的长度L；将用步骤三中计算出的最大挠度y_max代入下式中，计算出发生弯曲的实际关键层岩梁的断裂长度L；所述的最大挠度y_max是在关键层岩梁中间位置产生的，式中，y_max—弯曲关键层岩梁的最大挠度，m；L—弯曲的关键层岩梁的长度，m；步骤五：计算支护顶板重量根据计算出的弯曲关键层岩梁的长度，计算出支护顶板的自重；式中：M—支护顶板自重，KN；a—弯曲的关键层岩梁宽，m；γ_i—第i层岩梁的容重，KN/m³；步骤六：计算墩柱支护强度根据支护顶板的自重来计算墩柱的支护强度；式中，σ—墩柱的支护强度，Mpa；g—重力加速度，m/s²；N—墩柱数量；S—墩柱的面积，m²；步骤七：布置注浆孔在采空区上的地表对所需注浆孔的具体位置进行布置，注浆孔直径20cm，具体是：沿煤层走向方向，在采空区边界处分别布置两个注浆孔，充填两个墩柱；沿煤层倾向方向，垂直布置布置两排注浆孔，每排布置N/2个注浆孔，共计N个墩柱，且墩柱布置在采空区边缘靠近煤体部分；步骤八：钻孔施工根据步骤七布置的注浆孔，从采空区上覆地表垂直开掘钻孔至采空区底部，形成用于向采空区输送注浆充填骨料的注浆孔；步骤九：骨料配置在位于采空区上方地表骨料配比池中将水泥、沙子、石子和水按比例进行配比混合，制作注浆充填骨料，上述水泥、沙子、石子和水的混合比例确保注浆充填骨料的强度满足墩柱支护强度要求；步骤十：清孔利用水槽中的高压水对钻孔进行清理，仔细检查孔深、孔位、孔形、孔径，要求在注浆充填前注浆孔内沉渣厚度不大于30cm；当注浆孔壁不易坍塌时，沉渣厚度不大于20cm；步骤十一：注浆充填利用位于地表的一级注浆泵和二级注浆泵将注浆充填骨料用注浆管沿注浆孔抽至采空区中进行充填；实际操作时，利用提管法进行间断式充填，即将注浆管伸入采空区底板，注浆一段时间后，待注浆充填骨料凝固后继续注浆一段时间，待第二次注浆充填骨料凝固后，进行第三次注浆充填，每一次注浆过程为一个循环，此过程循环往复，每个循环过程注浆时间在上一过程基础上缩短10分钟，每循环注浆完成后，等待注浆充填骨料凝固再进行下一次注浆，该循环过程直至墩柱与关键层接顶为止；步骤十二：封填注浆孔，待注浆充填完毕，对遗留注浆孔进行封填。