[发明专利]一种外部支护替代式房式煤柱回收方法

摘要

本发明公开了一种外部支护替代式房式煤柱回收方法，在回收房式煤柱过程中，利用单体支柱挂袋方式在宽高比小于0.6的房式煤柱周围浇筑胶结材料墙，在胶结充填材料墙支护覆岩条件下回采房式煤柱资源，待回采结束后，利用胶结充填材料充填房式煤柱采空区域，待胶结充填材料凝固稳定后回收单体支柱；基于温克尔梁理论建立胶结充填材料墙单独支护覆岩阶段的力学模型，得出胶结充填材料墙支护阶段顶板的位移及受力情况。根据顶板第一强度理论与胶结充填材料墙极限强度判别准则，得到胶结充填材料墙的理论浇筑宽度。本方法可有效回收房式开采遗留煤柱，减少煤炭资源的浪费，且能够实现煤柱上方覆岩保持稳定，避免一系列安全问题的发生。

主权项

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}。