[發明專利]一種堅硬頂板煤層采空區空間留設方法

在審

• 申請號: 201711156350.7
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN107916933A
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 賈后省;王璐瑤;劉少偉;李振峰;支光輝;蘇發強;付孟雄;王偉;高培成;賀德印;李小鵬
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18;E21F15/04;E21D15/00
• 代理公司: 新鄉市平原智匯知識產權代理事務所(普通合伙)41139
• 代理人: 周闖

技術領域

本發明屬于地下空間支護領域，具體涉及一種堅硬頂板煤層采空區空間留設方法。

背景技術

伴隨著城市空間的不斷拓展，國內外專家學者們對于淺部地下空間進行開發利用已經達成廣泛的共識。然而，高昂的開發成本使得對于地下空間的開發始終未能得到推廣。煤礦采空區是煤礦作業過程后，將煤炭開采完成后留下的空洞。煤礦采空區所形成的地下空間不穩定且存在沖擊危險性。借鑒國內外對于地下空間的利用情況，針對煤礦采空區采取一定的措施加以利用而不只是成為對于環境的負擔，已經成為礦井轉型發展的方向之一。目前，多數礦井采用全部垮落法處理采空區。尤其是存在堅硬頂板的礦區，為實現采空區的全部垮落須采取強制放頂措施，在這一過程中可能會引發堅硬頂板的大面積垮落，甚至造成沖擊災害，對于礦井安全生產造成惡劣影響。此外，頂板的大面積垮落易于引發地表沉陷，造成經濟與生態雙重破壞。

發明內容

本發明的目的是提供一種堅硬頂板煤層采空區空間留設方法，實現對于地下空間的支護留存，使其可以發揮更大的作用。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是，一種堅硬頂板煤層采空區空間留設方法，對采空區進行有效支撐實現對采空區的長期留存，具體為：采用大尺寸充填墻以支撐間距L_m小于上覆巖層中的主關鍵層的極限跨距L₀，以控制主關鍵層及其上覆巖層的移動；采用圓形立柱以支撐間距L_s小于上覆巖層中的亞關鍵層的極限跨距L₁，以控制主關鍵層下位亞關鍵層的移動。

主關鍵層或亞關鍵層的極限垮落步距判別方法下式所示：

，

L為主關鍵層的極限垮落步距L₀或亞關鍵層的極限垮落步距L₁，m；h為主關鍵層或亞關鍵層厚度，m；R_T為主關鍵層或亞關鍵層抗拉強度，MPa；q為主關鍵層或亞關鍵層自重及其上載荷，kN/m；f₁為主關鍵層或亞關鍵層巖體強度系數；f₂為開采影響系數；

，

γ——主關鍵層或亞關鍵層的平均體積力，kN?m3；H ——主關鍵層或亞關鍵層深度，m ；σc——主關鍵層或亞關鍵層單軸抗壓強度，MPa；

，

K——應力集中系數。

所述圓形立柱包括圓柱狀鋼結構網和位于圓柱狀鋼結構網內部的錨桿骨架，圓柱狀鋼結構網外側套設有環形約束圈。

所述大尺寸充填墻墻體兩側安裝對拉錨桿來提高人工支撐物的支撐能力。

所述大尺寸充填墻采用在充填模具中填充骨料和膠結材料制成。

所述填充骨料為巷道掘進矸石、直接頂垮落的巖石和廢棄錨網索中的任一種或幾種。

充填模具上設置有對拉錨桿通過的預留孔和注入膠結材料的注料孔。

本發明產生的有益效果是：本發明將煤礦采空區加以利用而不只是成為對于環境的負擔，避免了堅硬頂板的大面積垮落、地表沉陷等經濟與生態雙重破壞的發生；圓形立柱的結構簡單，強度高，可以對采空區進行很好的支撐；大尺寸充填墻采用巷道掘進矸石、直接頂垮落的巖石和廢棄錨網索等原料制成，能夠有效減少物資內運，實現生產材料的循環再利用。

附圖說明

圖1為采用大尺寸充填墻對采空區進行支撐的結構示意圖；

圖2為圖1中大尺寸充填墻結構示意圖；

圖3為圖1中大尺寸充填墻側面結構示意圖；

圖4為采用圓形立柱對采空區進行支撐的結構示意圖；

圖5為圖4中圓形立柱的結構示意圖；

圖6為圖4中環形約束圈與圓柱狀鋼結構網連接處的結構示意圖；

圖中，1、地表，2、上覆巖層，3、采空區，4、圓形立柱，5、大尺寸充填墻，6、主關鍵層，7、亞關鍵層。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

實施例1