[發(fā)明專利]一種內(nèi)注替代式支護房式煤柱回收方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811027251.3
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN109139100B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周楠;王佳奇;張吉雄;孫凱;李猛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: E21F15/00
• 分類號: E21F15/00;E21D15/02;E21D15/00;G06Q50/02
• 代理公司: 32249 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 張婷婷

1.一種內(nèi)注替代式支護房式煤柱回收方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)將房式煤柱(1)劃分為外圍的預(yù)留煤柱(2)與內(nèi)部的預(yù)采煤柱(3)，所述預(yù)留煤柱(2)的一邊開設(shè)有一預(yù)留煤柱缺口(4)；

2)通過預(yù)留煤柱缺口(4)，對內(nèi)部的預(yù)采煤柱(3)進行回采；

3)預(yù)采煤柱(3)開采完畢后，封堵預(yù)留煤柱缺口(4)，向預(yù)留煤柱(2)所圍采空區(qū)內(nèi)注入膠結(jié)充填材料(6)進行充填；

4)待膠結(jié)充填材料(6)穩(wěn)固后替代煤柱進行支護，再回收預(yù)留煤柱(2)；

所述的預(yù)留煤柱(2)的寬度計算方法流程如下：

a、截取房式煤柱(1)半平面進行分析，將頂板所受上覆巖層作用力設(shè)置為均布載荷q，預(yù)留煤柱(2)的地基系數(shù)設(shè)為k，相鄰房式煤柱(1)間距為c，預(yù)留煤柱(2)的寬度設(shè)置為b，預(yù)采煤柱(3)的寬度設(shè)置為a，則房式煤柱(1)的總寬度為2(a+b)；所分析區(qū)域內(nèi)部頂板各段撓曲線微分方程為：

式中，EI—抗彎剛度，N/m；

x—地基表面任一點至半平面坐標(biāo)原點距離，m；

ω₁(x),ω₂(x),ω₃(x)—分別為x在[0,a]、[a,a+b]、[a+b,a+b+c]段頂板的撓度，m；

b、求解公式(i)，令得頂板的撓曲線方程：

式中，d₁,d₂,d₃,d₄……d₁₂—常數(shù)系數(shù)；

根據(jù)模型連續(xù)性條件及對稱性邊界條件，解得參數(shù)d₁～d₁₂；

c、求解得到頂板的彎矩方程：

式中，M₁(x)、M₂(x)、M₃(x)—分別為x在[0,a]、[a,a+b]、[a+b,a+b+c]段頂板的彎矩，m；

預(yù)留煤柱(2)的寬度b要同時滿足頂板第一強度理論與煤柱極限強度理論，即同時滿足大于或等于頂板第一強度理論條件下的最小留設(shè)寬度b₁和煤柱極限強度理論條件下的最小留設(shè)寬度b₂；具體如以下d、e步驟：

d、將頂板簡化為上覆均布載荷q、底部受支撐載荷的簡支梁，所述支撐載荷的寬度為b₁；分析得知，頂板所受最大彎矩M_max發(fā)生在梁跨度中間偏離底部支撐載荷一側(cè)，距模型原點x_m＝a+b₁+3EI·d₉/q處，其值由式(iii)中M₃(x_m)求得，則根據(jù)矩形截面梁理論，求得頂板最大拉應(yīng)力為：

式中，h—頂板高度，m；

根據(jù)頂板第一強度理論，要使頂板不發(fā)生斷裂，則應(yīng)滿足：

σ_max≤[σ_t] (v)

式中，[σ_t]—頂板許用拉應(yīng)力，MPa；

已知相鄰房式煤柱(1)間距c與房式煤柱寬度為2(a+b)，根據(jù)式(iv)判斷條件即求得預(yù)留煤柱(2)在頂板第一強度理論條件下的最小留設(shè)寬度b₁；

e、同時預(yù)留煤柱(2)在煤柱極限強度理論條件下的最小留設(shè)寬度b₂應(yīng)滿足自身不破壞，根據(jù)極限強度理論，應(yīng)滿足：

σF≤σ_P (vi)

式中，σ—作用在煤柱上的力，MPa；

F—安全系數(shù)，取2；

σ_p—預(yù)留煤柱極限強度，MPa；

由公式(vi)求得預(yù)留煤柱(2)在煤柱極限強度理論條件下的最小留設(shè)寬度為b₂；

f、最終求得預(yù)留煤柱(2)的最小留設(shè)寬度為b＝max{b₁，b₂}。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)注替代式支護房式煤柱回收方法，其特征在于：所述房式煤柱(1)的寬高比大于0.6。