[發明專利]一種內注替代式支護房式煤柱回收方法

有效

• 申請號: 201811027251.3
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN109139100B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 周楠;王佳奇;張吉雄;孫凱;李猛
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21F15/00
• 分類號: E21F15/00;E21D15/02;E21D15/00;G06Q50/02
• 代理公司: 32249 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 張婷婷

本發明公開了一種內注替代式支護房式煤柱回收方法，在回收房式煤柱過程中，將寬高比大于0.6的房式煤柱劃分為預留煤柱與預采煤柱兩部分，預采煤柱開采后向預留煤柱所圍采空區內注入膠結充填材料，待其穩固后替代煤柱進行支護，再回收預留煤柱；基于溫克爾梁理論建立預留煤柱在支護覆巖階段的力學模型，得出預留煤柱支護階段頂板的位移及受力情況。根據頂板第一強度理論與預留煤柱極限強度判別準則，得到預留煤柱的理論留設寬度。本方法不僅可高效回收寶貴的煤炭資源，減少煤炭資源的浪費，同時可有效支撐上覆巖層，防止一系列礦井安全問題。

技術領域

本發明屬于煤柱回收技術領域，具體涉及一種內注替代式支護房式煤柱回收方法，尤其適用于煤礦采煤遺留的寬高比大于0.6的房式煤柱替代支護回收。

背景技術

我國房式開采方法大多應用于西北部地區，主要集中在陜西、內蒙古、山西等資源分布較廣、地質構造簡單、煤層賦存淺的礦區。雖然房式煤柱具有投資低、管理簡單、生產效率高等特點，但開采后的遺留煤柱會直接影響礦井安全并威脅周遭生態環境。回收房式開采遺留煤柱可以同時解決煤炭資源浪費、生態環境與地質災害等問題。

目前，國內房式煤柱回收方式主要分為傳統回收方法與充填回收方法，其中傳統回收方式諸如劈柱式與倉翼式回收等方式回收率不高、機械化程度低，充填回收方式諸如拋料充填回收與綜合機械化充填回收等方式需要大量充填材料費用與設備投入費用。

因此，研究一種既能保證回收效率，又能保證頂板穩定且投資合理的房式煤柱回收方法已成為煤礦開采的重大技術難題。

發明內容

發明目的：為了解決房式開采后遺留煤柱安全高效、低成本回收的難題，本發明的目的是提供一種操作簡單、資源回收率高的內注替代式房式煤柱回收方法。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種內注替代式支護房式煤柱回收方法，包括以下步驟：

1)將房式煤柱劃分為外圍的預留煤柱與內部的預采煤柱，所述預留煤柱的一邊開設有一預留煤柱缺口；

2)通過預留煤柱缺口，對內部的預采煤柱進行回采；

3)預采煤柱開采完畢后，封堵預留煤柱缺口，向預留煤柱所圍采空區內注入膠結充填材料進行充填；

4)待膠結充填材料穩固后替代煤柱進行支護，再回收預留煤柱。

進一步的，所述房式煤柱的寬高比大于0.6。

進一步的，步驟1)中，根據預留煤柱在支護覆巖階段的力學模型計算結果，得出預留煤柱在支護階段頂板位移及受力情況；根據頂板第一強度理論與預留煤柱極限強度判別準則，得到預留煤柱的理論留設寬度，將房式煤柱劃分為預留煤柱與預采煤柱。

進一步的，所述的預留煤柱的寬度計算方法流程如下：

a、截取房式煤柱半平面進行分析，將頂板所受上覆巖層作用力設置為均布載荷q，預留煤柱的地基系數設為k，相鄰房式煤柱間距為c，預留煤柱的寬度設置為b，預采煤柱的寬度設置為a，則房式煤柱的總寬度為2(a+b)；所分析區域內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：