[发明专利]一种房柱式采空区控制充填关键参数设计方法

说明书

本发明提供了一种房柱式采空区控制充填关键参数设计方法，该方法包括以下步骤：步骤1、对房柱式采空区内的遗留煤柱进行煤岩体取样，测试得到煤岩体的物理力学参数，所述物理学参数包括煤的碎胀系数和堆积体休止角；步骤2、根据测得的煤岩体的物理力学参数确定遗留煤柱最大剥离深度；步骤3、根据遗留煤柱最大剥离深度确定遗留煤柱安全系数；步骤4、根据遗留煤柱安全系数确定是否需要对房柱式采空区进行充填治理，并确定充填治理方式和充填治理的控制充填关键参数，本发明方法充分利用了采空区内遗留煤柱的承载性能，改进了房柱式采空区的充填效果、降低了房柱式采空区的充填成本。

技术领域

本发明属于煤矿开采沉陷防治领域，涉及采空区控制充填参数，具体涉及一种房柱式采空区控制充填关键参数设计方法。

背景技术

煤矿房柱式采空区主要是指采用房柱式、房式、巷柱式等开采方式采煤形成的采空区。煤矿开采后要留设遗留煤柱支撑覆岩，以便控制覆岩与地表的移动。但是在覆岩应力、风化等因素的作用下，遗留煤柱会出现有效尺寸不断减小、稳定性不断降低的情况，从而导致遗留煤柱失稳和地面建构筑物受损，从而产生很大的安全隐患。随着国民经济建设和矿业城市的不断发展，大量的铁路、高速公路不得不穿越煤矿采空区，某些建筑物、构筑物也不得不在房柱式煤矿老采空区上建造，导致采空区灾害成为影响民众长期生存和社会长期发展的突出问题。

目前采空区治理的常用方法是全充填注浆法，但是由于房柱式采空区的剩余空洞较大，所以全充填所需的注浆量巨大，治理成本高昂，且全充填注浆没有考虑遗留煤柱的承载能力，所以这种方法存在很大的优化空间。如何充分发挥遗留煤柱的承载性能，减小充填设计量，降低采空区治理成本，协调好遗留煤柱与充填体的协同作用，确保遗留煤柱的长期稳定性是房柱式采空区充填设计需要解决的重要问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种房柱式采空区控制充填关键参数设计方法，解决现有技术中房柱式采空区充填未考虑遗留煤柱的承载性能、充填注浆量过大的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种房柱式采空区控制充填关键参数设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、对房柱式采空区内的遗留煤柱进行煤岩体取样，测试得到煤岩体的物理力学参数，所述物理学参数包括煤的碎胀系数和堆积体休止角；

步骤2、根据测得的煤岩体的物理力学参数确定遗留煤柱最大剥离深度；

步骤3、根据遗留煤柱最大剥离深度确定遗留煤柱安全系数；

步骤4、根据遗留煤柱安全系数确定是否需要对房柱式采空区进行充填治理，并确定充填治理方式和充填治理的控制充填参数，具体包括：

若遗留煤柱安全系数小于1，则选择充填治理方式对采空区进行充填治理；所述充填治理方式包括不接顶充填和墩柱充填，其中，不接顶充填的控制

充填关键参数包括充填高度和不接顶充填体单轴抗压强度；墩柱充填的控制充填关键参数包括墩柱充填体弹性模量和墩柱充填体单轴抗压强度。

本发明还具有以下技术特征：

具体的，步骤2所述的遗留煤柱最大剥离深度通过下式确定：

其中，d_p为遗留煤柱最大剥离深度，单位为m；h为遗留煤柱高度，单位为m；k为煤的碎胀系数；φ_r为堆积体休止角，单位为°；a为遗留煤柱宽度，单位为m；l为遗留煤柱长度，单位为m。