73下21工作面開采對礦區(qū)鐵路的影響與分析

賈忠國 王保安 魏輝

摘要：針對機(jī)械化開采地表移動變形劇烈的特點(diǎn)，依據(jù)工作面開采對鐵路下沉的影響，分析制定了采動過程中地面鐵路維修的各種技術(shù)措施，采用了快速觀測鐵路變形的測量方法，求得了鐵路下沉值；為鐵路下安全開采提供可靠的技術(shù)參數(shù)，保證礦區(qū)鐵路的安全暢通。

關(guān)鍵詞：三下采煤 地表移動 影響與分析

1 概述

1.1 礦田概況 南屯井田含煤地層主要有二疊系下山西組和石炭系上統(tǒng)太原組、中統(tǒng)本溪組組成。共含有可采與局部可采煤層7層，平均煤層總厚為12.53m；其中主采煤層3上、3下、主采煤層，厚度大且穩(wěn)定，適合于綜放開采。

1.2 地面鐵路情況簡介 礦區(qū)鐵路專用線分為I、II號線、都在73下21工作面上方通過。除鐵路線路外，在73下21工作面上方及附近還有二組鐵路道岔，將可能受到其采動影響。附近有大東章車站機(jī)車維修區(qū)及其附屬建筑物，區(qū)內(nèi)有水塔和多幢樓房，其中3層樓部分建筑面積約為2000m2，兩層樓部分建筑面積約為600m2，平房部分建筑面積約為740m2。在廠區(qū)建筑物東側(cè)和礦區(qū)鐵路大興線之間為機(jī)車維修區(qū)。

2 礦區(qū)鐵路的保護(hù)與建筑物的保護(hù)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)

2.1 礦區(qū)鐵路的保護(hù)與設(shè)防標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)《鐵路工務(wù)規(guī)則》：曲線段線路雙軌超高度的最大限度不得超過150mm，單線上、下行列車速度相差懸殊時不得超過125mm；兩軌面的實(shí)際超高度與設(shè)計超高度相比較，其差值不得超過±4mm。據(jù)此，可以反算出垂直于線路方向的允許地表傾斜變形值應(yīng)小于2.8mm/m。

根據(jù)《鐵路工務(wù)規(guī)則》規(guī)定，線路上大軌縫（超過下列標(biāo)準(zhǔn)的軌縫為大軌縫：對12.5m鋼軌，夏季為8mm，冬季為16mm；對25m鋼軌，夏季為12mm，冬季為17mm）不得超過5%。在鋼軌未達(dá)到最高軌溫情況下，不容許有連續(xù)三個以上的瞎縫。

2.2 建筑物的保護(hù)與設(shè)防標(biāo)準(zhǔn) 當(dāng)由于開采沉陷形成的地表變形達(dá)到一定程度后，就會使建筑物受到破壞，地表變形值的大小和建（構(gòu)）筑物本身抵抗采動變形的能力強(qiáng)弱決定了建（構(gòu)）筑物受開采影響的損壞程度。2000年5月國家煤炭工業(yè)局曾經(jīng)頒布過相關(guān)規(guī)程，指出了長度或變形縫區(qū)段內(nèi)長度小于20米的磚混結(jié)構(gòu)建筑物的損壞等級劃分標(biāo)準(zhǔn)。

3 開采沉陷預(yù)計及其對鐵路和道岔的影響分析

3.1 開采沉陷預(yù)計模型和預(yù)計參數(shù) 本次地表移動變形預(yù)計采用概率積分法模型，根據(jù)概率積分法的基本原理，綜合分析73下21工作面重復(fù)采動開采沉陷預(yù)計的下沉值，預(yù)計參數(shù)下沉系數(shù)0.78；水平移動系數(shù)0.30；主要影響角正切2.1；主要影響傳播角90°-0.45α；拐點(diǎn)偏距0.075H。

3.2 73下21工作面開采對鐵路線路和道岔的影響預(yù)計與分析 根據(jù)選定的預(yù)計參數(shù)，73下21工作面開采后，1號線路的最大下沉值為272mm，而2號線路的這項(xiàng)數(shù)據(jù)是1500mm；1號線路的最大縱向、橫向水平移動值分別為346mm和23mm，而2號線路的這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)分別是617mm和196mm；1號線路的最大縱向、橫向水平變形值分別是4.36mm/m和-0.23mm/m，而2號線路的這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)分別是8.97mm/m和-1.15mm/m；1號線路的最大縱向、橫向傾斜變形值分別是4.92mm/m和0.27mm/m，而2號線路的這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)分別是8.64mm/m和2.13mm/m；1號線路的最大縱向、橫向曲率變形值分別為0.062mm/m2和-0.003mm/m2，而2號線路的這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)分別是-0.128mm/m2和-0.015mm/m2。因此必須對1、2號線路及1、2號道岔組及時采取維修措施以保證其安全運(yùn)行。

73下21工作面計劃自東向西推進(jìn)。當(dāng)工作面自開切眼推進(jìn)68m后，地表將開始產(chǎn)生輕微的下沉；此后地表沉陷將開始波及到鐵路，鐵路下沉量逐漸增加，下沉速度也將逐漸增加；當(dāng)工作面推過鐵路125m后，鐵路下沉速度達(dá)到最大值70mm/d；隨后鐵路下沉速度將逐漸降低，直至停止下沉；預(yù)計73下21工作面開采影響鐵路時間約為330天左右。在采動影響過程中，預(yù)計鐵路移動變形過程總體上是平穩(wěn)、緩慢變化的，不會出現(xiàn)突然性的劇烈變形，鐵路路基也不會出現(xiàn)嚴(yán)重的裂縫破壞。

4 鐵路下采煤的維護(hù)和治理措施

4.1 下沉區(qū)鐵路路基治理措施 在路基下沉之前，應(yīng)該先進(jìn)行預(yù)先加高加寬。同時保證預(yù)加高的高度與原路基高度一致，且不超過原道床高度。在開采下沉過程中，在采前預(yù)加高加寬的基礎(chǔ)上，按照路基施工規(guī)范要求，分層壓實(shí)厚度及已下沉量，隨路基下沉隨時加高加寬路基，并在原預(yù)設(shè)的排水盲溝的基礎(chǔ)上進(jìn)行加高。

在沉陷進(jìn)入穩(wěn)沉期后，必須按照原設(shè)計的鐵路線路的平面、縱斷面對路基的要求高度和寬度，進(jìn)行徹底整治。

4.2 鐵路軌道變形控制和維修技術(shù)措施 對鐵路軌道變形有較大影響的主要是下沉、沿線路方向水平移動以及垂直線路方向的水平移動三種。

對于第一個因素對鐵路的影響可以采用起道順坡和預(yù)起道兩種技術(shù)措施對其進(jìn)行消除；對于第二個因素對鐵路的影響可以采用開采前軌縫調(diào)整和開采過程中及時調(diào)整軌縫相接合的技術(shù)手段進(jìn)行控制；對于第三個因素對鐵路的影響可以采用撥道和改道的技術(shù)措施進(jìn)行消除。

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作者簡介：

賈忠國（1961-），男，山東鄒城人，高級技師，從事礦山測量工作。