深部高強度開采鐵專線沉降變形規律及線路維護技術研究

摘要：中煤新集公司劉莊煤礦111102工作面橫穿地面鐵路專用線、171305工作面（外段）平行地面鐵路專用線，因工作面回采影響，導致鐵路專用線路基下沉，給軌道線路帶來結構性破壞，影響列車安全通行。為保障礦區煤炭正常外運，根據開采沉陷預計情況，制定了鐵路壓煤開采設計施工方案，同時利用CORS參考基站加強軌道的變形監測，創新管理方法，引進新設備，合理組織人力、物力，摸索出一套塌陷區鐵路專用線治理的成功經驗，為鐵路下煤炭開采治理提供了借鑒意義和參考依據。

關鍵詞：回采? 監測? 路基? 軌道

0 引言

按照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》要求，工礦企業厚煤層及煤層群的采深與分層厚比大于或等于60，鐵路壓煤允許采用全部垮落法進行開采，增加煤炭資源的回收率。中煤新集公司劉莊煤礦111102工作面、171305工作面（外段）采厚比大于60，采用單一傾向長臂后退式綜合機械采煤法，全部垮落法管理頂板。在回采過程中，地表出現裂縫、臺階等現象，造成軌道沉降、變形，影響列車安全運行。中煤新集公司依托現有技術條件，經過反復研究、論證，制定了鐵路壓煤開采設計施工方案，成功解決了煤炭回采對鐵路專用線造成的影響，取得很好的經濟效益和社會效益。

1 111102工作面和171305工作面（外段）概況

劉莊煤礦111102工作面、171305工作面（外段）布置在巨厚松散層下方，其中111102工作面，工作面走向長1578m，工作面寬279m，平均傾角為14°，平均采高4.11m。工作面橫穿鐵路專用線，夾角49°;171305工作面（外段）傾向長1341m～1403m，工作面寬320m，平均傾角為2°，平均采高5.52m。工作面平行鐵路專用線，距離鐵專線103m～117m。

2 地面巖移變化及對鐵專線影響

劉莊煤礦111102工作面和171305工作面（外段）回采，造成地面出現裂縫，鐵路路基下沉，軌道發生偏移、瞎縫等情況，嚴重影響列車安全運行。為指導現場軌道治理，加強軌道沉降、變形監測，在軌道上設置沉降變形監測點50個（T1-T50，間距50m），利用電子水準儀和GPS定期對軌道進行監測，實時反應回采進度與軌道沉降變形關系。板集鐵專線受影響長度約1700m，鐵路路基最大下沉4.95m，沉降活躍期路基最大沉降速率為79mm/d，軌道向東最大偏移值約1.36m。口孜東鐵鐵專線受影響長度約2300m，鐵路路基最大下沉2.33m，沉降活躍期路基最大沉降速率為31mm/d，軌道向南最大偏移值約1.42m。

3 工作面回采影響情況統計分析

為掌握井下工作面推進進度距離鐵專線的距離和地面鐵專線路基沉降變形關系，通過建立地面平面與高程控制網和井下控制系統，定期監測鐵專線路基沉降位移情況和工作面推進情況，繪制井上下對照圖，及時為鐵專線治理提供參考依據。

3.1 劉莊煤礦111102采煤工作面回采影響統計分析

通過對劉莊煤礦111102采煤工作面回采期間，在鐵路路基設置監測樁，全過程監測路基沉降變化情況，分析工作面斜穿鐵專線造成的影響。

3.2劉莊煤礦171305采煤工作面（里段）回采影響統計分析

通過對劉莊煤礦171305采煤工作面（里段）回采期間，在鐵路路基設置監測樁，全過程監測路基沉降變化情況，分析工作面橫穿鐵專線造成的影響。

3.3 工作面回采對鐵專線影響因素分析

根據對111102工作面回采期間對板集鐵專線影響情況和171305工作面（里段）回采期間對口孜東鐵專線影響情況進行統計分析，影響鐵專線沉降速率的相關因素主要有以下幾個方面：

（1）工作面采深-670m～-492m，回采期間最大下沉速率一般不大于90mm/d。

（2）當工作面距離鐵專線約300m，鐵專線開始受回采影響。

（3）當工作面過鐵專線約25m，鐵專線下沉速率接近最大值。

（4）當工作面位于鐵專線正下方時，開采速率越大，下沉速率越大，開采速率減小，下沉速率減小。

（5）采煤工作面位于鐵專線正下方處于停采檢修期間，對地層擾動減少，下沉速率隨之減少，一般保持在20mm/d左右。

（6）當采煤工作面過鐵專線約250m，鐵專線下沉速率將不受開采速率影響，下沉速率逐漸減小。

通過對工作面回采期間對鐵專線的監測分析，為鐵專線軌道治理提供了有力的技術支撐。在鐵專線治理過程中，創新軌道治理方式方法，合理安排作業工序，提出了“軌縫量測法”、“塌陷區段軌縫分解法”、“統一標高法”和“預起道法”等多種軌道治理方法，確保鐵專線塌陷治理安全、高效，保證了列車的安全通行。在今后的塌陷區段治理方面還需要重點做好以下幾個方面的工作：

（1）針對劉莊礦開采十年規劃，至少提前1年制定鐵專線治理方案，并組織實施。

（2）根據以往工作面沉降監測數據，結合即將塌陷工作面實際情況，及時對鐵專線路基進行預加寬、加高施工。

（3）根據工作面與鐵專線相互位置關系和鐵專線沉降速率，制定合理的軌道、路基監測方案，指導軌道治理施工。

（4）根據路基塌陷量、做好軌道治理所需要的物質、設備、人力資源和資金計劃。

（5）根據沉降速率、開采速率和軌道治理效果，可調節回采速率，確保機車的安全通行。

（6）面對當前的安全、環保形勢，根據現場情況，制定安全、高效的路基回填施工方案，確保快速沉降期間，路基回填量滿足軌道治理需要。

4 鐵路專用線維護方法

為了保證鐵路運輸的正常進行，根據鐵路壓煤開采設計施工方案，采取邊塌陷邊治理的施工方法，井下開采沉降與路基回填和軌道治理維護同時進行。

4.1路基回填

口孜東鐵專線路基回填施工采取邊沉陷邊加固的方案，主要選用矸石作為路基的加寬和抬高材料。當路基矸石回填進度無法滿足軌道治理施工需求時，采用灰土進行路基加固施工。路基上口每側寬度為10m，邊坡坡度為1：1.75，用公式表示為

B=2×[1.75×（h1+h2）]+13（1）

式中：B為路基底面寬度，h1為原路肩高度，h2為下沉量，單位：m。

路基加寬從底部地面開始，底部路基加寬應一次完成，并分層壓實。加高部位應按矸石邊坡穩定系數隨加高隨收縮，并與原路基搭接處的夯實，加高部位嚴格遵守《工務安全規則》規定的器具、材料堆放要求。

4.2路基監測

為有效指導路基回填和軌道治理施工，當路基沉降速率大于80mm/d時，每天對塌陷區路基進行監測分析一次;路基沉降速率介于30mm至80mm之間時，每兩天對塌陷區路基進行監測分析一次;路基沉降速率介于10mm至30mm之間時，每3天對塌陷區路基進行監測分析一次;路基沉降速率小于10mm直至穩定，每周對塌陷區路基進行監測分析一次。

4.3軌道維護治理

4.3.1補充道砟、起撥道作業

為方便軌道治理，根據軌道實際情況，調整塌陷區段設計標高，采用統一標高法。開采沉降影響前，根據塌陷沉降預計，對即將塌陷區段用溜砟車進行溜砟，利用起道機械設備進行預起道。開采沉降影響后，根據軌道沉降變形觀測數據，用側翻車和鏟車配合對鐵專線沉降段軌道進行補砟，利用起道機械設備進行起撥道作業，每次起道高度不大于80mm，撥道量不大于100mm。同時根據沉降速率，及時進行組織人力、設備、材料等進行起撥道作業，確保軌道質量和行車安全。

4.3.2調整軌縫

夏季高溫天氣，軌道溫度升高、塌陷區段軌道路基沉降呈現鍋底狀極易造成軌道瞎縫，發生脹軌，影響列車的安全運行。巡道人員每天2次測定塌陷區段軌道軌縫，并根據軌道變化情況，及時調整軌縫，必要時更換短軌，確保軌道不連續出現3處瞎縫，發生脹軌現象。

4.3.3巡道管理

由于塌陷區軌道沉降變形速率較快，為提前預防軌道軌距變化和臺階現象，必須在列車通行前后對軌道進行測量并巡查，及時處理軌道出現的瞎縫和臺階現象，保證列車安全運行，杜絕重大隱患發生。

5 結束語

板集、口孜東鐵路專用線采煤塌陷區軌道治理工程通過創新管理方法，解決了路基回填量大，軌道沉降變形速率快，維護難度高等多種因素影響，符合規范要求，保證了列車的安全運行和礦區煤炭的正常外運。通過治理工程的成功實踐，掌握了礦井深部高強度開采地表巖移規律及地面鐵路維護技術，為工礦鐵路專用線的治理提供一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1]《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》 國家安全監管總局? 2017

[2]《工程測量規范》 中國有色金屬工程總公司? 2008

[3]《鐵路技術管理規程》 中國鐵路總公司? 2014

作者簡介：胡慶禮（1974.11-），安徽鳳臺人，2010年7月畢業于安徽理工大學土木工程專業，主要從事工作建筑工程管理。