深部高強(qiáng)度開采鐵專線沉降變形規(guī)律及線路維護(hù)技術(shù)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(dǎo)致鐵路專用線路基下沉，給軌道線路帶來結(jié)構(gòu)性破壞，影響列車安全通行。為保障礦區(qū)煤炭正常外運(yùn)，根據(jù)開采沉陷預(yù)計情況，制定了鐵路壓煤開采設(shè)計施工方案，同時利用CORS參考基站加強(qiáng)軌道的變形監(jiān)測，創(chuàng)新管理方法，引進(jìn)新設(shè)備，合理組織人力、物力，摸索出一套塌陷區(qū)鐵路專用線治理的成功經(jīng)驗(yàn)，為鐵路下煤炭開采治理提供了借鑒意義和參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：回采? 監(jiān)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(shè)與壓煤開采規(guī)程》要求，工礦企業(yè)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(jìn)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(jī)械采煤法，全部垮落法管理頂板。在回采過程中，地表出現(xiàn)裂縫、臺階等現(xiàn)象，造成軌道沉降、變形，影響列車安全運(yùn)行。中煤新集公司依托現(xiàn)有技術(shù)條件，經(jīng)過反復(fù)研究、論證，制定了鐵路壓煤開采設(shè)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(jīng)濟(jì)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(xiàn)裂縫，鐵路路基下沉，軌道發(fā)生偏移、瞎縫等情況，嚴(yán)重影響列車安全運(yùn)行。為指導(dǎo)現(xiàn)場軌道治理，加強(qiáng)軌道沉降、變形監(jiān)測，在軌道上設(shè)置沉降變形監(jiān)測點(diǎn)50個（T1-T50，間距50m），利用電子水準(zhǔn)儀和GPS定期對軌道進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)時反應(yīng)回采進(jìn)度與軌道沉降變形關(guān)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(tǒng)計分析

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

3.1 劉莊煤礦111102采煤工作面回采影響統(tǒng)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(shè)置監(jiān)測樁，全過程監(jiān)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(tǒng)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(shè)置監(jiān)測樁，全過程監(jiān)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(jù)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(jìn)行統(tǒng)計分析，影響鐵專線沉降速率的相關(guān)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(dāng)工作面距離鐵專線約300m，鐵專線開始受回采影響。

（3）當(dāng)工作面過鐵專線約25m，鐵專線下沉速率接近最大值。

（4）當(dāng)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(dāng)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(jiān)測分析，為鐵專線軌道治理提供了有力的技術(shù)支撐。在鐵專線治理過程中，創(chuàng)新軌道治理方式方法，合理安排作業(yè)工序，提出了“軌縫量測法”、“塌陷區(qū)段軌縫分解法”、“統(tǒng)一標(biāo)高法”和“預(yù)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(qū)段治理方面還需要重點(diǎn)做好以下幾個方面的工作：

（1）針對劉莊礦開采十年規(guī)劃，至少提前1年制定鐵專線治理方案，并組織實(shí)施。

（2）根據(jù)以往工作面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合即將塌陷工作面實(shí)際情況，及時對鐵專線路基進(jìn)行預(yù)加寬、加高施工。

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

（4）根據(jù)路基塌陷量、做好軌道治理所需要的物質(zhì)、設(shè)備、人力資源和資金計劃。

（5）根據(jù)沉降速率、開采速率和軌道治理效果，可調(diào)節(jié)回采速率，確保機(jī)車的安全通行。

（6）面對當(dāng)前的安全、環(huán)保形勢，根據(jù)現(xiàn)場情況，制定安全、高效的路基回填施工方案，確?？焖俪两灯陂g，路基回填量滿足軌道治理需要。

4 鐵路專用線維護(hù)方法

為了保證鐵路運(yùn)輸?shù)恼＿M(jìn)行，根據(jù)鐵路壓煤開采設(shè)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(hù)同時進(jìn)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(dāng)路基矸石回填進(jìn)度無法滿足軌道治理施工需求時，采用灰土進(jìn)行路基加固施工。路基上口每側(cè)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(yīng)一次完成，并分層壓實(shí)。加高部位應(yīng)按矸石邊坡穩(wěn)定系數(shù)隨加高隨收縮，并與原路基搭接處的夯實(shí)，加高部位嚴(yán)格遵守《工務(wù)安全規(guī)則》規(guī)定的器具、材料堆放要求。

4.2路基監(jiān)測

為有效指導(dǎo)路基回填和軌道治理施工，當(dāng)路基沉降速率大于80mm/d時，每天對塌陷區(qū)路基進(jìn)行監(jiān)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(qū)路基進(jìn)行監(jiān)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(qū)路基進(jìn)行監(jiān)測分析一次;路基沉降速率小于10mm直至穩(wěn)定，每周對塌陷區(qū)路基進(jìn)行監(jiān)測分析一次。

4.3軌道維護(hù)治理

4.3.1補(bǔ)充道砟、起撥道作業(yè)

為方便軌道治理，根據(jù)軌道實(shí)際情況，調(diào)整塌陷區(qū)段設(shè)計標(biāo)高，采用統(tǒng)一標(biāo)高法。開采沉降影響前，根據(jù)塌陷沉降預(yù)計，對即將塌陷區(qū)段用溜砟車進(jìn)行溜砟，利用起道機(jī)械設(shè)備進(jìn)行預(yù)起道。開采沉降影響后，根據(jù)軌道沉降變形觀測數(shù)據(jù)，用側(cè)翻車和鏟車配合對鐵專線沉降段軌道進(jìn)行補(bǔ)砟，利用起道機(jī)械設(shè)備進(jìn)行起撥道作業(yè)，每次起道高度不大于80mm，撥道量不大于100mm。同時根據(jù)沉降速率，及時進(jìn)行組織人力、設(shè)備、材料等進(jìn)行起撥道作業(yè)，確保軌道質(zhì)量和行車安全。

4.3.2調(diào)整軌縫

夏季高溫天氣，軌道溫度升高、塌陷區(qū)段軌道路基沉降呈現(xiàn)鍋底狀極易造成軌道瞎縫，發(fā)生脹軌，影響列車的安全運(yùn)行。巡道人員每天2次測定塌陷區(qū)段軌道軌縫，并根據(jù)軌道變化情況，及時調(diào)整軌縫，必要時更換短軌，確保軌道不連續(xù)出現(xiàn)3處瞎縫，發(fā)生脹軌現(xiàn)象。

4.3.3巡道管理

由于塌陷區(qū)軌道沉降變形速率較快，為提前預(yù)防軌道軌距變化和臺階現(xiàn)象，必須在列車通行前后對軌道進(jìn)行測量并巡查，及時處理軌道出現(xiàn)的瞎縫和臺階現(xiàn)象，保證列車安全運(yùn)行，杜絕重大隱患發(fā)生。

5 結(jié)束語

板集、口孜東鐵路專用線采煤塌陷區(qū)軌道治理工程通過創(chuàng)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(hù)難度高等多種因素影響，符合規(guī)范要求，保證了列車的安全運(yùn)行和礦區(qū)煤炭的正常外運(yùn)。通過治理工程的成功實(shí)踐，掌握了礦井深部高強(qiáng)度開采地表巖移規(guī)律及地面鐵路維護(hù)技術(shù)，為工礦鐵路專用線的治理提供一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

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[2]《工程測量規(guī)范》 中國有色金屬工程總公司? 2008

[3]《鐵路技術(shù)管理規(guī)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(yè)于安徽理工大學(xué)土木工程專業(yè)，主要從事工作建筑工程管理。