在铁路运行中如何安全回采以达到效益最大化和安全保障

　　摘要：本文介绍了潞安集团常村煤矿对铁路下采煤地表与铁路移动变形预计，并采取合理的开采方案和安全技术措施，在铁路运行不中断的条件下安全回采，实现效益最大化和安全保障。

　　关键词：铁路下,采煤技术研究,安全技术措施

　　潞安集团常村煤矿S3-11、S3-12工作面上方贯穿着一条潞安集团郭庄矿的铁路专用线，该条铁路于2006年6月开工建设，2010年2月正式通车，设计年发运能力为300万吨，该线路为单线运输，等级为工企Ⅱ级。由于郭庄矿铁路专用线压煤影响，给常村矿S3-11、S3-12工作面的正常回采带来困难，严重影响了矿井的生产衔接和生产效率的提高。通过以开采沉陷预计为基础，根据具体的地质采矿条件和开采布局，提出了开采方案、开采安全技术措施和铁路维护安全技术措施以及地表与铁路移动变形观测方案，做到常村煤矿两个工作面在铁路运行不中断的条件下安全回采，实现效益最大化和安全保障。

　　1 基本概况

　　1.1S3-11、S3-12工作面的地质采矿条件

　　S3-11、S3-12工作面位于S3采区下部，东侧紧邻S3-9工作面，正在回采，西侧为实煤体，地面为老军庄村，北侧为一煤化工企业的保护煤柱，南侧为S3采区准备巷道。

　　图1 综合柱状简图

　　该矿主要开采山西组3#煤,煤层平均厚度6m左右，煤层倾角4°左右，采深325～631m。根据该区域范围2019号钻孔柱状图显示，3#煤层底板深461.65m，煤厚5.92m，其上覆地层中，第四纪表土层厚51.35m，主要为黄土，夹姜石，并含数层流砂，其下主要为砂岩、泥岩、砂质泥岩等组成，整个覆岩岩性属中硬。

　　整个地层详见图1

　　1. 2郭庄煤矿自用铁路概况

　　该铁路专用线正线DK1+100～DK2+900区段通过S3-11、S3-12工作面上方，该段路基工程主要为低路堤和路堑，路堤填料采用第四系黄土状粉质粘土，路堤最大高度为3.17m，路堑最大深度为1.18m，路堤坡度1：1.5，路堑坡度1:1。

　　S3-11、S3-12工作面与铁路专用线的关系见图2

　　1. 3布置情况

　　S3-11工作面走向长1690m，倾斜宽223.5m，煤厚5.84～6.13m，倾角4°，采深463～510m。该工作面受陷落柱KX47影响，分两个阶段进行开采。S3-12工作面走向长1250，倾斜宽273m，煤厚5.45～6.13m，倾角3°，采深463～494m。该工作面受老军庄东部数栋民房压煤影响，可采长度仅为877m。采煤方法为大采高全部垮落法综采放顶煤。

　　2地表与铁路的移动变形预计

　　地下矿体开采后，地表按一定规律形成塌陷盆地，在塌陷盆地范围内的不同位置将产生大小不同的沉陷变形。采用概率积分法对地表沉陷变形进行计算。其参数为：

　　下沉系数： q=0.82;

　　水平移动系数： b=0.3;

　　主要影响角正切：tgβ=2.4～2.7;

　　拐点偏移距： S =0.1H;

　　开采影响传播角：θ=90°-0.7α

　　式中：α——煤层倾角，°。

　　H——煤层开采深度，m。

　　煤层采厚M=6m，地表标高取+936m。

　　3采动影响分析

　　地表沉陷将在地面形成一个比地下开挖空间范围大得多的下沉盆地，并对影响范围内的铁路造成一定的影响，直接危害铁路行车安全。下面结合地表沉陷变形情况，对铁路及上部建筑的影响情况作进一步分析。

　　3.1路基：正常开采时，地表沉陷变形较为活跃，地表下沉速度较大、下沉值大，铁路路基的不断下沉，需及时回填、抬高路基。路基高度增大后，对其稳定性也有一定影响。

　　3.2线路坡度：沿线路方向的最大倾斜变形值为20mm/m，超过了设计中规定的最大纵坡5‰的要求。

　　3.3钢轨水平：垂直于线路方向的倾斜变形值达22mm/m，远超规程规定的垂直于线路方向的地表倾斜值应小于2.8‰的技术标准。

　　3.4线路爬行：沿线路方向的最大水平移动值为1256mm，水平移动变形剧烈，将造成线路的爬行。

　　3.5轨缝：沿线路方向的最大拉伸变形值为11.0mm/m，最大压缩变形值为9.9mm/m，变形对铁路影响非常明显，轨缝将随采动影响扩大或减小。

　　3.6其它设施：地表沉陷变形会对铁路沿线的过水涵洞有可能造成涵洞垮塌或者被掩埋;地表沉陷对通信设施、电力设施的正常运行也有一定的不利影响，造成设施设备发生倾斜，相对位置发生变化，通信电缆、电力电缆出现松弛或拉紧现象，特别是横跨铁路的电力电缆，其对地安全距离会随铁路路基加高而显著减小，给列车的运行带来安全隐患。

　　4铁路维护技术措施

　　4.1路基治理：路基治理工程分为采前的预加高加宽，采中的随下沉加高加宽、采后的永久恢复三部分。

　　4.2轨枕：为便于维修过程中的起道、拨道工作，提高下沉区铁路治理效率，把预计下沉量超过500mm以上的铁路地段的混凝土枕更换为木枕，待路基稳定后再恢复成混凝土枕。

　　4.3道床：在回填路基起道时，道床应按规范要求采用石子道碴，不能采用矸石或黏土。

　　4.4顺坡：维修时可适应下沉盆地这一特性，只对捣固不实而产生的小坑洼进行小量起道，消除局部失格处所，并在较长范围内顺坡，使线路的水平、前后高低经常满足《铁路工务规则》的规定，保证列车的安全运行。

　　4.5起道：起道是消除线路纵断面变形的一种主要维修措施。当线路下沉积累到一定程度时，应及时进行起道，使轨面恢复到原有的标高。线路起道工作中，应合理调节起道周期和一次起道量，设法延长起道周期，加大一次起道量，减少起道扰动和路基回缩的影响，确保线路的相对稳定。

　　4.6拔道：拨道是消除线路横向移动最常用的方法。该方法是随着线路的横向移动，不断将线路的钢轨和轨枕一起拨到原来平面位置，使线路恢复到原先状态。

　　4.7串轨：线路纵向移动主要反映在轨缝的变化上，通过及时调整轨缝即串轨的办法消除有害影响。

　　4.8沉降观测：工作面开采期间定期对铁路进行观测，对移动与变形严重的区段应实施重点监测,发现问题，应及时通知铁路维修部门，以便制定相应的通行或限行方案。

　　5结论

　　5.1地表与铁路的移动变形预计、分析结果，为实现铁路下安全回采起到了重要的指导作用，为铁路的维修提供了基础数据。同时对指导类似的地质采矿条件下的地表移动变形研究具有重要的意义。

　　5.2对铁路维修的措施严密可行，采动影响分析和实际基本相符，为铁路下采煤奠定了良好的基础。

　　5.3经济效益可观，初步统计，铁路专用线压煤量约为227.27万t，约占这两个工作面地质储量的46.3%。为安全合理地开采地下煤炭资源，提出了切实可行的开采方案，资源回收率高。具有较高的经济效益和社会效益。

　　参考文献

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　　[2] 张国良，朱家钰，顾和和.矿山测量学.徐州：中国矿业大学出版社，2000.

　　[3] 何国清，杨仑，贾风彩等.矿山开采沉陷学.北京：中国矿业大学出版社，1994

　　[4]中华人民共和国能源部，《煤矿测量规程》，煤炭工业出版社，1989.

　　[5] 中国统配煤矿总公司生产局，《煤矿测量手册》北京，煤炭工业出版社，1990.

　　本文选自《中国石油和化工标准与质量》。  《中国石油和化工标准与质量》杂志是由中国石油和化学工业协会主管，中国化工信息中心、中化化工标准化研究所主办的国内外公开发行的国家级期刊(国内刊号：CN11-5385/TQ;国际刊号:ISSN1673-4076;邮发代号：2-789)。
 

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