73下21工作面开采对矿区铁路的影响与分析

贾忠国 王保安 魏辉

摘要：针对机械化开采地表移动变形剧烈的特点，依据工作面开采对铁路下沉的影响，分析制定了采动过程中地面铁路维修的各种技术措施，采用了快速观测铁路变形的测量方法，求得了铁路下沉值；为铁路下安全开采提供可靠的技术参数，保证矿区铁路的安全畅通。

关键词：三下采煤 地表移动 影响与分析

1 概述

1.1 矿田概况 南屯井田含煤地层主要有二叠系下山西组和石炭系上统太原组、中统本溪组组成。共含有可采与局部可采煤层7层，平均煤层总厚为12.53m；其中主采煤层3上、3下、主采煤层，厚度大且稳定，适合于综放开采。

1.2 地面铁路情况简介 矿区铁路专用线分为I、II号线、都在73下21工作面上方通过。除铁路线路外，在73下21工作面上方及附近还有二组铁路道岔，将可能受到其采动影响。附近有大东章车站机车维修区及其附属建筑物，区内有水塔和多幢楼房，其中3层楼部分建筑面积约为2000m2，两层楼部分建筑面积约为600m2，平房部分建筑面积约为740m2。在厂区建筑物东侧和矿区铁路大兴线之间为机车维修区。

2 矿区铁路的保护与建筑物的保护设防标准

2.1 矿区铁路的保护与设防标准 根据《铁路工务规则》：曲线段线路双轨超高度的最大限度不得超过150mm，单线上、下行列车速度相差悬殊时不得超过125mm；两轨面的实际超高度与设计超高度相比较，其差值不得超过±4mm。据此，可以反算出垂直于线路方向的允许地表倾斜变形值应小于2.8mm/m。

根据《铁路工务规则》规定，线路上大轨缝（超过下列标准的轨缝为大轨缝：对12.5m钢轨，夏季为8mm，冬季为16mm；对25m钢轨，夏季为12mm，冬季为17mm）不得超过5%。在钢轨未达到最高轨温情况下，不容许有连续三个以上的瞎缝。

2.2 建筑物的保护与设防标准 当由于开采沉陷形成的地表变形达到一定程度后，就会使建筑物受到破坏，地表变形值的大小和建（构）筑物本身抵抗采动变形的能力强弱决定了建（构）筑物受开采影响的损坏程度。2000年5月国家煤炭工业局曾经颁布过相关规程，指出了长度或变形缝区段内长度小于20米的砖混结构建筑物的损坏等级划分标准。

3 開采沉陷预计及其对铁路和道岔的影响分析

3.1 开采沉陷预计模型和预计参数 本次地表移动变形预计采用概率积分法模型，根据概率积分法的基本原理，综合分析73下21工作面重复采动开采沉陷预计的下沉值，预计参数下沉系数0.78；水平移动系数0.30；主要影响角正切2.1；主要影响传播角90°-0.45α；拐点偏距0.075H。

3.2 73下21工作面开采对铁路线路和道岔的影响预计与分析 根据选定的预计参数，73下21工作面开采后，1号线路的最大下沉值为272mm，而2号线路的这项数据是1500mm；1号线路的最大纵向、横向水平移动值分别为346mm和23mm，而2号线路的这两项数据分别是617mm和196mm；1号线路的最大纵向、横向水平变形值分别是4.36mm/m和-0.23mm/m，而2号线路的这两项数据分别是8.97mm/m和-1.15mm/m；1号线路的最大纵向、横向倾斜变形值分别是4.92mm/m和0.27mm/m，而2号线路的这两项数据分别是8.64mm/m和2.13mm/m；1号线路的最大纵向、横向曲率变形值分别为0.062mm/m2和-0.003mm/m2，而2号线路的这两项数据分别是-0.128mm/m2和-0.015mm/m2。因此必须对1、2号线路及1、2号道岔组及时采取维修措施以保证其安全运行。

73下21工作面计划自东向西推进。当工作面自开切眼推进68m后，地表将开始产生轻微的下沉；此后地表沉陷将开始波及到铁路，铁路下沉量逐渐增加，下沉速度也将逐渐增加；当工作面推过铁路125m后，铁路下沉速度达到最大值70mm/d；随后铁路下沉速度将逐渐降低，直至停止下沉；预计73下21工作面开采影响铁路时间约为330天左右。在采动影响过程中，预计铁路移动变形过程总体上是平稳、缓慢变化的，不会出现突然性的剧烈变形，铁路路基也不会出现严重的裂缝破坏。

4 铁路下采煤的维护和治理措施

4.1 下沉区铁路路基治理措施 在路基下沉之前，应该先进行预先加高加宽。同时保证预加高的高度与原路基高度一致，且不超过原道床高度。在开采下沉过程中，在采前预加高加宽的基础上，按照路基施工规范要求，分层压实厚度及已下沉量，随路基下沉随时加高加宽路基，并在原预设的排水盲沟的基础上进行加高。

在沉陷进入稳沉期后，必须按照原设计的铁路线路的平面、纵断面对路基的要求高度和宽度，进行彻底整治。

4.2 铁路轨道变形控制和维修技术措施 对铁路轨道变形有较大影响的主要是下沉、沿线路方向水平移动以及垂直线路方向的水平移动三种。

对于第一个因素对铁路的影响可以采用起道顺坡和预起道两种技术措施对其进行消除；对于第二个因素对铁路的影响可以采用开采前轨缝调整和开采过程中及时调整轨缝相接合的技术手段进行控制；对于第三个因素对铁路的影响可以采用拨道和改道的技术措施进行消除。

参考文献：

[1]王金庄，吴立新.矿山开采沉陷及其损害防治[M].北京：煤炭工业出版社，1996.

[2]王喜富，亓爱国，陶永宏.矿区专用铁路开采沉陷预计及治理系统研究[J].矿业研究与开发，2004（03）.

[3]蔡鸿泰.矿区铁路安全现状分析及对策[J].煤矿现代化，2008（02）.

作者简介：

贾忠国（1961-），男，山东邹城人，高级技师，从事矿山测量工作。