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(lái)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(jì)情況,制定了鐵路壓煤開采設(shè)計(jì)施工方案,同時(shí)利用CORS參考基站加強(qiáng)軌道的變形監(jiān)測(cè),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(cè)? 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(zhǎng)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(tái)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(jì)施工方案,成功解決了煤炭回采對(duì)鐵路專用線造成的影響,取得很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(chǎng)軌道治理,加強(qiáng)軌道沉降、變形監(jiān)測(cè),在軌道上設(shè)置沉降變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)50個(gè)(T1-T50,間距50m),利用電子水準(zhǔn)儀和GPS定期對(duì)軌道進(jìn)行監(jiān)測(cè),實(shí)時(shí)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(zhǎng)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??谧螙|鐵鐵專線受影響長(zhǎng)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(jì)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(cè)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(duì)照?qǐng)D,及時(shí)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(jì)分析
通過對(duì)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(cè)樁,全過程監(jiān)測(cè)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(jì)分析
通過對(duì)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(cè)樁,全過程監(jiān)測(cè)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(duì)鐵專線影響因素分析
根據(jù)對(duì)111102工作面回采期間對(duì)板集鐵專線影響情況和171305工作面(里段)回采期間對(duì)口孜東鐵專線影響情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,影響鐵專線沉降速率的相關(guān)因素主要有以下幾個(gè)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(shí),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(duì)地層擾動(dòng)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(duì)工作面回采期間對(duì)鐵專線的監(jiān)測(cè)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(cè)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(gè)方面的工作:
(1)針對(duì)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(cè)數(shù)據(jù),結(jié)合即將塌陷工作面實(shí)際情況,及時(shí)對(duì)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(cè)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(jì)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(duì)當(dāng)前的安全、環(huán)保形勢(shì),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(jì)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(shí)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(wú)法滿足軌道治理施工需求時(shí),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(cè)
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(shí),每天對(duì)塌陷區(qū)路基進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析一次;路基沉降速率介于30mm至80mm之間時(shí),每?jī)商鞂?duì)塌陷區(qū)路基進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析一次;路基沉降速率介于10mm至30mm之間時(shí),每3天對(duì)塌陷區(qū)路基進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析一次;路基沉降速率小于10mm直至穩(wěn)定,每周對(duì)塌陷區(qū)路基進(jìn)行監(jiān)測(cè)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(jì)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(jì),對(duì)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(cè)數(shù)據(jù),用側(cè)翻車和鏟車配合對(duì)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(shí)根據(jù)沉降速率,及時(shí)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(cè)定塌陷區(qū)段軌道軌縫,并根據(jù)軌道變化情況,及時(shí)調(diào)整軌縫,必要時(shí)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(tái)階現(xiàn)象,必須在列車通行前后對(duì)軌道進(jìn)行測(cè)量并巡查,及時(shí)處理軌道出現(xiàn)的瞎縫和臺(tái)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(yǔ)
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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作者簡(jiǎn)介:胡慶禮(1974.11-),安徽鳳臺(tái)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。