煤矿深部开采地表岩移规律及地面铁路维护技术的研究与实践

煤矿深部开采地表岩移规律及地面铁路维护技术的研究与实践

翁宜军

唐山开滦赵各庄矿业有限公司，063199

摘要：伴随着时代的不断发展，我国的煤矿行业也取得了较大的成就。在装备和人力资源有限的条件下，通过对地表下沉资料的监测、分析和研究，认真分析了工作面推进速率和地表下沉的趋势，把握了深层高强度开采的地表岩体运动规律，并运用这一规律指导地面铁路养护，采用“先快后慢”、“预埋”的方法，达到了较好的效果。

关键词：煤矿；深部开采；地表岩移规律；地面铁路维护技术

伴随着时代的发展以及社会的不断进步，人们对于能源的消耗量也在逐年增加，这在一定程度上就导致了能源问题的出现。煤炭是国民经济的支柱产业，我国拥有大量的煤炭，其中煤炭是国家的重要能源，其消耗约70%。煤矿安全发展是保证国家经济持续、稳定发展的先决条件。虽然我国的煤矿资源比较丰富，但是其分布很不平衡，由于煤炭资源具有成本低等特点，因而社会上对于煤炭资源的依赖性还是较高的，有的地方甚至出现了资源短缺的情况，甚至东部的矿产资源比较丰富的老区也出现了严重的资源枯竭现象。如何有效地利用矿山现有的矿产资源，开发其储量，是矿山可持续发展的重要课题。就目前的情况来看，“三下”（建筑物下、铁路下、水里）压煤是最直接的方法。

地面塌陷是由于采空区中的某一矿种被开采后，采空区的岩石压力平衡被破坏，岩石在重力的作用下，会产生一种向上的、向上的、向上的运动，最终到达地面，从而形成一个远大于开采空间的盆地。这种崩塌与构造应力作用下的结构型岩体崩塌有很大的区别，它是由于岩石自身的压力作用而产生的。尽管地面沉降的强度相对于构造型岩体来说是比较小的，但是它所引起的地面沉降却给地面构筑物、耕地、水体、地层环境、地下工程结构等造成了很大的损害。所以，对于煤矿深部开采来说，需要引起人们的重视。

一、项目概况以及相关的实施背景

我们的研究对象为刘庄至板集铁路，这一段铁路通过刘庄矿111101采区，该工作面的平均开采深度为780米，平均煤层厚度为4.1米，表面长度1400米，切孔长度240米，在刘庄矿区111101工作面的持续施工中，地面塌陷对板集铁专线的影响日益突出，对板集电厂运煤列车的安全构成了极大的威胁，随时都有可能切断公司的“生命线”。在设备和人员紧张的条件下，通过对地表下沉资料的监测、分析和研究，对采场推进速率和地表下沉的趋势进行了分析，掌握了深层高强度开采的地表岩体运动规律，并运用这一规律来指导地面铁路的养护，采用先快后慢、预填充的方法，达到了较好的效果。

由于地下采矿会使地面发生位移和变形，而移动区内的铁路线势必受到地面运动和变形的影响。大量的试验数据表明，该地基的位移和变形与地面位移是一致的。若路基沉降、倾斜、曲率变形：在开采浅煤层或开采深度与采掘厚度之比（20倍以下）时，往往出现在地面上的凹坑、沟槽或大阶梯状裂缝。如果地基下面的坑道被破坏，地基就会失去支撑。由于路面突然塌陷，导致地基失稳。如果列车在经过时突然下陷，必然会引起严重的交通事故。在大范围内，或在大范围内，或在大的范围内，或在一定程度上，在一定的范围内，地面或地基的沉降是一个大的、缓慢的、连续的、渐进的。地基沉降、地基纵方向的倾斜和曲率变形会引起纵段的变形，也就是沿纵轴方向的地面倾斜，从而引起路基的侧向倾斜。在水平方向上，路基的弯曲变形非常轻微。

二、设想解决的问题以及相应的预期效果

（一）设想解决的问题

1、确定11101工作面与地面轨道相对应的沉陷区域，并比较精确地预测了采动距离与矿体沉降之间的关系。

2、监测资料能够较为精确的反映出铁路沉降期、沉降量、沉降率、沉降坡度等的变化。

通过相应的监测资料，能够精确地预报工作面推进速度与轨道沉降之间的关系：工作面向下至距轨道开始沉降的距离；最大沉降距离；其次，能够重点确定板集铁路下沉速度最快、下沉量最大、最活跃的一段；通过数据信息，能够识别出最大沉降斜率的特征点；还可判断沉降深度、路段、沉降趋势。

(二)预期效果

通过监测资料，可以方便、快捷、可靠地进行线路维修，节省人力物力，减少维修费用，确保线路安全。这样也能够在一定程度上确保煤矿深部开采的可持续化。

三、使用的相关技术原理及方法

经过相关的调查研究显示，刘庄矿区111101面的开采活动，通过冒落带、裂缝带、弯曲带向地面，使其发生了沉陷和变形。根据《煤矿测量规程》和《工程测量规范》的有关规定，板集铁路监测站的所有人员在塌陷区域内共设置了100个监测点和控制点。这项技术采用了水准测量以及平面测量相结合的方式，通过使用相应的电子水准仪以及GPS技术进行测量，这样就能够在一定程度上确保数据信息的来源可靠，具有相应的信服度。除此之外，相关的施工人员还可以通过定期或者不定期的从现场监测从而可以采集到较为原始可信服的数据信息，为项目工程的进一步开展提供了一定的借鉴。

四、相关成果的创新点

(一)对采场回采及铁专线沉降监测资料进行分析，并编制了沉降趋势图

针对111101矿不同开采条件，在111101工作面相应的地面轨道上，设立下沉降监测点、控制监测点，并定期或取样进行现场监测，将采集到的数据进行整理、分类、汇总和处理。

它能更精确、更真实地反映出地面沉降的范围和深度：①从各日期的沉降趋势图上可以看到，从T25到T29的沉降量仍然很大，每天都有大约20 mm的沉降量，但沉降量在T24到T29的范围内，下降幅度越来越大。②轨道因频繁起道、整道，总体斜率均为1%，最高不超过3%，无法反映111101工作面采动的影响，而路基下沉变形真实反映了111101工作面采动影响而导致地表移动变形，而路基下沉变形真实反映了111101工作面采动影响而导致地表移动变形，最近6天内下沉坡度最大最陡的在T27与T28点之间都达到了10%以上（但每日相对平稳，没有突然下降）。这一段是轨道压缩变形最大的地段，今后的修轨整道将是主要的施工范围。但是，我们也不能忽略其它的活动地区。

（二）通过分析，找到了下沉过程中最活跃的点、最大的下沉量

特征点L28,L30，从24毫米起，“最大沉降量为67毫米。T27和T28段的沉降均超过10%，是最大的沉降斜坡。

(三)运用研究规律，在地面轨道养护中运用，发现了轨道管理的途径

在轨道两侧可以通过预先充填适量的煤矸石，从而使得路基在沉降时保持高出轨面；其次，在铁路区段，应该要充分准备好道碴，这样能够确保列车在沉降期间的安全运行。

结束语：

综上所述，经过相关的调查研究，可以发现，通过深部高强度的开采工作，在一定程度上可以实现开采地表岩移的效果，对于把握其规律来说有着很好的促进作用。此外，这就要求相关的施工部门应该积极的利用这个规律进行地面铁路的维护工作，这样就能在一定程度上保证相关施工公司的“生命线、效益线”的正常运行，与此同时，还促进了相关施工公司对于工程治理环节的创新性发展，为日后的施工积累了丰富且宝贵的经验。

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