铁路经过煤矿区的可行性应注意的几个问题.pdf

煤芷遮 土巡 生筮3 期 廖i 毒t 誊- 二氍剪强簦戆。渗渗豫．誊i 簿鹫溪鬣鬻- 辑i 黪强黪黪r 铁路经边警磐警睁谚缚蜂孥爨毒謦几个问题 中煤设计集团武汉设计研究院蔡武军李东印 摘要本文提出了对铁路经过煤矿区适宜性评价时应注意的几个问题，并简单介绍了 防止地表突然塌陷和减小地表变形可以采取的几种措施。 关键词三下采煤电算法预测地表变形可行性 随着社会主义市场经济的发展，国家铁路及 地方铁路的建设蒸蒸日上，形成了更加稠密的铁 路运输网，因此，铁路经过煤矿区的情况是在所难 免的。最近，我院完成了对新建铁路白坪至白沙 段 地方I 级 经过登封煤矿区的可行性评价报 告，从中体会到在作此类评价时应注意的几个关 键问题，特提出供讨论。 1 煤矿开采所产生的地表移动规律 在建筑物、水体、铁路下采煤统称为“三下采 煤”。要解决“三下采煤”问题，首先必须了解煤矿 开采所产生的地表移动规律。实践证明，地表的 变形和移动规律与煤体上覆岩层的性质、采深与 分层采厚比、开采完成的时间、开采方式及工作面 布置方式等因素有关，且各种因素相互影响。 1 ．1 与上覆岩层的岩性之间的关系 煤层开采达到一定面积时，采空区上覆岩层 原有平衡被打破，产生冒落、断裂和变形等一系列 变形破坏 图1 ，影响到地表则形成地表移动盆 地。伴随地表移动盆地形成的同时，产生下沉、裂 缝、倾斜和水平位移等一系列变形现象。不同的 变形程度将对铁路建设和使用产生不同的影响， 如路基连续下沉、突然下沉、线路偏移、曲率改变 等。 不同的采场一围岩平衡结构状态下，覆岩破 坏形式和地表塌陷形式见表1 。 1 ．2 与采深采厚比的关系 煤层的埋深达到一定深度时，煤层开采对地 表的影响将小得可以不计。而实际工作中，较多 的却是中浅部煤层的开采。“三下”采煤规程中 A 8 图1 岩石层移动的一般规律 I 一冒落带；Ⅱ一裂缝带；Ⅲ一整体移动带； 3 ．5 倍采厚；9 1 5 倍采厚；直达地表 根据不同的铁路级别，制定了相应的便于撑握的 采深采厚比数值 表2 。 表1不同覆岩条件下的破坏形式 采场围岩覆岩 覆岩性质 地表塌陷形式 平衡结构破坏形式 全部为易冒落 岩层 悬臂梁或砌体梁 “三带”型 连续变形 煤层上方一定 高度有坚硬岩自然拱或砌体拱拱冒型连续变形 层 全部为极坚硬板式平衡结构弯曲型连续变形 岩层 突然垮陷冒落 局部为坚硬岩 不稳定结构切冒型 带、裂隙带直达 层且采深浅 地表 主要为极软岩突然蹋陷地表 层或土层且采不稳定结构抽冒型出现漏斗状蹋 深浅 陷坑 万方数据 巡 生筮三翅煤芷遮 土2 表2铁路级别与采深采厚比对应表 开采， 采深 分层 采厚比 顶板管理 铁路级别 试采 薄及中厚煤层厚煤层 方法 开采， 国家一级全部陷落法 试采大于1 5 0 大于2 0 0 开采，， 国家二级全部陷落法 试采大于1 0 0大于1 5 0 开采大于6 0 大于8 0 国家三级 全部陷落法 试采大于4 0大于6 0 工矿企业 开采 大于4 0大于6 0 全部陷落法 专用 试采大于2 0大于4 0 同时，应该注意，在铁路下采煤时，即使采深 采厚比符合表中数字，但其最小深度中的基岩厚 度必须大于冒落带高度。 1 ．3 与开采完成时间的关系 煤层开采后地表是否达到稳定，与地表移动 的延续时间有密切关系。而地表移动的延续时间 主要取决于煤层开采深度、开采面积、工作面推进 速度、采煤方法及覆岩性质等。一般规律是在开 采深度小、开采面积大、推进速度快、采用长壁式 全部陷落法开采及覆岩岩性中硬以下的条件下， 地表移动速度快，延续时间短，反之，地表移动的 时间相应增加。 地表移动延续时间按其下沉绝对值分为三个 阶段起始阶段从地表下沉值达到1 0 t 砌时起，到 下沉速度等于5 0 Ⅱ，“月为止；活跃阶段的下沉速 度大于5 0 肼I l ／月 急倾斜煤层的下沉速度大于 3 0 r I ⅡI l ／月 ；衰减阶段是从活跃阶段结束时开始， 到6 个月内下沉值不超过3 0 m m 时为止。一般可 用下列经验公式计算地表移动的延续时间 r I 、总 7 2 H ／C T 活 2 1 ．5 H ／C 一0 ．0 9 H ／C 2 式中吒一地表移动总时间，月； T 活一地表移动活跃阶段的时间，月； C 一工作面推进速度，l l l ／月； H - 一开采深度，m 。 活跃阶段的下沉又称瞬时下沉，约占地表移 动总量的8 5 ％，甚至更多。铁路建设应尽量避开 该阶段。 煤矿总工程师工作指南中对地表移动延续 时间总结有如下规律采深1 0 0 m 以内时，8 ～1 0 个月；采深1 0 0 ～2 0 0 m 时，1 2 ～2 4 个月；采深3 0 0 m 时，2 4 ～3 5 个月。 另外，有美国学者指出，地表下沉除瞬时下沉 外，还有残余下沉现象，即沉陷地层的逐渐压实阶 段，该下沉变形量较小。非充分采动时，为总下沉 量的9 ％；充分采动时，为总下沉量的2 ～3 ％。铁 路建设应考虑该部分变形量。 2 电算法预测地表变形情况 电算法是针对地表连续变形，采用概率积分 法作为计算方法，以正态分布函数作为影响函数， 用积分式表示地表下沉盆地剖面。 电算法需确定的开采技术条件表土层厚度、 采深、分层采厚、工作面各拐点坐标、煤层倾角、煤 层走向角。需确定的移动参数下沉系数、主要影 响角正切、水平移动系数、开采影响传播系数、重 复采动影响系数等。 利用电算法可以较好地预测煤层采出后地表 的移动变形情况，以数字方式具体表示不同位置 的地表移动变形情况，可以较好地指导设计和生 产。附煤矿开采后白坪。白沙铁路局部地表下沉 曲线图。 F 沉曲线 厚度2 ．5 m m l n 图2 白坪一白沙铁路局部地表下沉曲线图 3 防止和减少地表移动与变形可采取的措施 在铁路下采煤时，当根据电算预测的地表变 形超过其允许变形时，可以从开采方面采取措施， 以减少地表变形。 3 ．1防止地表突然下沉的措施 1 铁路自缓倾斜、倾斜煤层的浅部通过时，可 采用倾斜分层采煤方法，并且要适当减少第一、二分 层的开采厚度。 2 开采急倾斜煤层时，应尽量采用分层间歇 采煤法，并要求顶板一次暴露面积不能过大。 万方数据 8 煤芷遮盐塑 生筮墨翅 3 煤层顶板岩层坚硬不易冒落时应采用人 工放顶。 4 必须慎重调查沿线附近小窑采空区、废巷、 岩溶等开采、冒落沉陷及地质资料，防止因疏干老窑 积水及疏降岩深含水层水位时，造成地表突然塌陷。 3 ．2 减少地表下沉的措施 减少地表下沉值是保护铁路的有效途径，其 措施一般为充填采煤法、条带开采法和分层限厚 开采法。常用的充填方法主要有水砂充填和风力 充填。条带开采是将开采块段划分为比较正规的 条带形状，采一条留一条，使留下的条带煤柱能够 承受住上覆岩层的载荷，地表只发生较小的移动 和变形。厚煤层分层开采时，应控制每一分层的采 出厚度，使其回采变形值不超过地表允许变形值。 3 ．3 减少地表变形的措施 1 要减小地表的变形值，必须合理布置采煤 工作面，使铁路路基下尽量不出现开采边界；在煤 层群和厚煤层开采时，不要使开采边界重合布置， 并要尽量远离铁路路基等。 2 提高回采速度，使地表下沉速度加快，以 缩短动态变形时间。 3 回收保安煤柱时，不应残留煤柱，否则将 对地表产生叠加影响。 生”着诸多小煤窑生产。即指那些不在规划之列、 无设计、无计划的小煤矿。其开采具有盲目性和 非法性。由于是非正规开采，其地表下沉规律很 难掌握，给铁路的建设和生产带来很大隐患。对 此，要慎重对待。选线能避开的尽量避开，实在不 能避开时，要设法搜集这些小窑的开采深度、范 围，作出采空区是否稳定的判断；要通过煤炭和矿 业管理部门对非法开采的小窑要勒令停办。对非 要通过浅部不规则小煤窑开采区，又不能判断是 否稳定，在铁路施工时要采取其他结构措施。 5 小结 对铁路经过煤矿区的适宜性评价是一个综合 性的课题，应对煤层上覆岩性、开采技术条件、各 种相关参数及开采时间等进行深入了解、综合评 价。并利用电算法进行预测，对可以调整的参数 进行反复试算，调整相关参数，兼顾煤矿开采效益 和铁路运行的安全。参数的选取可以实测或借鉴 邻近相似生产矿井的已有数据，尤其要高度重视 沿线小煤窑的生产情况。小煤窑多为非正规开 采。其地表变形规律不易掌握，必须要有实测、实 勘的资料，必要时采取相应措施，以确保铁路运行 安全可靠。 4 铁路沿线小煤窑问题 在正规煤矿的浅部，铁路沿线附近，往往“伴 责任编辑章新敏 j E j } | E E j E | E E 与与●穹F | E | 匕| E j E | E | E 毕j E | E 匕E E 与勺●习I | E j E j 皇习F | E j E j E | 匕| E 与与勺●勺●鼍P j t ※信息桥※ 我院从1 9 9 5 年开始承担的部级科研项目“新型卧式振动离心脱水机研制”，经过近5 年的探索和四代产品的技术改 进，于去年开发出工作可靠和脱水工艺指标先进的第四代w z r l 0 0 0 c 新型卧式振动离心脱水机。该设备在现场应用深 受用户的好评和信赖，仅去年就在华东、华北、西北、西南等地区选煤厂进行布点应用1 2 台，主要的应用实例如下 1 ．W z I 1 0 0 0 B 型卧式振动离心脱水机在萍乡安源选源厂代替老卧振工作，入料量约7 5 汕，产品全水分不超过9 ％，把 全厂综合精煤水分降低了约5 ％，彻底解决了该厂因精煤水分过高而被用户拒绝接收精煤这一块心病，接着萍乡白源选 煤厂在去年1 0 月份又订购两台该设备。 2 ．W z I ．1 0 0 0 C 新型卧式振动离心脱水机在大武口太西选煤厂代替老卧振工作，人料量约8 5 t ，h ，产品水分小于8 ％，不 仅三台新卧振就可以代替七台老卧振工作，而且脱水后产品水分也降低了2 ％；保证了该厂精煤的正常出口。 3 ．w z I ．1 0 0 0 C 新型卧式振动离心脱水机在阳泉新景矿选煤厂代替原①1 0 3 0 立式刮刀卸料离心脱水机工作，人料量约 8 5 蚰，产品水分小于8 ％，比签订的合同低l ％，此外，在入料量相同的条件下，其离心液浓度比立式刮刀卸料离心脱水机 的低6 0 ％，其产品水分也降低了近1 ％。 梁汉文王礼才刘新安供稿 万方数据