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礦區(qū)鐵路專用線下開采損害監(jiān)測及治理論文
關(guān)鍵詞：綜采放頂煤 鐵路專用線下采煤 地表沉陷 災(zāi)害治理
摘要：文中通過在鐵路專用線建立第四系厚沖積層下輕型支架綜采放頂煤條件的地表沉降變形觀測站，經(jīng)長期觀測和相關(guān)數(shù)據(jù)處理后獲取到特殊地層下巖移參數(shù)，為礦區(qū)鐵路專用線采動沉陷治理提供了科學(xué)依據(jù)，對類同地層條件下礦井地質(zhì)災(zāi)害防治具有重要的參考價值。
淮北礦業(yè)集團(tuán)公司朱仙莊煤礦位于黃淮平原中段，煤系地層之上覆蓋著厚度為250m左右的第四系沖擊層，礦區(qū)鐵路專用線貫穿井田6·7km，橫跨南翼一、三、五、七采區(qū)，在蘆嶺站與京滬線連接。1999年以來，該礦采用輕型支架綜采放頂煤新工藝取得良好經(jīng)濟(jì)效益的同時，開采引起的地表沉陷也日趨加劇，尤其是鐵路專用線下回采，造成路基下沉，鋼軌扭曲變形，給鐵路專用線上煤炭的安全營運造成了嚴(yán)重威脅。因而，對鐵路進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測、為路基下沉及防治提供預(yù)測預(yù)報尤為必要。
1 開采情況及沉陷區(qū)現(xiàn)狀
鐵路專用線下方一采區(qū)有711、713、810、811、813五個工作面，首采面為811工作面，采厚10m，工作面走向650m，傾斜長130m，煤層傾角20°，采取一次采全高區(qū)內(nèi)前進(jìn)式開采，采用輕型支架綜采放頂煤回采工藝。
鐵路專用線與南翼采區(qū)呈25°（斜交，壓煤量大，留設(shè)保護(hù)煤柱造成大量資源無法回收，不利南翼采區(qū)采場布局，經(jīng)反復(fù)論證，決定采用先回采后回填路基的方法。淮北礦區(qū)尚無厚沖積層下放頂煤回采的地表及巖層移動參數(shù)，根據(jù)分層回采經(jīng)驗巖移參數(shù)，預(yù)測一采區(qū)811工作面回采后將造成路基嚴(yán)重下沉，最大下沉預(yù)計達(dá)10·5m，以往因無法準(zhǔn)確測算路基下沉量、回填工程量和預(yù)測回填時間，曾發(fā)生下沉盆地中段回填矸石不足，鋼軌拉伸斷裂，盆地邊緣鋼軌扭曲變形，回填矸石堆積，路基起伏不平等事故。
2 路基沉降觀測系統(tǒng)及外業(yè)觀測
2·1 觀測站設(shè)計
根據(jù)鐵路線下811、813工作面布局狀況，沿路基東北側(cè)布設(shè)一條偽走向觀測線，布設(shè)50個工作測點（間隔25m），在下沉盆地之外觀測線兩端各埋設(shè)3個控制點；同時在鋼軌上間隔25m打直徑1·2mm圓孔布設(shè)鋼軌觀測線；在下沉盆地中央布設(shè)一條傾斜觀測線，工作測點48個，形成完整的鐵路沉降變形觀測站。
2·2 測點結(jié)構(gòu)及埋設(shè)
基樁用混凝土預(yù)制，測點標(biāo)志采用直徑40mm園鐵制作，頂端焊以薄層銅面，中間鉆有直徑1·5mm小孔，園鐵上端車出螺絲扣，套上聯(lián)接頭，以備測點下沉后接樁。初次埋點開挖500mm見方基坑，坑底鋪150mm厚石子，植入基樁，用混凝土澆實。每次采用接樁措施后，均要用混凝土澆勻灌實，凝結(jié)牢固，并實地測定測點位置。
2·3 外業(yè)觀測項目
外業(yè)觀測包括四個方面：
（1）觀測站連測：測點與礦區(qū)控制網(wǎng)之間進(jìn)行的GPS控制測量。
�。�2）全面觀測：觀測站內(nèi)部各測點的高程測量、點間距測量和支距測量。
（3）水準(zhǔn)測量：觀測站工作測點的沉降觀測，按一定周期單獨進(jìn)行。
�。�4）地表附屬物的測定、編錄：對鐵路沿線地表塌陷裂縫、臺階和鐵路沿線輸電線路下沉、鐵路橋涵破壞和鋼軌接頭脫節(jié)扭曲、道釘崩落等地表附屬物破壞狀況進(jìn)行實地勘查、素描和測量，并編錄臺帳。
2·4 觀測技術(shù)要求
（1）埋點15天后，進(jìn)行觀測站連測，宜獨立進(jìn)行2次。
�。�2）采動之前進(jìn)行2次全面觀測，間隔不超過5天，如果2次觀測較差不超過表1規(guī)定，取2次觀測值平均值作為各測點的原始數(shù)據(jù)。
地表移動顯現(xiàn)后，每旬對觀測站進(jìn)行全面觀測或水準(zhǔn)測量；移動活躍期，至少要進(jìn)行4次全面觀測，依據(jù)工作面推進(jìn)速度，適當(dāng)加密水準(zhǔn)測量次數(shù)。
�。�3）地表塌陷臺階、裂縫、（輸電、通訊）線路和橋涵等附屬物調(diào)查應(yīng)同步進(jìn)行，臺帳編錄宜每月1次。路基回填后還要增加跨鐵路線路與路基間懸高三角高程測量，確保火車安全運行間隙。
（4）井下回采工作面調(diào)查為掌握地表移動變形與回采工作面之間時空關(guān)系，應(yīng)對工作面回采狀況進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括：工作面推進(jìn)位置、采凈程度、煤層傾角、實際采厚、來壓周期和頂板垮落等。
3 內(nèi)業(yè)成果及采動損害治理
3·1 原始觀測數(shù)據(jù)
每次觀測結(jié)束，檢查外業(yè)手簿無誤后，按以下程序整理內(nèi)業(yè)成果：
�。�1）計算各觀測線閉合差，不超過限差將其配賦；
�。�2）計算各測點高程；
�。�3）計算各邊長改正數(shù)，取其最或是值；
�。�4）計算各觀測線工作測點的下沉w、傾斜i、曲率k、水平移動U和水平變形值ε；
�。�5）繪制各觀測線移動與變形曲線圖；
�。�6）向有關(guān)部門提交回填工程方量計算圖及技術(shù)要求說明書。
3·2 數(shù)據(jù)處理
采用中國礦業(yè)大學(xué)MSPS2地表及巖層移動數(shù)據(jù)處理軟件，對采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，內(nèi)業(yè)成果處理分析后，得出本礦巖移各項參數(shù)。（見表3）
3·3 采動損害治理思路
在一采區(qū)鐵路線下進(jìn)行試采，采取“邊采邊測邊填”的動態(tài)治理策略。在取得可靠的觀測資料和回填經(jīng)驗后，在南翼采區(qū)推廣應(yīng)用。根據(jù)南翼采區(qū)鐵路下煤層賦層特征和采場布局情況，運用MSPS2地表及巖層移動數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)預(yù)測鐵路下沉與變形，根據(jù)各段下沉量概算出回填方量，就近從南二風(fēng)井廢棄矸石山取料堆放在鐵路線兩側(cè)備用，適時回填，化害為利，保證鐵路專用線的運輸安全。
3·4 治理成果
一采區(qū)811、813，三采區(qū)831、833，五采區(qū)851、853、855、857，七采區(qū)875、877等工作面和三、五采區(qū)二水平都位于鐵路線下方，破壞長度5·2km，目前一、三采區(qū)治理已全部竣工，五采區(qū)一期工程也已完成，全部達(dá)到預(yù)期效果，后期工程也按治理思路穩(wěn)步進(jìn)行。同時，鐵路兩側(cè)開采損害區(qū)域也按該治理思路和參數(shù)及時進(jìn)行了系統(tǒng)完善的治理，保證了礦區(qū)安全生產(chǎn)的有序進(jìn)行，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
4 結(jié) 語
厚沖積層下綜采放頂煤回采地表及巖層移動參數(shù)，在該礦實際災(zāi)害治理應(yīng)用中得到了很好的驗證，對礦井災(zāi)害防治、征地遷村、建筑物保護(hù)以及生態(tài)環(huán)境治理等諸多方面都有極高的應(yīng)用價值，適用于同類地層條件下礦井。
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