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礦區(qū)鐵路專(zhuān)用線下開(kāi)采損害監(jiān)測(cè)及治理論文
關(guān)鍵詞：綜采放頂煤 鐵路專(zhuān)用線下采煤 地表沉陷 災(zāi)害治理
摘要：文中通過(guò)在鐵路專(zhuān)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(cè)站，經(jīng)長(zhǎng)期觀測(cè)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(zhuān)用線采動(dòng)沉陷治理提供了科學(xué)依據(jù)，對(duì)類(lèi)同地層條件下礦井地質(zhì)災(zāi)害防治具有重要的參考價(jià)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(zhuān)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(lái)，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(shí)，開(kāi)采引起的地表沉陷也日趨加劇，尤其是鐵路專(zhuān)用線下回采，造成路基下沉，鋼軌扭曲變形，給鐵路專(zhuān)用線上煤炭的安全營(yíng)運(yùn)造成了嚴(yán)重威脅。因而，對(duì)鐵路進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、為路基下沉及防治提供預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)尤為必要。
1 開(kāi)采情況及沉陷區(qū)現(xiàn)狀
鐵路專(zhuān)用線下方一采區(qū)有711、713、810、811、813五個(gè)工作面，首采面為811工作面，采厚10m，工作面走向650m，傾斜長(zhǎng)130m，煤層傾角20°，采取一次采全高區(qū)內(nèi)前進(jìn)式開(kāi)采，采用輕型支架綜采放頂煤回采工藝。
鐵路專(zhuān)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(wú)法回收，不利南翼采區(qū)采場(chǎng)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(wú)厚沖積層下放頂煤回采的地表及巖層移動(dòng)參數(shù)，根據(jù)分層回采經(jīng)驗(yàn)巖移參數(shù)，預(yù)測(cè)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(jì)達(dá)10·5m，以往因無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)算路基下沉量、回填工程量和預(yù)測(cè)回填時(shí)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(cè)系統(tǒng)及外業(yè)觀測(cè)
2·1 觀測(cè)站設(shè)計(jì)
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(cè)線，布設(shè)50個(gè)工作測(cè)點(diǎn)（間隔25m），在下沉盆地之外觀測(cè)線兩端各埋設(shè)3個(gè)控制點(diǎn)；同時(shí)在鋼軌上間隔25m打直徑1·2mm圓孔布設(shè)鋼軌觀測(cè)線；在下沉盆地中央布設(shè)一條傾斜觀測(cè)線，工作測(cè)點(diǎn)48個(gè)，形成完整的鐵路沉降變形觀測(cè)站。
2·2 測(cè)點(diǎn)結(jié)構(gòu)及埋設(shè)
基樁用混凝土預(yù)制，測(cè)點(diǎn)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(chē)出螺絲扣，套上聯(lián)接頭，以備測(cè)點(diǎn)下沉后接樁。初次埋點(diǎn)開(kāi)挖500mm見(jiàn)方基坑，坑底鋪150mm厚石子，植入基樁，用混凝土澆實(shí)。每次采用接樁措施后，均要用混凝土澆勻灌實(shí)，凝結(jié)牢固，并實(shí)地測(cè)定測(cè)點(diǎn)位置。
2·3 外業(yè)觀測(cè)項(xiàng)目
外業(yè)觀測(cè)包括四個(gè)方面：
�。�1）觀測(cè)站連測(cè)：測(cè)點(diǎn)與礦區(qū)控制網(wǎng)之間進(jìn)行的GPS控制測(cè)量。
�。�2）全面觀測(cè)：觀測(cè)站內(nèi)部各測(cè)點(diǎn)的高程測(cè)量、點(diǎn)間距測(cè)量和支距測(cè)量。
�。�3）水準(zhǔn)測(cè)量：觀測(cè)站工作測(cè)點(diǎn)的沉降觀測(cè)，按一定周期單獨(dú)進(jìn)行。
�。�4）地表附屬物的測(cè)定、編錄：對(duì)鐵路沿線地表塌陷裂縫、臺(tái)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(shí)地勘查、素描和測(cè)量，并編錄臺(tái)帳。
2·4 觀測(cè)技術(shù)要求
�。�1）埋點(diǎn)15天后，進(jìn)行觀測(cè)站連測(cè)，宜獨(dú)立進(jìn)行2次。
�。�2）采動(dòng)之前進(jìn)行2次全面觀測(cè)，間隔不超過(guò)5天，如果2次觀測(cè)較差不超過(guò)表1規(guī)定，取2次觀測(cè)值平均值作為各測(cè)點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)。
地表移動(dòng)顯現(xiàn)后，每旬對(duì)觀測(cè)站進(jìn)行全面觀測(cè)或水準(zhǔn)測(cè)量；移動(dòng)活躍期，至少要進(jìn)行4次全面觀測(cè)，依據(jù)工作面推進(jìn)速度，適當(dāng)加密水準(zhǔn)測(cè)量次數(shù)。
（3）地表塌陷臺(tái)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(tái)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(cè)量，確�；疖�(chē)安全運(yùn)行間隙。
�。�4）井下回采工作面調(diào)查為掌握地表移動(dòng)變形與回采工作面之間時(shí)空關(guān)系，應(yīng)對(duì)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(shí)際采厚、來(lái)壓周期和頂板垮落等。
3 內(nèi)業(yè)成果及采動(dòng)損害治理
3·1 原始觀測(cè)數(shù)據(jù)
每次觀測(cè)結(jié)束，檢查外業(yè)手簿無(wú)誤后，按以下程序整理內(nèi)業(yè)成果：
�。�1）計(jì)算各觀測(cè)線閉合差，不超過(guò)限差將其配賦；
（2）計(jì)算各測(cè)點(diǎn)高程；
�。�3）計(jì)算各邊長(zhǎng)改正數(shù)，取其最或是值；
�。�4）計(jì)算各觀測(cè)線工作測(cè)點(diǎn)的下沉w、傾斜i、曲率k、水平移動(dòng)U和水平變形值ε；
�。�5）繪制各觀測(cè)線移動(dòng)與變形曲線圖；
�。�6）向有關(guān)部門(mén)提交回填工程方量計(jì)算圖及技術(shù)要求說(shuō)明書(shū)。
3·2 數(shù)據(jù)處理
采用中國(guó)礦業(yè)大學(xué)MSPS2地表及巖層移動(dòng)數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)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(xiàng)參數(shù)。（見(jiàn)表3）
3·3 采動(dòng)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(cè)邊填”的動(dòng)態(tài)治理策略。在取得可靠的觀測(cè)資料和回填經(jīng)驗(yàn)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(chǎng)布局情況，運(yùn)用MSPS2地表及巖層移動(dòng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)預(yù)測(cè)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(shí)回填，化害為利，保證鐵路專(zhuān)用線的運(yùn)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(zhǎng)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(shí)，鐵路兩側(cè)開(kāi)采損害區(qū)域也按該治理思路和參數(shù)及時(shí)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(huì)效益。
4 結(jié) 語(yǔ)
厚沖積層下綜采放頂煤回采地表及巖層移動(dòng)參數(shù)，在該礦實(shí)際災(zāi)害治理應(yīng)用中得到了很好的驗(yàn)證，對(duì)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(jià)值，適用于同類(lèi)地層條件下礦井。
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