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矿区铁路专用线下开采损害监测及治理论文
关键词：综采放顶煤 铁路专用线下采煤 地表沉陷 灾害治理
摘要：文中通过在铁路专用线建立第四系厚冲积层下轻型支架综采放顶煤条件的地表沉降变形观测站，经长期观测和相关数据处理后获取到特殊地层下岩移参数，为矿区铁路专用线采动沉陷治理提供了科学依据，对类同地层条件下矿井地质灾害防治具有重要的参考价值。
淮北矿业集团公司朱仙庄煤矿位于黄淮平原中段，煤系地层之上覆盖着厚度为250m左右的第四系冲击层，矿区铁路专用线贯穿井田6·7km，横跨南翼一、三、五、七采区，在芦岭站与京沪线连接。1999年以来，该矿采用轻型支架综采放顶煤新工艺取得良好经济效益的同时，开采引起的地表沉陷也日趋加剧，尤其是铁路专用线下回采，造成路基下沉，钢轨扭曲变形，给铁路专用线上煤炭的安全营运造成了严重威胁。因而，对铁路进行动态监测、为路基下沉及防治提供预测预报尤为必要。
1 开采情况及沉陷区现状
铁路专用线下方一采区有711、713、810、811、813五个工作面，首采面为811工作面，采厚10m，工作面走向650m，倾斜长130m，煤层倾角20°，采取一次采全高区内前进式开采，采用轻型支架综采放顶煤回采工艺。
铁路专用线与南翼采区呈25°（斜交，压煤量大，留设保护煤柱造成大量资源无法回收，不利南翼采区采场布局，经反复论证，决定采用先回采后回填路基的方法。淮北矿区尚无厚冲积层下放顶煤回采的地表及岩层移动参数，根据分层回采经验岩移参数，预测一采区811工作面回采后将造成路基严重下沉，最大下沉预计达10·5m，以往因无法准确测算路基下沉量、回填工程量和预测回填时间，曾发生下沉盆地中段回填矸石不足，钢轨拉伸断裂，盆地边缘钢轨扭曲变形，回填矸石堆积，路基起伏不平等事故。
2 路基沉降观测系统及外业观测
2·1 观测站设计
根据铁路线下811、813工作面布局状况，沿路基东北侧布设一条伪走向观测线，布设50个工作测点（间隔25m），在下沉盆地之外观测线两端各埋设3个控制点；同时在钢轨上间隔25m打直径1·2mm圆孔布设钢轨观测线；在下沉盆地中央布设一条倾斜观测线，工作测点48个，形成完整的铁路沉降变形观测站。
2·2 测点结构及埋设
基桩用混凝土预制，测点标志采用直径40mm园铁制作，顶端焊以薄层铜面，中间钻有直径1·5mm小孔，园铁上端车出螺丝扣，套上联接头，以备测点下沉后接桩。初次埋点开挖500mm见方基坑，坑底铺150mm厚石子，植入基桩，用混凝土浇实。每次采用接桩措施后，均要用混凝土浇匀灌实，凝结牢固，并实地测定测点位置。
2·3 外业观测项目
外业观测包括四个方面：
（1）观测站连测：测点与矿区控制网之间进行的GPS控制测量。
（2）全面观测：观测站内部各测点的高程测量、点间距测量和支距测量。
（3）水准测量：观测站工作测点的沉降观测，按一定周期单独进行。
（4）地表附属物的测定、编录：对铁路沿线地表塌陷裂缝、台阶和铁路沿线输电线路下沉、铁路桥涵破坏和钢轨接头脱节扭曲、道钉崩落等地表附属物破坏状况进行实地勘查、素描和测量，并编录台帐。
2·4 观测技术要求
（1）埋点15天后，进行观测站连测，宜独立进行2次。
（2）采动之前进行2次全面观测，间隔不超过5天，如果2次观测较差不超过表1规定，取2次观测值平均值作为各测点的原始数据。
地表移动显现后，每旬对观测站进行全面观测或水准测量；移动活跃期，至少要进行4次全面观测，依据工作面推进速度，适当加密水准测量次数。
（3）地表塌陷台阶、裂缝、（输电、通讯）线路和桥涵等附属物调查应同步进行，台帐编录宜每月1次。路基回填后还要增加跨铁路线路与路基间悬高三角高程测量，确保火车安全运行间隙。
（4）井下回采工作面调查为掌握地表移动变形与回采工作面之间时空关系，应对工作面回采状况进行调查，调查内容包括：工作面推进位置、采净程度、煤层倾角、实际采厚、来压周期和顶板垮落等。
3 内业成果及采动损害治理
3·1 原始观测数据
每次观测结束，检查外业手簿无误后，按以下程序整理内业成果：
（1）计算各观测线闭合差，不超过限差将其配赋；
（2）计算各测点高程；
（3）计算各边长改正数，取其最或是值；
（4）计算各观测线工作测点的下沉w、倾斜i、曲率k、水平移动U和水平变形值ε；
（5）绘制各观测线移动与变形曲线图；
（6）向有关部门提交回填工程方量计算图及技术要求说明书。
3·2 数据处理
采用中国矿业大学MSPS2地表及岩层移动数据处理软件，对采集的原始数据进行处理，内业成果处理分析后，得出本矿岩移各项参数。（见表3）
3·3 采动损害治理思路
在一采区铁路线下进行试采，采取“边采边测边填”的动态治理策略。在取得可靠的观测资料和回填经验后，在南翼采区推广应用。根据南翼采区铁路下煤层赋层特征和采场布局情况，运用MSPS2地表及岩层移动数据处理系统预测铁路下沉与变形，根据各段下沉量概算出回填方量，就近从南二风井废弃矸石山取料堆放在铁路线两侧备用，适时回填，化害为利，保证铁路专用线的运输安全。
3·4 治理成果
一采区811、813，三采区831、833，五采区851、853、855、857，七采区875、877等工作面和三、五采区二水平都位于铁路线下方，破坏长度5·2km，目前一、三采区治理已全部竣工，五采区一期工程也已完成，全部达到预期效果，后期工程也按治理思路稳步进行。同时，铁路两侧开采损害区域也按该治理思路和参数及时进行了系统完善的治理，保证了矿区安全生产的有序进行，取得了良好的经济效益和社会效益。
4 结 语
厚冲积层下综采放顶煤回采地表及岩层移动参数，在该矿实际灾害治理应用中得到了很好的验证，对矿井灾害防治、征地迁村、建筑物保护以及生态环境治理等诸多方面都有极高的应用价值，适用于同类地层条件下矿井。
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