深部高强度开采铁专线沉降变形规律及线路维护技术研究

摘要：中煤新集公司刘庄煤矿111102工作面横穿地面铁路专用线、171305工作面（外段）平行地面铁路专用线，因工作面回采影响，导致铁路专用线路基下沉，给轨道线路带来结构性破坏，影响列车安全通行。为保障矿区煤炭正常外运，根据开采沉陷预计情况，制定了铁路压煤开采设计施工方案，同时利用CORS参考基站加强轨道的变形监测，创新管理方法，引进新设备，合理组织人力、物力，摸索出一套塌陷区铁路专用线治理的成功经验，为铁路下煤炭开采治理提供了借鉴意义和参考依据。

关键词：回采  监测  路基  轨道

0 引言

按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》要求，工矿企业厚煤层及煤层群的采深与分层厚比大于或等于60，铁路压煤允许采用全部垮落法进行开采，增加煤炭资源的回收率。中煤新集公司刘庄煤矿111102工作面、171305工作面（外段）采厚比大于60，采用单一倾向长臂后退式综合机械采煤法，全部垮落法管理顶板。在回采过程中，地表出现裂缝、台阶等现象，造成轨道沉降、变形，影响列车安全运行。中煤新集公司依托现有技术条件，经过反复研究、论证，制定了铁路压煤开采设计施工方案，成功解决了煤炭回采对铁路专用线造成的影响，取得很好的经济效益和社会效益。

1 111102工作面和171305工作面（外段）概况

刘庄煤矿111102工作面、171305工作面（外段）布置在巨厚松散层下方，其中111102工作面，工作面走向长1578m，工作面宽279m，平均倾角为14°，平均采高4.11m。工作面横穿铁路专用线，夹角49°;171305工作面（外段）倾向长1341m～1403m，工作面宽320m，平均倾角为2°，平均采高5.52m。工作面平行铁路专用线，距离铁专线103m～117m。

2 地面岩移变化及对铁专线影响

刘庄煤矿111102工作面和171305工作面（外段）回采，造成地面出现裂缝，铁路路基下沉，轨道发生偏移、瞎缝等情况，严重影响列车安全运行。为指导现场轨道治理，加强轨道沉降、变形监测，在轨道上设置沉降变形监测点50个（T1-T50，间距50m），利用电子水准仪和GPS定期对轨道进行监测，实时反应回采进度与轨道沉降变形关系。板集铁专线受影响长度约1700m，铁路路基最大下沉4.95m，沉降活跃期路基最大沉降速率为79mm/d，轨道向东最大偏移值约1.36m。口孜东铁铁专线受影响长度约2300m，铁路路基最大下沉2.33m，沉降活跃期路基最大沉降速率为31mm/d，轨道向南最大偏移值约1.42m。

3 工作面回采影响情况统计分析

为掌握井下工作面推进进度距离铁专线的距离和地面铁专线路基沉降变形关系，通过建立地面平面与高程控制网和井下控制系统，定期监测铁专线路基沉降位移情况和工作面推进情况，绘制井上下对照图，及时为铁专线治理提供参考依据。

3.1 刘庄煤矿111102采煤工作面回采影响统计分析

通过对刘庄煤矿111102采煤工作面回采期间，在铁路路基设置监测桩，全过程监测路基沉降变化情况，分析工作面斜穿铁专线造成的影响。

3.2刘庄煤矿171305采煤工作面（里段）回采影响统计分析

通过对刘庄煤矿171305采煤工作面（里段）回采期间，在铁路路基设置监测桩，全过程监测路基沉降变化情况，分析工作面横穿铁专线造成的影响。

3.3 工作面回采对铁专线影响因素分析

根据对111102工作面回采期间对板集铁专线影响情况和171305工作面（里段）回采期间对口孜东铁专线影响情况进行统计分析，影响铁专线沉降速率的相关因素主要有以下几个方面：

（1）工作面采深-670m～-492m，回采期间最大下沉速率一般不大于90mm/d。

（2）当工作面距离铁专线约300m，铁专线开始受回采影响。

（3）当工作面过铁专线约25m，铁专线下沉速率接近最大值。

（4）当工作面位于铁专线正下方时，开采速率越大，下沉速率越大，开采速率减小，下沉速率减小。

（5）采煤工作面位于铁专线正下方处于停采检修期间，对地层扰动减少，下沉速率随之减少，一般保持在20mm/d左右。

（6）当采煤工作面过铁专线约250m，铁专线下沉速率将不受开采速率影响，下沉速率逐渐减小。

通过对工作面回采期间对铁专线的监测分析，为铁专线轨道治理提供了有力的技术支撑。在铁专线治理过程中，创新轨道治理方式方法，合理安排作业工序，提出了“轨缝量测法”、“塌陷区段轨缝分解法”、“统一标高法”和“预起道法”等多种轨道治理方法，确保铁专线塌陷治理安全、高效，保证了列车的安全通行。在今后的塌陷区段治理方面还需要重点做好以下几个方面的工作：

（1）针对刘庄矿开采十年规划，至少提前1年制定铁专线治理方案，并组织实施。

（2）根据以往工作面沉降监测数据，结合即将塌陷工作面实际情况，及时对铁專线路基进行预加宽、加高施工。

（3）根据工作面与铁专线相互位置关系和铁专线沉降速率，制定合理的轨道、路基监测方案，指导轨道治理施工。

（4）根据路基塌陷量、做好轨道治理所需要的物质、设备、人力资源和资金计划。

（5）根据沉降速率、开采速率和轨道治理效果，可调节回采速率，确保机车的安全通行。

（6）面对当前的安全、环保形势，根据现场情况，制定安全、高效的路基回填施工方案，确保快速沉降期间，路基回填量满足轨道治理需要。

4 铁路专用线维护方法

为了保证铁路运输的正常进行，根据铁路压煤开采设计施工方案，采取边塌陷边治理的施工方法，井下开采沉降与路基回填和轨道治理维护同时进行。

4.1路基回填

口孜东铁专线路基回填施工采取边沉陷边加固的方案，主要选用矸石作为路基的加宽和抬高材料。当路基矸石回填进度无法满足轨道治理施工需求时，采用灰土进行路基加固施工。路基上口每侧宽度为10m，边坡坡度为1：1.75，用公式表示为

B=2×[1.75×（h1+h2）]+13（1）

式中：B为路基底面宽度，h1为原路肩高度，h2为下沉量，单位：m。

路基加宽从底部地面开始，底部路基加宽应一次完成，并分层压实。加高部位应按矸石边坡稳定系数随加高随收缩，并与原路基搭接处的夯实，加高部位严格遵守《工务安全规则》规定的器具、材料堆放要求。

4.2路基监测

为有效指导路基回填和轨道治理施工，当路基沉降速率大于80mm/d时，每天对塌陷区路基进行监测分析一次;路基沉降速率介于30mm至80mm之间时，每两天对塌陷区路基进行监测分析一次;路基沉降速率介于10mm至30mm之间时，每3天对塌陷区路基进行监测分析一次;路基沉降速率小于10mm直至稳定，每周对塌陷区路基进行监测分析一次。

4.3轨道维护治理

4.3.1补充道砟、起拨道作业

为方便轨道治理，根据轨道实际情况，调整塌陷区段设计标高，采用统一标高法。开采沉降影响前，根据塌陷沉降预计，对即将塌陷区段用溜砟车进行溜砟，利用起道机械设备进行预起道。开采沉降影响后，根据轨道沉降变形观测数据，用侧翻车和铲车配合对铁专线沉降段轨道进行补砟，利用起道机械设备进行起拨道作业，每次起道高度不大于80mm，拨道量不大于100mm。同时根据沉降速率，及時进行组织人力、设备、材料等进行起拨道作业，确保轨道质量和行车安全。

4.3.2调整轨缝

夏季高温天气，轨道温度升高、塌陷区段轨道路基沉降呈现锅底状极易造成轨道瞎缝，发生胀轨，影响列车的安全运行。巡道人员每天2次测定塌陷区段轨道轨缝，并根据轨道变化情况，及时调整轨缝，必要时更换短轨，确保轨道不连续出现3处瞎缝，发生胀轨现象。

4.3.3巡道管理

由于塌陷区轨道沉降变形速率较快，为提前预防轨道轨距变化和台阶现象，必须在列车通行前后对轨道进行测量并巡查，及时处理轨道出现的瞎缝和台阶现象，保证列车安全运行，杜绝重大隐患发生。

5 结束语

板集、口孜东铁路专用线采煤塌陷区轨道治理工程通过创新管理方法，解决了路基回填量大，轨道沉降变形速率快，维护难度高等多种因素影响，符合规范要求，保证了列车的安全运行和矿区煤炭的正常外运。通过治理工程的成功实践，掌握了矿井深部高强度开采地表岩移规律及地面铁路维护技术，为工矿铁路专用线的治理提供一定的借鉴意义。

参考文献：

[1]《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》 国家安全监管总局  2017

[2]《工程测量规范》 中国有色金属工程总公司  2008

[3]《铁路技术管理规程》 中国铁路总公司  2014

作者简介：胡庆礼（1974.11-），安徽凤台人，2010年7月毕业于安徽理工大学土木工程专业，主要从事工作建筑工程管理。