铁路下采煤的技术措施

铁路下采煤的技术措施

袁月明

袁月明

（七台河市新兴区安全生产监督管理局，黑龙江七台河154600）

摘要：地表移动和变形对铁路路基、线路产生严重影响。铁路下采煤应满足一定的采深与采厚比，防止地表突然沉陷或消除和减轻地表变形的叠加影响，应合理布置工作面，留设好铁路煤柱，并采取地面维修措施。

关键词：铁路下采煤；地表移动变形；技术措施

前言

矿区附近铁路干线和支线下方往往压有煤炭，尤其是矿区与这些铁路连结的铁路专用线，它们的绝大部分建在煤田上方。铁路压煤不仅使矿区和矿井的服务年限缩短，而且可能造成井田划分和矿井开拓不合理，给开采带来困难。因此，应在保证铁路运行安全的前提下，因地制宜地在铁路下采煤，节约资源，提高产量。这对我国煤炭工业发展具有重要意义。

1铁路下采煤的特点

我国铁路下采煤大部分属于线路下采煤。在开采影响下，地表移动盆地范围内的铁路线路和路基都将产生移动和变形，这种移动和变形，一是连续型的，在时空间中逐渐发生的，即路基的移动和变形与地表是一致的；二是非连续型的，突变的，即地表产生急剧下沉、开裂，甚至突然塌陷，这就会危及列车行车安全。当铁路压煤范围内煤层的采深与采厚之比达到一定值后，地表移动和变形是连续型的，在一定的地表下沉速度下，可以通过及时维修来保证行车安全。与建筑物下采煤相比，铁路下采煤有以下特点：

（1）铁路下采煤必须保证列车正常和安全运行，在安全上比一般建筑物要求高。（2）铁路列车重量大，运行速度快，铁路线路受列车的动载荷作用。地下开采引起的地表移动和变形将对铁路线路产生影响。因此，铁路线路的移动和变形较为复杂。（3）铁路线路在开采影响过程中可以通过日常的维修，及时消除自身的移动和变形，以保证铁路畅通无阻，这对一般的建筑物来说是很难做到的。

我国铁路分为干线、支线和矿区专用线，干线列车运行速度快，运输量大，运行密度大，间歇时间短。在铁路干线下采煤时，线路维护工作困难较大。铁路支线运量小，行车速度慢，技术标准比干线低。矿区专用线一般只为矿区服务，多数情况下只运输煤炭，在矿区专用线下采煤相对容易一些。

2地表移动和变形对线路的影响

铁路线路由钢轨、轨枕、道床、路基、联结件及道岔等组成。钢轨是线路最重要的组成部分，它直接承受列车的载荷，并通过轨枕和道床将载荷传至路基。铁路下采煤时，地表移动和变形必然要通过路基反映到线路上来。我国的铁路多为有轨缝线路。这种线路比较适应地表变形，也比较容易维修，这为我国推广铁路下采煤技术提供了有利条件。连续的、平缓的、渐变的地表下沉和移动，是铁路下安全采煤的先决条件。铁路下采煤不容许出现非连续型的、突然的和局部的地表塌陷，因此，应研究连续型地表移动和变形对铁路线路的影响。

2．1地表移动和变形对路基的影响

（1）路基下沉和水平移动。路基具有较强的适应地表移动的变形能力，在时间上和空间上与地表的变形一致。路基下沉过程中在竖直方向不会产生明显的松动和离层现象。路基在下沉的同时还伴随有水平移动，垂直路基轴向的横向水平移动将改变路基的原有方向。下沉和水平移动对路基的承载能力没有影响。（2）路基倾斜。地表倾斜对路基的稳定性有很大影响，特别是在高路堤、陡坡路堤及深路堑等原来稳定性较差的地段。当倾斜方向与滑坡方向相同时，会使这些路堤或路堑的稳定性降低。（3）路基水平变形。地表水平变形使路基产生附加的拉伸或压缩变形。土质路基有一定的孔隙度，能吸收压缩变形，拉伸变形会导致路基密实度降低，甚至产生裂缝。列车通过时的动载荷会将路基重新压实。

2．2地表移动和变形对线路的影响

路基的移动和变形使上部的道床、轨枕和钢轨的标高和平面位置发生变化，表现为竖直方向的下沉、水平方向的横向移动和纵向移动。由于这三种移动的不均匀性，使线路坡度、竖曲线形状、两条钢轨高差、线路方向、轨距和轨缝发生变化。这些变化必然对线路的工作状态产生不利影响。

（1）倾斜。倾斜将使线路增减相应的坡度。沿线路方向的倾斜会使线路原有的坡度发生变化。铁路部门对线路的限制坡度有明确的规定，国家一级铁路在一般地段为-620‰，在困难地段为12‰；国家二级铁路为1220‰；国家三级铁路为1520‰。上述各级铁路在双机车牵引时最大坡度可为20‰。显然线路原有坡度的变化将引起列车运行阻力的变化。超限的坡度使上坡列车的牵引力不足，使下坡列车的制动力不足。垂直线路方向的横向倾斜将使两股钢轨下沉不等，直线段使列车重心偏移，曲线段将改变外轨抬高高度。（2）曲率。线路相邻段不均匀倾斜将导致竖直方向上原有竖曲线的曲率半径变化，地表下沉曲线的正负曲率可使线路原有的曲率半径增大或减小。（3）横向水平移动。线路横向水平移动的大小和方向与铁路相对于开采空间的相对位置有关，一般情况下使线路直线段弯曲，使弯曲段的半径增大或减小。当线路的方向与采煤工作面推进的方向一致时，位于下沉盆地主断面内的线路，其横向水平移动较小。在线路的方向与采煤工作面推进的方向垂直，且采煤工作面要越过线路的条件下，线路主断面内的横向水平移动总是指向采煤工作面。当线路不在下沉盆地的主断面内时，横向水平移动往往指向采空区。线路与采空区斜交时，线路将由直线形变为s形。线路的横向水平移动还会使线路的轨距发生变化。（4）纵向水平移动与变形。平行线路方向的水平移动和相应的变形与地表水平移动和变形分布范围大致相同，即在地表受拉伸区内线路受拉伸变形，在地表受压缩区内线路受压缩变形。拉伸变形使轨缝增大，可能拉断鱼尾板或切断联结螺栓；压缩变形使轨缝缩小或闭合，使钢轨接头处或钢轨产生附加应力。

3铁路下采煤的技术措施

铁路下采煤指的是不影响列车安全运行的前提下采煤。采取的技术措施是及时维修线路，使线路及时恢复原始状态，尽量做到合理布置工作面，以减少开采对线路的影响。

（1）满足一定的采深与采厚比。长壁垮落法开采时，铁路下方开采煤层的深度和厚度之比要满足《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》规定的数值，且最小深度中的基岩厚度必须大于垮落带高度。（2）防止地表突然下沉或塌陷。在下列条件下，地表可能发生突变性的下沉或塌陷：浅部的近水平、缓斜或中倾斜煤层；顶板坚硬、煤层露头附近的急倾斜煤层；浅部有采空区积水、岩溶和充水裂隙带空间，矿井深部疏水后。开采浅部的近水平、缓倾斜和中倾斜厚煤层时，应采用分层采煤法，并适当减少第一和第二分层开采厚度。开采急倾斜煤层时，在露头附近，当煤层顶板坚硬，不易冒落时要采用人工强制放顶，并要留有足够尺寸的煤柱，且应防止采空区上部煤柱抽冒。对于浅部有采空区积水，或煤层上方覆岩为石灰岩含水层或充水裂隙带空间时，要防止采动时疏干浅部积水造成地表突然塌陷。（3）减少地表下沉。减少地震下沉最有效的方法是采用全部充填法，采用条带采煤法。（4）消除和减轻地表变形的叠加影响。采用无煤柱开采、顺序开采及协调开采等方法，可减少和减轻地表变形的叠加，减少地表变形对铁路的影响。采用协调开采时，常因几个工作面同时开采，使地表下沉速度增大，要全面考虑协调开采的利弊。（5）合理布置工作面。应尽量将开采区域布置在铁路的正下方，使线路处于移动盆地的主断面上，且工作面推进方向与铁路线路平行，以减少线路的横向水平移动和变形。（6）留设好铁路煤柱。采深与采厚之比不能满足要求的铁路线路或煤层必须留设好铁路煤柱；有严重滑坡危险而又难以处理的铁路线路必须留设好铁路煤柱；一、二级铁路线上的一、二等铁路车站必须留设好铁路煤柱；铁路隧道和全长大于20m的铁路桥必须留设好铁路煤柱。留设铁路保护煤柱时，受保护面积设计：路堤应以两侧路堤坡脚外1m为界，路堑应以两侧堑顶边缘为界，在两侧界面以内的范围为受护对象，设维护带。（7）采取地面维修技术措施。在开采过程中，随着线路的下沉和横向移动，对路基要进行阶段性的抬高与加宽，使其尽量恢复到开采前的状态。采用起道和顺坡的方法消除线路下沉，使线路纵断面恢复到原有状态。采用拨道和改道的方法消除横向水平移动对线路的影响。线路纵向移动主要反映在轨缝的变化上，因此，必须调整轨缝，消除其有害影响。

结束语

在保证铁路安全前提下，因地制宜地在铁路下采煤可以节约资源，提高产量，对煤炭工业发展具有重要意义。铁路下采煤有其与建筑物下、水体下采煤不同的特点，地表移动和变形对路基线路都有其影响，铁路下采煤必须在开采过程中采取技术措施。

参考文献

[1]国家煤炭工业局.建筑物、水体、铁路及主要煤柱留设与压煤开采规程[M].北京：煤炭工业出版社，2000.

[2]何国清，等.矿山开采沉陷学[M].徐州：中国矿业大学出版社，1991.