ｌ８ 河北煤炭 ２０１１年第５期 铁路及水库下安全采煤实践与研究 张田丰 （冀中能源蜂峰集团公司羊东矿，河北邯郸０５６２０１） 摘 要：针对“三下”采煤地表沉陷影响，根据国家发布的《建筑物、水体、铁路及主要井 巷煤柱建设－９压煤开采规程》规定，通过针对铁路及水库坝建立观测站，根据地表变形量采 取相应措施，保证了铁路运输线正常安全运行，安全采煤１８５万ｔ，实现了社会效益和经济 效益双赢。 关键词：铁路下采煤；地表变形；技术研究 中图分类号：ＴＤ８２３．８３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００７—１０８３（２０１ １）０５－００１８－０２ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｍｉｎｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ●１ １ ● ｒａｉｌｗａｙ ａｎｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ＺＨＡＮＧ Ｔｉａｎ－ｆｅｎｇ 按照生产地区安排，自２０１０年始，将陆续在 马峰线、羊一线、羊牛薛线三条铁路下方开采东南 区大煤煤柱Ｉ、Ⅱ、Ⅲ＿Ｔ作面。为了保证在铁路下 １．２农村水库及石坝 位于马峰线３ ｋ＋２９８ ｍ以北约１００ ｍ处，幸亡 采煤的安全运行，羊东矿委托煤炭科学研究总院唐 山研究院，对铁路下采煤进行了技术论证和地表沉 陷影响预测。在论证的基础上，在马峰线建立了专 向观测站。东南区大煤煤柱工作面Ｉ（上分层）， Ⅱ面（上分层）已２０１０年６月至１２日回采完毕。 牛河自然冲沟内，建有王庄水库坝（石坝１）。该 坝长４０ ｍ，宽４ ｍ，高７ ｍ，全部由料石砌筑。水 库容量约为１２５００ ｍ３。 在王庄水库坝下游约１８０ ｍ处，２００９年再建 水库一座（石坝２）。坝长２８ ｍ，宽５ ｍ，高５ ｍ。 全部由料石、水泥砌成。该水库容量约为１１２５０ ｍ３。 实现了社会效益和经济效益双赢，为冀中能源其他 矿井类似条件下采煤提供了技术参考。 １．３地表水系及气象 １ 采动地区地面概况 １．１铁路情况 羊东矿井田地表被数条冲沟所切割，冲沟的流 向除霍庄羊渠河断裂沟是由北向南流过井田的西南 部外，其余数条冲沟流向都由西北面向南东东流经 整个井田。 在开采的东南区大煤煤柱工作面ｌ（上分层）、 一Ⅱ面（上分层）的地表上方，主要影响马峰线和羊 专用线两条铁路。马峰线属于国家正线Ⅲ级铁 沟内排泄西部各矿之矿坑水。在这些冲沟内， 有许多附近农村修建的小型水库，其容积１ ３万 路，前些年担负蜂峰一北京南的客运任务，现已停 运，目前主要跑货运。 羊一专用线属峰峰集团公司铁路专用线，主要 担负着该矿的煤炭外运及材料运输任务。马峰线和 羊一专用线铁路路基由６～７ ｍ的砂质粘土和石碴 ｍ 不等。其中，东南区大煤煤柱工作面Ｉ（上分层 ）涉及到的是斗亡牛河及其上的王庄水库坝（石坝１ ）和石坝２。 牛亡牛河为羊东矿井田最大冲沟，河宽６０ ２００ ｍ，沟深约１０ １２１，沟底坡度为ｌ１．７‰。由于此河 源头上段出露石盒子组砂岩层，常年有水。旱季水 量很小，一般仅有１—３ ｍ ／ｍｉｎ，秋季一般雨量充 沛，两岸地表水补给丰富。７月中旬至８月末是雨 季，常有中雨、大雨、暴雨和冰雹发生，同时也是 防洪防汛的关键时节。 组成，路堤高度约在６ ｍ以上。铁路采用节长２５ ｍ的钢轨，线路坡度一般为１２‰，在采动影响内 的马峰线路两侧路肩上，分别埋有一组电缆控制信 号灯照明、指向和道岔拨动，另一组电缆则负责新 坡站至峰峰站之间的通讯任务。 ２０１１年第５期 ２观测站设置与标定 河北煤炭 ３．１下沉曲线 １９ 按照《三下采煤》规程规定，马峰铁路观测线 设置两条，分别为路基观测线和轨道观测线。 ２．１观测线 在马峰线路北侧２．５—３ ｍ路肩上，设置路基 观测线，该线中间点２５ ｍ一个，需２４个观测点， 由观测站设计图上看出，观测线点，地面基本 平行于马峰铁路北侧布设。从井下角度讲，实际上 是一条基本沿倾斜方向观测线。通过多次观测表 明，在东南区大煤煤柱Ｉ面（上分层）、Ⅱ面（上 分层）相继回采后，地表变形反映出以下几点特 性： 影响范围外东、西两端各设３个控制点，点间距 ４８～５０ｍ，测线全长约１０００ｍ（测桩为２ｍ×１２０ （１）随着工作面的正常推进，地表下沉所呈 现的是一个由小到大，再由大到小，循序渐进的变 ｍｌｎ×１２０ ｍｍ的专制水泥柱）。轨道观测线设在马 峰线路钢轨外侧上，标一小圆坑，涂上红漆。该线 基本平行于路基线。为检测采动区地表变形对王庄 水库坝的影响，在该坝顶面设置了３ ４个测点。 ２．２观测 根据《三下采煤》规程第７Ｏ条规定和该矿近 ３Ｏ年来铁路下采煤经验，考虑本次观测站主要以 观测下沉为主。 ２－２．１首次观测 待两条观测线布置完毕后，在东南区大煤煤柱 Ｉ（上分层）工作面采前进行首次观测。采用高精 度的ｓ１索佳水准仪，从二坑主井ⅢＦ４２—１（Ⅲ等 点）引测至本观测站诸点。要求观测独立进行两 次，两次互差不大于４ ｍｍ时，取其平均值作为首 次观测资料（Ⅳ等水准）。 平面位置使用尼康全站仪，按５秒三角地形等 级观测。 ２．２．２日常观测 平常观测下沉１５ ｄ一次，活跃期间７ ｄ一次。 为求下沉速度，还应加密观测。并及时调查采动区 内地表产生的裂缝，水坝变形位置和塌陷要素等， 素描后注明发现日期。 ２．２．３地表稳定观测 衰退期的水准测量应到６个月内的下沉值观测 不超过３０ ｍｌｎ时为止，可视地表稳定。 ２．３资料整理与分析 每次观测工作结束后，应主动检查外业记录 本，计算出正确数据，然后绘制变形曲线，并向施 工单位提供测量下沉数据以利及时维修。 当地表稳定以后，主要参数及角值应遵照《煤 矿测量规程》第２７２条和最后的一次观测结果进 行。 ３观测结果与所取角值 形规律。当达到活跃期间，地表垂直变形也达到了 最大值。最大下沉点（１４点）下沉速度图表，就 反映出了这点特性。截止目前，测得该点最大下沉 １．０５９ ｍ，最大下沉速度１５．６ ｍｍ／ｄ。 （２）本观测站是依据东南区大煤煤柱Ｉ面（上 分层）生产要素布设的，该面于２０１０年１０月２６ 日回采结束。所不同的是，根据生产需要，２０１０ 年１１月８日又开始回采Ⅱ面（上分层）。Ⅱ面位 于马峰铁路煤柱北侧大煤保护线内，预计影响该铁 路的下沉速度是１．４ｎ３Ｉｎ／ｄ。 观测资料表明，因为Ⅱ面（上分层）的开采， 对观测站的中间点（１点～１０点），东Ｉ一东Ⅲ三 个控制点造成了重叠影响，但这种影响是很有限 的，地表的主要垂直变形值，还是由于回采东Ｉ面 （上分层）而形成。 ３－２所求角值 通过求取参数表可以看出，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》 规定角量参数，求出了上山方向边界角、移动角， 下山方向移动角和最大下沉角及变形最大值。其中 上山边界角和最大下沉角，与峰峰局现用参数是比 较接近的。 ３．３王庄水库坝变形监测 采前考虑开采东南区大煤煤柱Ｉ面（上分层）， 会对王庄水库坝（石坝１）造成变形影响，该面回 采时间又在雨季，为防止水库地表出现裂缝，水库 水及珥１＝牛河地表水溃人井下，对石坝ｌ进行了多次 观测及水库周围地表定期裂缝调查。 通过石坝１下沉观测表可以看出，该石坝在经 受采动后，出现了比较均匀的下沉。现场调查石坝 和水库周围地表，也未见裂缝。这表明，在工作面 回采影响水库的范围内，水库底、局部地表会产生 不同程度的下沉，只是增加了水库的库容量。从地 （下转第２７页） ２０１１年第５期 河北煤炭 ２－２圆筒面对圆筒面接合 ２７ 两大类：平面对平面接合、圆筒面对圆筒面接合。 ２．１平面对平面接合 平面对平面接合面的隔爆性能是通过足够小的 隔爆间隙和足够宽的接合面宽度来保证的。除了隔 圆筒面对圆筒面的接合面的隔爆性能是通过足 够小的最大直径差和足够长的最小有效长度保证 的。对于此种接合形式，在满足隔爆尺寸的前提 下，应适当设计直径差和安装的同心度，避免单边 间隙过大或过小造成互磨现象的发生。 不论哪种结构的隔爆形式，隔爆面的腐蚀是影 爆接合面尺寸应符合相关标准要求外，特别需要注 意的是：①当法兰长度确定后，法兰的厚度应设 计适当，以防在爆炸压力作用下，使法兰的瞬间和 残余变形影响隔爆间隙宽度；②要保证各零件间 连接的可靠性，无论是紧固用的卡爪还是螺钉都必 须有足够的强度，并配有防松措施。在螺钉紧固 中，若以弹簧垫圈防松，拧紧螺钉时，只需将弹簧 垫圈压平即可，不宜拧得太紧，否则，螺钉的预应 响隔爆间隙宽度的重要因素之一，因此隔爆接合面 须有防锈措施，如电镀、磷化、涂２０４一ｌ防锈油 等，但不准涂油漆，这是因为，在高温作用下漆膜 容易分解，漆膜较厚时，就使得隔爆间隙宽度变 大，影响隔爆外壳的隔爆性能。 力太大，再受爆炸压力的作用时，就易发生断裂。 同时，为了避免外力对紧固螺钉的剪切，盖和壳体 接合处的外形公称尺寸必须一样；③为了精确的 保证隔爆间隙宽度，还须控制法兰隔爆面的平面度 和粗糙度Ｒａ，一般要求隔爆接合面的平面度不大 于０．１５ ｍｉｌｌ，粗糙度Ｒａ不超过６．３ ｍ。 ０●＜＞●ｏ●ｏ●＜＞●ｏ●ｏ●＜＞－０●ｏ●０●＜＞●ｏ●（＞●０●０●０●＜＞●０●＜＞●ｏ●＜ －（＞●０３ 隔爆通气与排液装置 隔爆外壳内设备或元件，在正常运行或停机、 泄压等需要与壳外环境通气或向环境中排液时，需 要安装隔爆通气装置和隔爆排液装置，既起通气、 （下转第３３页） ●・＝＞●ｏ●０●ｏ●ｏ●・（＞●ｏ●＜＞●ｏ●ｏ●ｏ●＜＞●＜＞●０●＜＞●０●‘）●・０●＜＞●０●（＞●０● （上接第１９页） 面角度看没有发生向井下溃水的情况。 控电缆挖出，裸露于地表，也为该线路照明、通讯 畅通及道岔拨动，起到了有力保障作用。 （３）参照《三下采煤规程》中，砖和混凝土 的坝和堤的极限水平变形值为２．５ ａｒｉｎ／ｉｎ，通过王 ４ 结语 东南区大煤煤柱Ｉ面（上分层）、Ⅱ面（上分 层）分别于２０１０年１Ｏ月２６日和２０１０年１２月３Ｏ 日回采完毕，距今近５个月的时间。按照《三下 采煤规程》规定：连续６个月下沉值不超过３０ｍｍ 庄水库坝（石坝１）下沉观测数据求出其水平变形 值为０．９ ｍｉｌｌ／ｍ。 由此看出，轻放开采大煤煤厚全层和分层开采 累计结果，引起的水平变形值，显然是不同的。前 面（王庄水库坝变形检测）已经表述该石坝１在受 东Ｉ面（上分层）采动后的基本情况。在东Ｉ面（ 下分层）采动后，对该坝产生的水平变形累计值， 仍需关注。 时，可认为地表移动期结束。据观测资料可看出， 目前地表已进入基本稳定期，现小结如下： （１）在深厚比为１４３—１６９倍，非充分采动的 情况下采煤，地表所呈现的下沉基本特点是均匀的 连续的，没有发生突然变化之情况。而且主要变形 区相对集中。这种特性，对于铁路方面来说，一是 本观测站及资料是在专项设计，通过采用合乎 精度的仪器和规范的测量方法获得的，所取得的一 些变形数据和角值，有一定参考价值的。２０１０年， 便于维修线路，二是维修工作量相对较小。 （２）东Ｉ面（上分层）、Ⅱ面（上分层）的 开采，主要影响马峰铁路和羊一专用线路。采前 矿、路双方签订了塌陷维修协议，按照计划要求及 时提供了土方和石渣。通过建立观测站定期观测， 向路方传递下沉数据便于维修，保证了两条铁路的 安全运行。 东Ｉ面（上分层）、Ⅱ面（上分层）为该矿在马峰 铁路、羊一专用线和王庄水库坝下，合计采出１８．５ 万ｔ煤炭，实现了在铁路及水库下安全采煤。 作者简介：张田丰（１９８２一），男，辽宁阜新人，助理工 程师，冀中能源峰峰集团公司羊东矿生产技术部主管技术 员。 为了防止采动影响，采前矿方还将东Ｉ面（上 分层）影响范围内，位于马峰铁路两侧路肩上的光 （收稿日期：２０１１—０８－１６；编辑：毛志国）