矿区铁路线下采煤技术

第１２卷第２期（总第７５期）　２００７年４月　煤矿　开采　Ｖｏ１．１２　Ｎｏ．２（Ｓｅｒｉｅｓ　Ｎｏ．７５）　Ａｐｒｉｌ　２００７　Ｃｏａｌ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　矿区铁路线下采煤技术　高有存　（兖矿集团北宿煤矿，山东邹城２７３５１６）　［摘要】　煤炭是不可再生资源，铁路线下压煤已占有效可采煤炭储量不小的比例。采用新的　可靠的开采技术，最大限度地回收煤炭资源，是难度大且十分紧迫的课题。北宿煤矿采用综合性开采　技术，有效地解决了铁路下采煤问题，收到了良好的经济效益和社会效益。　［关键词】　煤炭资源回收；铁路线下采煤；地表移动和变形；安全与效益　［中图分类号】ＴＤ８２３．８３　［文献标识码】Ｂ　［文章编号】１００６－６２２５（２００７）０２－００２８－０２　Ｃｏａｌ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｕｎｄｅｒ　Ｒａｉｌｗａｙ　ｉｎ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ａｒｅａ　１煤层埋藏概况　度仅为０．９３ｍ，采厚比为４０８／０．９３＝４３９＞４０，充　分满足国家《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤　柱留设与压煤开采规程》规定的数值要求。地表　移动和变形是连续型的，此时路基的移动和变形与　地表是一致的。　（２）煤层倾角为２—８。，比较平缓；煤层厚度　不足ｌｍ，采高小。采后上覆岩层垮落带高度较小，　地表下沉量小。回采过程中不需要地下充填，而是　北宿煤矿十四采区１４６６工作面位于矿井井田　北部边界，埋藏深度为地表以下４０８ｍ。煤层平均　厚度０．９３ｍ，煤层倾角２—８。，属缓倾斜煤层。采　区开拓掘进工程量大，其上部地表有矿区自营铁路　煤炭运输专用线通过，担负济东煤田的煤炭外运和　矿井建设材料的运输。工作面范围内地表铁路线长　度为１２００ｍ，单层压煤４０２ｋｔ。　２开采方案确定　采取地面维修的方法就能解决回采后铁路路基和线　路下沉的问题，可有效地降低开采成本。　３地表移动和变形规律　铁路下采煤，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。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。　如果为了保护铁路运输线的安全，在铁路下方留设　保护煤住，除工作面大量煤炭资源不能回收利用　外，还将因铁路走向和工作面走向成小角度斜交，　增加铁路线两侧掘进工程量１７００ｍ。由于铁路线内　侧工作面切眼沿铁路线布置，和工作面倾向无法垂　直，给回采增加了难度。　在充分考虑煤层赋存条件、开采成本和技术难　度等综合因素的情况下，选择了铁路线下工作面一　次性回采方案。　方案选择的依据和优点：　铁路下采煤以不影响列车安全运行为前提条　件，其基本要求一是必须满足一定的采深与采厚　充分采动条件下水平或近水平煤层主断面内移　动和变形的主要指标有下沉、倾斜、曲率、水平移　动、水平变形５项。　（１）下沉是主断面内地表移动向量的铅直分　量，用　表示，单位为ｍｍ。取最大下沉点的地表　点为坐标Ｏ点，　向下为正。下沉曲线的变化规　律是最大下沉值在盆地中央，下沉值是位置的函　数，下沉曲线与采空区对称，移动盆地的边界点由　边界角　决定。如图１。　比，工矿企业专用线对薄及中厚煤层的采厚比要求　为Ｈ／Ｍ＞－４０；二是地表不会出现突然下沉或塌陷。　（１）煤层埋藏深度为地表以下４０８ｍ，煤层厚　图１　下沉　（２）倾斜是地表单位长度内下沉的变化，用ｉ　［收稿日期】２００６—１２—３１　［作者简介】高有存（１９６３一），男，山东莱芜人，采矿工程师，现任北宿矿副总工程师。　２８　维普资讯 http://www.cqvip.com

高有存：矿区铁路线下采煤技术　２００７年第２期　表示，单位ｍｍ／ｍ。主断面内地表下沉随位置不同　而不同，倾斜是下沉的一阶导数，也是位置的函　数。下沉曲线上任意点的切线与　轴正向所夹锐　角为正时倾斜为正。有正负之分，边界点和最大下　沉点之间存在正负极值。如图２。　Ｉ　１　０　。　八Ｉ　　．　Ｉｊ（ｍｍ／ｍ）　图２倾斜　（３）曲率是地表单位长度内倾斜的变化，用Ｋ　表示，单位１／ｋｍ。曲率近似为倾斜的一阶导数，　也是位置的函数。曲线上任意点的切线与　轴正　向所夹锐角为正时曲率为正。物理意义为正曲率是　地表下沉曲线在地面方向凸起，反之是在地面方向　下凹。如图３。　Ｋ（１０，ｍ）　ｌ／　＼、Ｊ　０　Ｉ八Ｉ　Ｖ　Ｖ‘　图３　曲率　（４）水平移动是主断面内地表移动向量的水　平分量，用“表示，单位ｍｍ。Ｕ坐标轴向下为　正，边界点和采空区中点水平移动为零。如图４。　Ｉ　１　０　．　。Ｖ　ＩＵ（ｍｍ）　　Ｉ　图４水平移动　（５）水平变形单位长度内水平移动的变化，　用占表示，水平变形坐标轴向上为正，单位ｍｍ／　ｍ。水平变形正值的物理意义是地表受拉伸变形，　负值为受压缩变形。如图５。　ｅ（ｍｍ／ｍ）　Ｉ　０　Ｉ八　Ｉ。‘Ｖ　Ｖ　‘　图５水平变形　４移动和变形对线路的影响　（１）连续型地表移动和变形对路基造成下沉　和水平移动、倾斜、水平变形３种影响。　路基下沉过程中在竖直方向不会产生明显的移　动和离层现象，路基在下沉的同时还伴有水平移　动。垂直于路基方向的横向水平移动将改变路基的　原有方向。地表倾斜对路基的稳定性有很大的影　响，倾斜方向与滑坡方向相同时，会使路堤或路堑　的稳定性降低。地表水平变形会使路基产生附加的　拉伸或压缩变形。　（２）连续型地表移动和变形对线路造成道床、　轨枕和钢轨的标高与平面位置发生变化。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　列车中心偏移，曲线段将改变外轨抬高高度。线路　的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。线路的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，当线路　的方向与采煤工作面推进方向一致时，位于下沉盆　地主断面内的线路路基横向水平移动较小。纵向水　平移动与地面水平移动和变形分布范围基本相同。　５开采技术措施　（１）工作面采用连环对拉面布置，设计了３　个工作面，即上、中、下面，工作面总宽度３２０ｍ，　走向长１３００ｍ使铁路线处于整个工作面的地表范　围内，基本满足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，采后铁路路基可一　次性落人移动盆地平底，仅受到动态变形的影响，　有效地减少线路的横向水平移动和变形。工作面布　置如图６。　图６工作面布置　（２）采用单层开采，使采后工作面上覆岩层　垮落带高度控制在最小数值内，大幅度地减少地表　（下转７５页）　２９　维普资讯 http://www.cqvip.com

王兆丰等：水力挤出在突出煤层巷道掘进中的应用　２００７年第２期　施过程中选取了注水效果较好的１０个循环进行比　较（见表２、图３与表３、图４）。　表２注水前后各循环ｑ　比较　７　堡　墼　ｌ　２　３　４　５　６　７　８　９　１０　０　１　２　３　４　５　６　７　８　９　１０　循环数　注水前８．９５　９．２３　６．７５　５．２８　７．９５　９．２８　ＩＩ．８　９．Ｉ８　５．５７　ｌＯ．３８　图４注水前后各循环Ｓ　比较曲线　注水后３．４５　３．２８　３．５５　１．６３　４．１　３．６４　３．７２　２．４Ｓ　２．２８　３．８ｌ　效检其对应的注前预测值，并且大都小于临界值（１０　个循环中效检指标只有１次大于临界值）。注水后　钻屑量Ｉｓ　也比注水前有很大降低，效检指标超标　率远远小于采取排放钻孑Ｌ措施的效检指标超标率，　４　ｌ　２　１＋注水前预测ｑ～　＋注水后校检ｑ一　／－、、　．　蓁ｉ　◆＿　＼／—　　．，，ｒ　＼　／＼／，　　　０　嚣　Ｏ　效检不超标便可以直接进行掘进，掘进速度得到了　很大提高。　［参考文献］　［１］辛新平，魏国营，李学臣，等．严重突出煤层快速掘进防突　１　２　３　４　５　６　７　８　９　１０　循环数　图３注水前后各循环ｑ　比较曲线　表３注水前后钻屑量Ｊｓ　比较　循环数　ｌ　２　３　４　５　６　７　８　９　１０　技术研究鉴定资料［Ｒ］．焦作：焦作煤业集团有限责任公司　科学技术研究所，２００２．　［２］辛新平，张长海．高压注水技术工艺及防突效果研究［Ｊ］．　注水前预测注水后效检２．８　４．１　６．２　６．５　５．０　４．８　２．４　３．９　５．２　４．６　０．５６　１．２　１．７　１．９　２．１　３．０　３．４　４．２　３．６　４．０　焦煤科技，２００２．　［３］李志强．水力挤出措施防突机理及合理技术参数研究［Ｄ］．　河南：河南理工大学安全科学与工程学院，２００４．　由表２、图３与表３、图４可以看出，注水前　每个循环的预测指标最大值ｑ一均大于临界值　（４．ＯＩＭｍｉｎ），注水后再进行效果检验ｑｍａｘ远远小于　［４］马雷舍夫．煤与瓦斯突出预测方法和防治技术［Ｍ］．魏风　清，张建国译．北京：煤炭工业出版社．　［责任编辑：邹正立］　（上接２９页）　下沉量。　地向东延伸过程中略高，回采造成该区域的水平变　形和曲率变形增大。　通过实测得出地表及铁路路基移动变形的最大　值为：　最大下沉量６７０ｍｍ、最大倾斜２．９７ｍｍ／ｍ，最　大水平移动２０３．７ｍｍ，最大水平变形１．４２１　ｍｍ／　（３）采用无煤柱开采，且工作面推进方向与　线路平行，整体连续推进，加快工作面推进速度，　有效地减少地表变形的叠加，相应减少地表变形对　铁路的影响。　（４）设立铁路路基观测站，布置１条走向观　测线和１条倾向观测支线。走向观测线沿铁路方　向，全长１６ＯＯｍ；倾向观测支线沿铁路垂直方向，　全长９ＯＯｍ。布置测点８０个，控制点８个。由于　１４６６工作面的埋深较大，测点的间距选取２０ｍ，　控制点间距为ｌＯＯｍ。　６采后地表变形与治理　ｍ，最大曲率变形０．０２６／ｋｍ。　由于工作面开采而引起的地表及铁路路基的移　动变形影响铁路范围１２ＯＯｍ，影响时间１６个月。　通过对地表铁路充填路基、加固护坡等手段，共投　入矸石１８６１９ｍ　、片石８９５８ｍ　、砌挡墙３８０７ｍ　。　有效地保证了矿区铁路专用线的正常运输。自　２００３年３月工作面开始回采至２００４年７月停采，　安全采出原煤３８６ｋｔ，收到了良好的经济效益和社　会效益。　［参考文献】　［１］杜计平，汪理全．煤矿特殊开采方法［Ｍ］．徐州：中国矿业　从实测铁路路基与地表移动特征曲线上看，长　壁式全冒落开采引起的地表变形有连续性的特征，　在１ｋｍ＋５ＯＯｍ处开采完毕后，铁路路基和地表达　到充分移动，随着开采下沉盆地中心逐渐向东移　动。由于１４６６上面遇到落差３．５ｍ断层、下面遇　到落差３．８ｍ断层，留设了断层煤柱，造成下沉盆　大学出版社，２００３．　［责任编辑：邹正立】　７５