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論文關鍵詞:綜采放頂煤鐵路專用線下采煤地表沉陷災害治理
論文摘要:文中通過在鐵路專用線建立第四系厚沖積層下輕型支架綜采放頂煤條件的地表沉降變形觀測站,經長期觀測和相關數據處理后獲取到特殊地層下巖移參數,為礦區鐵路專用線采動沉陷治理提供了科學依據,對類同地層條件下礦井地質災害防治具有重要的參考價值。
淮北礦業集團公司朱仙莊煤礦位于黃淮平原中段,煤系地層之上覆蓋著厚度為250m左右的第四系沖擊層,礦區鐵路專用線貫穿井田6·7km,橫跨南翼
一、
三、
五、七采區,在蘆嶺站與京滬線連接。1999年以來,該礦采用輕型支架綜采放頂煤新工藝取得良好經濟效益的同時,開采引起的地表沉陷也日趨加劇,尤其是鐵路專用線下回采,造成路基下沉,鋼軌扭曲變形,給鐵路專用線上煤炭的安全營運造成了嚴重威脅。因而,對鐵路進行動態監測、為路基下沉及防治提供預測預報尤為必要。
1開采情況及沉陷區現狀
鐵路專用線下方一采區有711、713、810、811、813五個工作面,首采面為811工作面,采厚10m,工作面走向650m,傾斜長130m,煤層傾角20°,采取一次采全高區內前進式開采,采用輕型支架綜采放頂煤回采工藝。
鐵路專用線與南翼采區呈25°(斜交,壓煤量大,留設保護煤柱造成大量資源無法回收,不利南翼采區采場布局,經反復論證,決定采用先回采后回填路基的方法。淮北礦區尚無厚沖積層下放頂煤回采的地表及巖層移動參數,根據分層回采經驗巖移參數,預測一采區811工作面回采后將造成路基嚴重下沉,最大下沉預計達10·5m,以往因無法準確測算路基下沉量、回填工程量和預測回填時間,曾發生下沉盆地中段回填矸石不足,鋼軌拉伸斷裂,盆地邊緣鋼軌扭曲變形,回填矸石堆積,路基起伏不平等事故。
2路基沉降觀測系統及外業觀測
2·1觀測站設計
根據鐵路線下811、813工作面布局狀況,沿路基東北側布設一條偽走向觀測線,布設50個工作測點(間隔25m),在下沉盆地之外觀測線兩端各埋設3個控制點;同時在鋼軌上間隔25m打直徑1·2mm圓孔布設鋼軌觀測線;在下沉盆地中央布設一條傾斜觀測線,工作測點48個,形成完整的鐵路沉降變形觀測站。
2·2測點結構及埋設
基樁用混凝土預制,測點標志采用直徑40mm園鐵制作,頂端焊以薄層銅面,中間鉆有直徑1·5mm小孔,園鐵上端車出螺絲扣,套上聯接頭,以備測點下沉后接樁。初次埋點開挖500mm見方基坑,坑底鋪150mm厚石子,植入基樁,用混凝土澆實。每次采用接樁措施后,均要用混凝土澆勻灌實,凝結牢固,并實地測定測點位置。
2·3外業觀測項目
外業觀測包括四個方面:
(1)觀測站連測:測點與礦區控制網之間進行的GPS控制測量。
(2)全面觀測:觀測站內部各測點的高程測量、點間距測量和支距測量。
(3)水準測量:觀測站工作測點的沉降觀測,按一定周期單獨進行。
(4)地表附屬物的測定、編錄:對鐵路沿線地表塌陷裂縫、臺階和鐵路沿線輸電線路下沉、鐵路橋涵破壞和鋼軌接頭脫節扭曲、道釘崩落等地表附屬物破壞狀況進行實地勘查、素描和測量,并編錄臺帳。
2·4觀測技術要求
(1)埋點15天后,進行觀測站連測,宜獨立進行2次。
(2)采動之前進行2次全面觀測,間隔不超過5天,如果2次觀測較差不超過表1規定,取2次觀測值平均值作為各測點的原始數據。
地表移動顯現后,每旬對觀測站進行全面觀測或水準測量;移動活躍期,至少要進行4次全面觀測,依據工作面推進速度,適當加密水準測量次數。
(3)地表塌陷臺階、裂縫、(輸電、通訊)線路和橋涵等附屬物調查應同步進行,臺帳編錄宜每月1次。路基回填后還要增加跨鐵路線路與路基間懸高三角高程測量,確保火車安全運行間隙。
(4)井下回采工作面調查為掌握地表移動變形與回采工作面之間時空關系,應對工作面回采狀況進行調查,調查內容包括:工作面推進位置、采凈程度、煤層傾角、實際采厚、來壓周期和頂板垮落等。
3內業成果及采動損害治理
3·1原始觀測數據
每次觀測結束,檢查外業手簿無誤后,按以下程序整理內業成果:
(1)計算各觀測線閉合差,不超過限差將其配賦;
(2)計算各測點高程;
(3)計算各邊長改正數,取其最或是值;
(4)計算各觀測線工作測點的下沉w、傾斜i、曲率k、水平移動U和水平變形值ε;
(5)繪制各觀測線移動與變形曲線圖;
(6)向有關部門提交回填工程方量計算圖及技術要求說明書。
3·2數據處理
采用中國礦業大學MSPS2地表及巖層移動數據處理軟件,對采集的原始數據進行處理,內業成果處理分析后,得出本礦巖移各項參數。(見表3)
3·3采動損害治理思路
在一采區鐵路線下進行試采,采取“邊采邊測邊填”的動態治理策略。在取得可靠的觀測資料和回填經驗后,在南翼采區推廣應用。根據南翼采區鐵路下煤層賦層特征和采場布局情況,運用MSPS2地表及巖層移動數據處理系統預測鐵路下沉與變形,根據各段下沉量概算出回填方量,就近從南二風井廢棄矸石山取料堆放在鐵路線兩側備用,適時回填,化害為利,保證鐵路專用線的運輸安全。
3·4治理成果
一采區811、813,三采區831、833,五采區851、853、855、857,七采區875、877等工作面和
三、五采區二水平都位于鐵路線下方,破壞長度5·2km,目前
一、三采區治理已全部竣工,五采區一期工程也已完成,全部達到預期效果,后期工程也按治理思路穩步進行。同時,鐵路兩側開采損害區域也按該治理思路和參數及時進行了系統完善的治理,保證了礦區安全生產的有序進行,取得了良好的經濟效益和社會效益。
4結語
厚沖積層下綜采放頂煤回采地表及巖層移動參數,在該礦實際災害治理應用中得到了很好的驗證,對礦井災害防治、征地遷村、建筑物保護以及生態環境治理等諸多方面都有極高的應用價值,適用于同類地層條件下礦井。新晨：