貴陽白布礦井(二期)下穿鐵路安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

周國輝

(武漢鐵四院工程咨詢有限公司,武漢 430063)

貴陽白布礦井(二期)下穿鐵路安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

周國輝

(武漢鐵四院工程咨詢有限公司,武漢 430063)

織金至畢節(jié)鐵路從白布礦井(二期)井田中西部穿過,為確定井筒的本身結(jié)構(gòu)是否安全,井筒施工是否會(huì)危及鐵路的安全,煤礦在開采期間是否對(duì)鐵路造成影響,通過模型計(jì)算及風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別評(píng)估分析,結(jié)果表明,礦井下穿鐵路設(shè)計(jì)方案合理安全。

礦井；下穿；鐵路；安全；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

1 工程概況

1.1 礦井井筒與鐵路的關(guān)系

織金至畢節(jié)鐵路線路位于貴州省西北部，從畢節(jié)東站北端D2K320+000引出至織金站北端D1K399+639.275=黃織線DK63+600，長約79.888 km，含織金地區(qū)相關(guān)工程?？棶呰F路該段基本已施工完畢，煤礦礦井正處于設(shè)計(jì)方案階段，主斜井、副斜井和回風(fēng)斜井從織畢鐵路下方通過，井筒在鐵路下方處的層位為基巖龍?zhí)督M砂巖，鐵路在該處為路基填方區(qū)，填方厚度為4.4～6.2 m。3條井筒與鐵路交叉處的具體參數(shù)見表1，井筒位置如圖1所示。

表1 井筒與鐵路位置參數(shù) m

圖1 井筒在鐵路縱斷面中的位置(單位：m)

1.2 礦井開采范圍與鐵路的關(guān)系(鐵路保護(hù)煤柱留設(shè))

根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》第59條[4]，留設(shè)鐵路保護(hù)煤柱時(shí)，受護(hù)面積的設(shè)計(jì)：路堤以兩側(cè)路堤坡腳外1 m為界，路塹以兩側(cè)塹頂邊緣為界，在兩側(cè)界限以內(nèi)的范圍為受護(hù)對(duì)象。根據(jù)《鐵路安全管理?xiàng)l例》第27條[2]，鐵路線路兩側(cè)應(yīng)當(dāng)設(shè)立鐵路線路安全保護(hù)區(qū)。鐵路安全保護(hù)區(qū)統(tǒng)一取20 m。鐵路保護(hù)煤柱受護(hù)面積為鐵路線路安全保護(hù)區(qū)邊界以內(nèi)的區(qū)域，即從鐵路線路路堤坡腳、路塹坡頂或者鐵路橋梁(含鐵路、道路兩用橋，下同)外側(cè)起向外范圍。

織畢鐵路為國家電氣化鐵路，沿鐵路受護(hù)對(duì)象邊界向外再留設(shè)20 m維護(hù)帶寬度。

2 煤礦斜井設(shè)計(jì)方案(圖2)

2.1 井筒斷面

(1)主斜井

主斜井承擔(dān)煤炭運(yùn)輸、人員運(yùn)送和輔助進(jìn)風(fēng)，布置膠帶輸送機(jī)和架空行人裝置，鋪設(shè)通信控制電纜及消防灑水管路等。井筒提升方位角281°，傾角11.5°。設(shè)計(jì)巷道凈寬5.0 m，墻高1.5 m，凈斷面積17.3 m2；巷道掘進(jìn)寬度5.8 m，掘進(jìn)斷面積24.2 m2。

(2)副斜井

副斜井承擔(dān)礦井輔助運(yùn)輸、主進(jìn)風(fēng)和排水，鋪設(shè)600 mm軌距單軌，布置排水、壓風(fēng)、灑水管路、動(dòng)力電纜、通信控制電纜等。井筒提升方位角281°，傾角11.5°。設(shè)計(jì)巷道凈寬4.8 m，墻高1.8 m，凈斷面積17.7 m2；巷道掘進(jìn)寬度5.6 m，掘進(jìn)斷面積24.7 m2。

圖2 主斜井襯砌斷面(單位：mm)

(3)回風(fēng)斜井

回風(fēng)斜井承擔(dān)礦井回風(fēng)任務(wù)，井筒內(nèi)布置高、低負(fù)壓瓦斯抽采管路?；仫L(fēng)斜井井筒提升方位角為281°，傾角11°。設(shè)計(jì)巷道凈寬5.2 m，墻高2.0 m，凈斷面積21.0 m2；巷道掘進(jìn)寬度6.0 m，掘進(jìn)斷面積28.5 m2。

2.2 支護(hù)參數(shù)

采用錨網(wǎng)噴+砌碹支護(hù)，錨桿為φ20×2200 mm螺紋鋼錨桿，間排距800 mm×800 mm；金屬網(wǎng)網(wǎng)格為100 mm×100 mm，鋼筋為φ6.5 mm；噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，厚度120 mm；鋼筋混凝土砌碹永久支護(hù)厚度400 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，抗?jié)B等級(jí)為P8，鋼筋保護(hù)層厚度40 mm。

井筒下部地層承載力小于120 kPa時(shí)，采用MU20毛石、M5水泥砂漿砌筑井筒基礎(chǔ)，基礎(chǔ)每側(cè)超出巷道邊緣100 mm，基礎(chǔ)嵌入承載力大于120 kPa的老土深度不小于500 mm。

2.3 施工方法

(1)明槽開挖；(2)注漿管棚作為超前支護(hù)法。

3 安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

3.1 井筒的結(jié)構(gòu)安全計(jì)算

根據(jù)主斜井與織畢鐵路的位置關(guān)系，分析采用Midas有限元軟件荷載-結(jié)構(gòu)模型，對(duì)主斜井結(jié)構(gòu)的襯砌強(qiáng)度檢算采用破損階段法，結(jié)構(gòu)所受的荷載按可能的最不利組合情況計(jì)算。最不利荷載考慮，主斜井結(jié)構(gòu)上部有豎向圍巖壓力、結(jié)構(gòu)自重、列車活載。列車活載取鐵路標(biāo)準(zhǔn)“中-活載”。見圖3。

圖3 主斜井井筒荷載計(jì)算簡圖

根據(jù)以上計(jì)算荷載組合計(jì)算，礦井襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力如圖4、圖5所示，砌碹結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位內(nèi)力檢算結(jié)果見表2。

圖4 彎矩圖(單位：kN·m)

圖5 軸力圖(單位：kN)

序號(hào)位置軸力/kN彎矩/(kN·m)截面高度/mm配筋面積/mm2規(guī)范要求安全系數(shù)K計(jì)算安全系數(shù)偏心類型裂縫寬度規(guī)范要求/mm1拱頂21.057.22400942229.00小偏心不用驗(yàn)算2拱腰364.962.89400942223.18小偏心不用驗(yàn)算3拱腰364.982.89400942223.18小偏心不用驗(yàn)算0.24墻腳368.66.54400942221.68小偏心不用驗(yàn)算5墻腳368.66.54400942221.68小偏心不用驗(yàn)算

計(jì)算結(jié)果表明，主斜井井筒結(jié)構(gòu)安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，井筒結(jié)構(gòu)下穿織畢鐵路是安全的。

3.2 井筒爆破開挖可能誘發(fā)鄰近滑坡滑動(dòng)影響路基穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)

井筒施工時(shí)，礦井井筒下穿鐵路路基，宜采用非爆破法施工，減少對(duì)已建成鐵路路基結(jié)構(gòu)或正在修建的路基結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)。若采用爆破法時(shí)，可采用微振爆破，應(yīng)嚴(yán)格控制振動(dòng)速度，并滿足《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2003)表13-1爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)[3]。爆破振速應(yīng)控制在10 cm/s以內(nèi)。將對(duì)鐵路的影響降到可接受范圍，確保鐵路路基安全，避免井筒爆破開挖振動(dòng)可能誘發(fā)鄰近滑坡滑動(dòng)影響路基穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 井筒施工期間瓦斯突出的安全風(fēng)險(xiǎn)

煤礦瓦斯爆炸是一個(gè)偶發(fā)事件，其爆炸時(shí)的影響因素眾多，不能判斷其可能的爆炸當(dāng)量，眾多瓦斯爆炸事故案例分析，并未造成礦井巷道的完全破壞，因此認(rèn)為瓦斯積聚產(chǎn)生的爆炸當(dāng)量不會(huì)超過1 t炸藥的爆炸當(dāng)量。假設(shè)按最不利條件考慮，煤礦發(fā)生瓦斯爆炸時(shí)，按1 t炸藥的爆炸當(dāng)量來考慮，上方鐵路路基處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度可根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2003)13.2.4條公式[3]計(jì)算得到。

經(jīng)計(jì)算爆破振速V=0.55 cm/s。

此結(jié)果遠(yuǎn)低于《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2003)表13-1中對(duì)各種建筑物的爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)的要求[3]，因此，采煤過程中的瓦斯爆炸對(duì)上方的鐵路安全基本沒有影響。

3.4 井田采煤期間，對(duì)鐵路安全的影響風(fēng)險(xiǎn)

鐵路采煤影響范圍為58 m。依據(jù)設(shè)計(jì)方提供的工業(yè)場地與鐵路的關(guān)系平面圖，邊界拐點(diǎn)距離鐵路最近為51.1 m，均處于鐵路占地范圍38 m以外，工業(yè)場地設(shè)置對(duì)鐵路無影響。

在織畢鐵路D2K351+600左右，線路前進(jìn)方向右側(cè)的保護(hù)煤柱寬度留設(shè)僅有56 m <58 m，本段保護(hù)煤柱的留設(shè)距離不滿足線路安全保護(hù)區(qū)的距離，因此D2K351+600附近煤層開采有一定的風(fēng)險(xiǎn)。鐵路保護(hù)煤柱保護(hù)斷面如圖6所示。

圖6 鐵路留設(shè)煤柱E-E斷面(單位：m)

4 評(píng)估結(jié)論

(1)白布礦井(二期)井筒下穿織畢鐵路設(shè)計(jì)超前支護(hù)和砌碹支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)合理，上部鐵路對(duì)下部井筒結(jié)構(gòu)安全無影響。

(2)礦井工業(yè)場地的各控制邊界點(diǎn)處于線路安全保護(hù)區(qū)范圍以外，工業(yè)場地的設(shè)置滿足鐵路安全管理?xiàng)l例中的規(guī)定，無安全風(fēng)險(xiǎn)，不會(huì)影響鐵路安全。

(3)鐵路保護(hù)煤柱的留設(shè)，在D2K351+600附近處于線路安全保護(hù)區(qū)范圍以內(nèi)，在此段落開采煤層，有安全風(fēng)險(xiǎn)，影響鐵路安全。

白布礦井(二期)工程目前正處于建設(shè)階段，在礦井施工過程中，鐵路下方井筒的襯砌安全可靠，與理論計(jì)算相符；礦井的施工也未對(duì)織畢鐵路的安全造成影響。通過以上評(píng)估，此類評(píng)估除考慮礦井結(jié)構(gòu)物本身的安全之外，應(yīng)充分考慮礦井本身的使用階段的重要風(fēng)險(xiǎn)，有針對(duì)性地對(duì)越界開采、瓦斯氣體等關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行分析，確保安全。

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[2] 中華人民共和國國務(wù)院令第639號(hào).鐵路安全管理?xiàng)l例[S].北京：中華人民共和國國務(wù)院，2013.

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Risk Assessment of Guiyang Calico Mine (Second Phase) Passing under Railway

ZHOU Guo-hui

(Wuhan Tiesiyuan Engineering Consulting Co. Ltd., Wuhan 430000, China)

Zhijin to Bijie railway (phase II) passes calico mine from mid-west. To ensure the safety of the well bore structure, determine the impact of shaft construction on railway operation, and the impact of coal mine excavation on the railway, model calculation and identification of risk source analysis and evaluation are conducted. The results show that the mine passing under the railway is reasonable and safe.

Mine; Under passing; Railway; Safety; Risk assessment

2015-06-15；

2015-06-26

周國輝(1982—)，男，工程師，2004年畢業(yè)于湖南科技大學(xué)，E-mail:605634633@qq.com。

1004-2954(2015)12-0072-03

U458

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.12.017