鐵路橋沉降觀測及橋下采煤安全措施研究

張宏志

（開灤股份范各莊礦業(yè)分公司，河北 唐山 063000）

在范各莊礦的資源儲量構成中，“三下”壓煤資源量較大，占礦井資源儲量近3/10，較大的“三下”壓煤儲量制約了范各莊礦業(yè)分公司生產(chǎn)潛力的發(fā)揮。為進一步解放“三下”壓煤，延續(xù)礦井服務年限，最大限度開采地下資源，在充分研究論證的基礎上，范各莊礦通過及時監(jiān)測、協(xié)調(diào)鐵路維護、控制回采進度等方式，成功回采了鐵路橋煤柱區(qū)域3090（4）工作面，采出煤炭資源25.5萬t，在保障礦區(qū)鐵路及鐵路橋安全運營的基礎上，實現(xiàn)了鐵路下壓煤的安全高效回采，創(chuàng)造了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

1 概況

沙河鐵路橋建于1980年，1981年6月投入運營，為公司內(nèi)部鐵路。鐵路橋全橋有橋墩19個，共18孔，橋梁跨度12.5 m，總長度為234 m。3090（4）工作面在平面位置上距離沙河橋150 m，位于范各莊礦二水平北翼。該煤層為復雜結構中厚煤層，煤層厚度1.2~2.0 m，工作面有效采厚2.2 m左右，開采深度為450～530 m，屬于軟弱-中硬頂板類型，煤層平均傾角約6°。工作面與鐵路的位置關系如圖1所示。

2 鐵路橋及線路采動影響預測

對于地表沉陷變形預計的研究，2000年頒布的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》中發(fā)布了比較常用的地表移動與變形預計算方法，其中概率積分法具有參數(shù)容易確定、實用性強等優(yōu)點，是最常用的方法。概率積分法的實質(zhì)就是把整個開采區(qū)域分解為無限個微小單元的開采，從統(tǒng)計觀點出發(fā)，整個開采對巖層及地表的影響等于各單元開采對巖層及地表影響之和。地表單元下沉盆地的表達式：

圖1 3090（4）工作面與礦鐵路橋關系示意圖

本次采用概率積分法對鐵路線路地表沉陷變形情況進行預計，對比開采前的沙河橋及現(xiàn)狀，預計受采動影響后的整條鐵道線路變化趨勢分4個階段：

第一階段，從范各莊礦工業(yè)廣場內(nèi)軌道里程點號350起，至軌道里程點號950止，主要呈現(xiàn)下降趨勢，該點為整個線路的最低點。該段高差為-0.807m，長約為600m。

第二階段，從軌道里程點號950起，至鐵路橋橋墩點位N8止（其中N0～N8位于沙河橋上），主要呈現(xiàn)上升趨勢，該點為沙河橋上最高點。該段高差為0.668m，長約為230m。

第三階段，從鐵路橋橋墩點位N8起，至軌道里程點號1+350（其中N8～N16位于沙河橋上），主要呈現(xiàn)下降趨勢。該段高差為-0.188 m，長約為170 m。

第四階段，從軌道里程點號1+350起，至軌道里程點號1+800止，主要呈現(xiàn)上升趨勢。該段高差為1.269m，長約為450m。

3 鐵路橋及線路綜合維護措施

根據(jù)預測結果，鑒于采煤引起的鐵路、橋梁的移動與變形是一個連續(xù)、緩慢、有規(guī)律的漸變過程，依據(jù)預計的線路采后下沉變化趨勢和線路下沉后的預填厚度，對線路下沉后起墊道工作分兩個地段分別組織施工，具體方案如下：

（1）鐵路橋南段：當鐵路橋南端N0點往南大約長300米線路范圍內(nèi)累計下沉量最深點達到250 mm時開始組織人員進行第一次起墊道施工，下沉最大點處軌面抬高量為250 mm，并向南北兩端線路順坡。第一次集中人力物力起墊道施工完后，隨著時間的延長，當該段線路下沉量最深點又達到200 mm后，再組織一次起道施工，從而達到預測的最大預填厚度401 mm的填方量要求。

（2）鐵路橋北端：當鐵路橋北端N18點往北約250m長線路范圍內(nèi)最大下沉量達到242mm后集中人力物力進行一次起墊道施工，下沉量最大點處的軌面抬高量約250 mm，并向南北兩端線路順坡，從而達到預測中填方厚度242mm的填方量要求。

為全面做好下沉線路的綜合維修工作，公司成立沙河鐵道線路下安全采煤工作項目部，制定詳細綜合維護措施：

①地測人員組建相對穩(wěn)定的觀測隊伍，制定以鐵路橋為重點的變形觀測方案，按照《煤礦測量規(guī)程》的規(guī)定認真觀測，及時處理相關數(shù)據(jù)并向相關領導和部門提供；

②鐵路運營單位組織足夠的人力對回采區(qū)域線路和橋梁進行檢查和維修，及時儲備鐵路線路的維修物資，確保線路和橋梁符合安全運輸要求；

③回采單位合理安排工力，保證回采開始后不出現(xiàn)停采現(xiàn)象，嚴格控制工作面回采高度和回采進度，確保整個工作面連續(xù)、勻速的完成回采工作。

4 結語

（1）和2014年底觀測數(shù)據(jù)比較，該鐵路線整體下沉，其中橋墩整體累積平均下沉220 mm，橋東端E15-E8平均下沉130mm、橋西端平均下沉180 mm，整體下沉小于通過概率積分法預計的數(shù)值。

（2）豐富的實測資料數(shù)據(jù)，能夠提供切合實際的地表沉陷變形預計參數(shù)，對采后措施的制定具有很大的指導意義。根據(jù)預測結果，此次制定了沙河鐵路橋及線路綜合維護措施，在保障礦區(qū)鐵路及鐵路橋安全運營的基礎上，成功采出煤炭資源25.5萬t，取得了較好的效果。