黃玉川煤礦沉陷區(qū)公路快速修復(fù)與治理

王崇平，高 超，劉 貴

(1.國(guó)能億利能源有限責(zé)任公司 黃玉川煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000；2.天地科技股份有限公司 開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100013)

0 引 言

井下煤層工作面開(kāi)采后，巖層移動(dòng)變形逐層傳播至地表后表現(xiàn)為地表沉陷[1]。受沉陷影響的地表建(構(gòu))筑物將產(chǎn)生一定量值的移動(dòng)變形，當(dāng)移動(dòng)變形超過(guò)建(構(gòu))筑物允許變形[2]時(shí)，將對(duì)地表建(構(gòu))筑物產(chǎn)生損壞影響、失去其原有的使用或應(yīng)用價(jià)值。

公路是煤礦區(qū)最為常見(jiàn)的地表建(構(gòu))筑物之一，公路的建設(shè)提高了礦區(qū)及周邊地市的出行速度與出行質(zhì)量。但是部分公路壓覆礦區(qū)煤炭資源，受采煤沉陷影響的公路路面會(huì)產(chǎn)生不同程度的下沉、傾斜、曲率、水平變形、裂縫、開(kāi)裂、臺(tái)階錯(cuò)動(dòng)、塌陷坑等[2]。輕微的路面移動(dòng)變形會(huì)降低路面行車(chē)的舒適度、車(chē)內(nèi)人員有輕微顛簸感；較為嚴(yán)重的地表裂縫、臺(tái)階錯(cuò)動(dòng)及較大的曲率與傾斜度變化還會(huì)發(fā)生跳車(chē)，甚至影響行車(chē)安全、造成交通事故等。

關(guān)于沉陷區(qū)地表建筑物損害程度、變形測(cè)量與路面治理等方面，許多學(xué)者已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行了研究。譚志祥等[3]結(jié)合改進(jìn)步長(zhǎng)的果蠅優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)InSAR地表全盆地沉陷監(jiān)測(cè)與沉陷預(yù)計(jì)參數(shù)求取。何榮等[4]基于三維激光掃描技術(shù)提出地表傾斜提取方法，為礦區(qū)環(huán)境治理與建筑物修復(fù)提供技術(shù)支撐。張凱等[5]提出適用于復(fù)雜地形或區(qū)域性條件下的地表移動(dòng)變形“空天地”一體化監(jiān)測(cè)技術(shù)。鄧偉男等[6]針對(duì)京張高速公路的路面損壞特征，并提出了限速、警示牌等應(yīng)急處理措施。楊鋒等[7]提出通過(guò)在路基中加鋪土工格柵的方式進(jìn)行簡(jiǎn)易抗變形設(shè)計(jì)即可保證高速公路安全運(yùn)行的新思路。李海深等[8]提出限厚開(kāi)采、留設(shè)三角煤柱、全面觀測(cè)等措施進(jìn)行公路下的壓煤開(kāi)采。王銳等[9]分析了隧道上部采空區(qū)影響特征，提出并非安全距離條件下的采空區(qū)注漿處理措施。

汽車(chē)及公路已經(jīng)成為礦區(qū)及周邊地市上班族的出行手段之一，同時(shí)貨物運(yùn)輸也是礦區(qū)及周邊地市的經(jīng)濟(jì)動(dòng)脈與基礎(chǔ)保障。受采煤沉陷影響的公路，如果沒(méi)有科學(xué)的沉陷理論指導(dǎo)[10]，或造成修復(fù)路段過(guò)長(zhǎng)、而增加建設(shè)費(fèi)用，或修復(fù)路段過(guò)短、不能解決損壞問(wèn)題；另一方面如果對(duì)損壞路面不及時(shí)維修，將影響礦區(qū)及周邊地市的出行與運(yùn)輸需求，如果損壞后直接進(jìn)行瀝青路面標(biāo)準(zhǔn)化重建，后續(xù)其他工作面或后續(xù)其他煤層開(kāi)采將再次對(duì)路面產(chǎn)生損壞，造成不必要的資金浪費(fèi)。為此需要結(jié)合開(kāi)采沉陷理論提出適用于煤礦采煤沉陷影響的、快速路面修復(fù)技術(shù)與工藝，指導(dǎo)公路下安全采煤，并保證礦區(qū)及周邊地市的人員出行與運(yùn)輸需求。

對(duì)于已經(jīng)受采煤沉陷影響或其他原因(地基原因、路面荷載、自然老化等因素)損壞的路面修復(fù)，通常采用：封路標(biāo)準(zhǔn)化路面重建、局部封路標(biāo)準(zhǔn)化修復(fù)、快凝材料快速修復(fù)、預(yù)制板機(jī)械吊裝快速修復(fù)等方法進(jìn)行道路的重建或修復(fù)。①封路標(biāo)準(zhǔn)化路面重建[11-12]：封路標(biāo)準(zhǔn)化路面重建法可一次性解決路面損壞的一系列問(wèn)題；但該工藝需要道路封閉時(shí)間較長(zhǎng)、影響交通出行，同時(shí)該方法需要一次性投入較大的資金量，且對(duì)于后期礦區(qū)其他工作面或下部煤層回采的適用性差。②局部封路標(biāo)準(zhǔn)化修復(fù)[13]：該方法是分步驟地對(duì)損壞路面進(jìn)行重建或修復(fù)；或只是針對(duì)于局部損壞較重的路面進(jìn)行補(bǔ)丁式修復(fù)。該方法可一定程度上解決路面損壞問(wèn)題，但不適用于煤礦采煤沉陷引起的路面破壞。③快凝材料快速修復(fù)[14-16]：該方法通過(guò)該類(lèi)添加劑或化學(xué)材料的添加，減小混凝土的凝固時(shí)間，縮短道路的封閉與施工占道時(shí)間；但該方法同樣不適用于后期存在煤礦采煤沉陷影響的路面。④預(yù)制板機(jī)械吊裝快速修復(fù)[17-18]：通過(guò)機(jī)械吊裝各預(yù)制板、拼接道路，后續(xù)再次拆除循環(huán)利用。該方法可應(yīng)用于煤礦沉陷影響路面，能解決后續(xù)工作面引起的二次路面破壞問(wèn)題；但該方法適應(yīng)長(zhǎng)度較短的待修復(fù)公路，對(duì)于長(zhǎng)度較大的公路，需要一次性投入大面積場(chǎng)地提前預(yù)制并養(yǎng)護(hù)混凝土板，且需要伴隨工作面推進(jìn)不間斷投入大型機(jī)械設(shè)備。

“移動(dòng)角+圍護(hù)帶”留設(shè)保護(hù)煤柱法[10]是公路保護(hù)煤柱內(nèi)不進(jìn)行開(kāi)采從而達(dá)到公路保護(hù)的目的。

封路標(biāo)準(zhǔn)化路面重建、局部封路標(biāo)準(zhǔn)化修復(fù)、快凝材料快速修復(fù)僅能解決非采煤沉陷區(qū)路面的重建與修復(fù)，對(duì)于井下后續(xù)其他工作面開(kāi)采影響及二次擾動(dòng)對(duì)公路的破壞后重建或修復(fù)的指導(dǎo)意義不大。預(yù)制混凝土板機(jī)械吊裝方法雖然可應(yīng)用于煤礦沉陷影響路面，能解決后續(xù)工作面引起的二次路面破壞問(wèn)題；但該方法適應(yīng)長(zhǎng)度較短的待修復(fù)公路，對(duì)于長(zhǎng)度較大的公路，需要一次性投入大量場(chǎng)地提前預(yù)制并養(yǎng)護(hù)混凝土板，且需要伴隨工作面推進(jìn)不間斷投入大型機(jī)械設(shè)備。市政及公園綠化用方磚或混凝土磚直接引用到采煤沉陷區(qū)公路鋪設(shè)，通常不能有效解決沉陷區(qū)路面的破壞強(qiáng)度高、需要治理的路段盲目性差、地表移動(dòng)變形及路面變形集中、分散沉陷變形等問(wèn)題。目前需要針對(duì)于采煤沉陷區(qū)影響變形大、范圍廣、多次擾動(dòng)等特點(diǎn)制定該條件下的公路快速分級(jí)及修復(fù)技術(shù)。

1 礦井概況

1.1 井田位置與地貌

黃玉川煤礦位于準(zhǔn)格爾煤田中西部。行政區(qū)劃隸屬于準(zhǔn)格爾旗長(zhǎng)灘鄉(xiāng)和薛家灣鎮(zhèn)管轄。井田對(duì)應(yīng)地表黃土廣泛覆蓋，厚度大，部分為風(fēng)積沙覆蓋，植被致密。

地表溝谷縱橫交錯(cuò)，溝谷呈樹(shù)枝狀，十分發(fā)育。井田內(nèi)地形基本呈東部高西部低形態(tài)，海拔最高為+1 292.2 m，最低為+1 030 m。

1.2 二盤(pán)區(qū)及工作面概況

礦井分為3個(gè)盤(pán)區(qū)，其中薛魏線(省道)、西青線(縣道)公路約5 200 m斜穿二盤(pán)區(qū)，根據(jù)地質(zhì)采礦資料可知，二盤(pán)區(qū)4號(hào)煤12404、12405、12406與12407工作面，6上煤226上04、226上05、226上06、226上07與226上08工作面均面臨公路下采煤?jiǎn)栴}(井上、井下對(duì)照如圖1所示)，井下煤層開(kāi)采將導(dǎo)致公路地面的移動(dòng)與變形。

圖1 工作面與地表公路Fig.1 Working face and surface road

二盤(pán)區(qū)4煤各工作面煤厚3.2～3.5 m，采深140～220 m；6上煤各工作面煤層厚度9.6～13.0 m，6上煤位于4煤以下80～90 m。

1.3 公路概況

西青線西起納榆線東至薛魏線，長(zhǎng)度約4 km；黃玉川煤礦二盤(pán)區(qū)對(duì)應(yīng)地表范圍內(nèi)的西青線路面寬度8.50～11.5 m(部分路段布置有排水溝)，設(shè)計(jì)雙向兩車(chē)道，為縣道，西青線路面照片如圖2所示。

圖2 二盤(pán)區(qū)對(duì)應(yīng)地表西青線路面Fig.2 Second plate area corresponds to Xiqing road

2 采動(dòng)影響計(jì)算與分區(qū)

2.1 保護(hù)煤柱留設(shè)

當(dāng)涉及公路下采煤時(shí)，最常規(guī)的方法是“移動(dòng)角+圍護(hù)帶”留設(shè)保護(hù)煤柱法[1-2]。依據(jù)二盤(pán)區(qū)西青線周邊的鉆孔柱狀圖，按照表土層移動(dòng)角φ=45°，巖層移動(dòng)角68°留設(shè)保護(hù)煤柱；考慮到公路的用途、通車(chē)量、社會(huì)功能及其重要性，保護(hù)等級(jí)確定為Ⅱ級(jí)建筑物，圍護(hù)帶寬度定為15 m。

2.2 地表沉陷計(jì)算參數(shù)選取與計(jì)算

結(jié)合二盤(pán)區(qū)的地質(zhì)采礦條件及未來(lái)規(guī)劃開(kāi)采情況，參考鄰近礦區(qū)及文獻(xiàn)[19]中有關(guān)規(guī)定確定地表移動(dòng)變形計(jì)算參數(shù)如下：下沉系數(shù)q=0.60或0.63(僅采4煤q=0.6，兩層煤均采q=0.63)、水平移動(dòng)系數(shù)b=0.30、主要影響角正切值tanβ=1.90、開(kāi)采影響傳播角θ=90°-0.6α(α為煤層傾角)、拐點(diǎn)偏移距S=0。

基于二盤(pán)區(qū)4煤和6上煤未來(lái)規(guī)劃開(kāi)采平面圖及開(kāi)采順序等，依據(jù)概率積分法及地表沉陷計(jì)算軟件進(jìn)行西青線的地表移動(dòng)變形計(jì)算。

2.3 公路抗采動(dòng)分析

根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)[20]可知，建(構(gòu))筑物雖然與地表表土層或基巖層直接接觸，但地表的移動(dòng)變形與建(構(gòu))筑物的移動(dòng)變形有一定的差異。首先對(duì)需要治理路面的不同區(qū)域、不同深度取心，并進(jìn)行物理力學(xué)試驗(yàn)，其次結(jié)合當(dāng)?shù)芈访嬉苿?dòng)變形閾值，基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)并參考國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果[21]，分析路面的抗采動(dòng)能力，并建立縣道路面移動(dòng)變形與地表移動(dòng)變形的關(guān)系；對(duì)于縣道公路的移動(dòng)變形與沉陷區(qū)地表移動(dòng)變形可表述如下：①路面與沉陷區(qū)地表下沉之間的關(guān)系：公路路基雖然經(jīng)過(guò)一定工序的處理，但是在自重作用下，路面或路基的下沉值Wr與地表下沉值Wr很接近、近乎相等；其相關(guān)關(guān)系式如下：Wr=(0.95～0.98)Ws。②路面與沉陷區(qū)地表傾斜之間的關(guān)系：對(duì)于一般工序完成的混凝土路面或?yàn)r青路面，路面或路基傾斜Tr與地表傾斜Ts差異較小。其相關(guān)關(guān)系式如下：Tr=0.833Ts+0.28。③路面與沉陷區(qū)地表水平變形之間的關(guān)系：基于本次實(shí)測(cè)資料，并結(jié)合我國(guó)部分礦區(qū)路面或路基水平變形εr與地表水平變形εs關(guān)系實(shí)測(cè)資料，其相關(guān)關(guān)系式如下：εr=0.94εs-0.12。

2.4 采動(dòng)影響分級(jí)與分區(qū)

根據(jù)煤礦開(kāi)采地表移動(dòng)變形特征及規(guī)律，基于二盤(pán)區(qū)地質(zhì)采礦資料及地表移動(dòng)變形計(jì)算結(jié)果，參考文獻(xiàn)[19]建筑物損壞等級(jí)劃分，結(jié)合地表移動(dòng)變形與路面移動(dòng)變形關(guān)系方程、路面的抗采動(dòng)能力，將二盤(pán)區(qū)對(duì)應(yīng)地表西青線進(jìn)行分區(qū)，分區(qū)情況及其判定準(zhǔn)則(變形指標(biāo)與表象指標(biāo)2類(lèi)指標(biāo)，其中一類(lèi)指標(biāo)達(dá)到即視為達(dá)到該分區(qū)標(biāo)準(zhǔn))如下：

1)路面輕微變形及一般裂縫區(qū)：路面下沉值大于10 mm且小于300 mm，路面水平變形小于4 mm/m，地表傾斜變形小于6 mm/m；對(duì)應(yīng)路面損壞特征為：只出現(xiàn)輕微裂縫、不出現(xiàn)非連續(xù)型裂縫破壞。

2)路面劇烈變形及非連續(xù)型裂縫區(qū)：路面下沉值不小于300 mm，路面水平變形不小于4 mm/m，路面傾斜變形不小于6 mm/m；對(duì)應(yīng)路面損壞特征為：出現(xiàn)張開(kāi)型或剪切型裂縫，路面臺(tái)階裂縫高差大于10 mm。

該分類(lèi)指標(biāo)僅適用于常規(guī)鋪路工序的省道與縣道的常規(guī)路面，不適用于國(guó)道與高速公路等高級(jí)別公路，同時(shí)也不適用于省道與縣道的高挖方路段、高填方路段及橋隧路段。

3 路面快速修復(fù)

3.1 輕微變形裂縫區(qū)域路面灌封處理

1)路面灌封工藝。瀝青路面中最常見(jiàn)的一種路面損壞問(wèn)題是路面裂縫問(wèn)題，受地表沉陷影響較輕的瀝青路面常用的養(yǎng)護(hù)措施主要是灌縫。灌縫養(yǎng)護(hù)方法是在瀝青路面發(fā)生裂縫損壞的部位灌入密封材料，平整受損路面、減緩路面裂縫邊緣材料的破碎速度，達(dá)到增長(zhǎng)道路路面使用時(shí)間的目的。

其步驟主要分為2步，首先進(jìn)行清縫處理，然后進(jìn)行灌縫。若路面裂縫的寬度大于5 mm，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的開(kāi)槽作業(yè)。進(jìn)行灌縫作業(yè)時(shí)要注意避免人工灌縫；進(jìn)行灌縫作業(yè)時(shí)使用壓力式灌縫機(jī)，可取得最好的灌縫效果，使密封材料集中于路面裂縫深層，達(dá)到路面養(yǎng)護(hù)的最終目的。根據(jù)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)，路面經(jīng)過(guò)灌縫養(yǎng)護(hù)后，正常情況下其使用時(shí)間平均為4 a，最短為2 a，最長(zhǎng)可達(dá)8 a。

2)需要灌封處理的路段。各個(gè)工作面開(kāi)采后，根據(jù)地表移動(dòng)變形結(jié)果及路面抗采動(dòng)情況，統(tǒng)計(jì)地表移動(dòng)變形輕微及一般裂縫發(fā)育區(qū)域，并進(jìn)行清縫、灌封處理。

3)灌封材料選擇。①裂縫寬度小于5 mm時(shí)，加熱瀝青、機(jī)械灌封，初凝時(shí)間約0.5 h；灌封后約1～2 h，即可恢復(fù)交通。②裂縫寬度大于5 mm時(shí)，適量膨脹劑、一定水灰比的水泥漿液；避免大風(fēng)或雨天施工，以防止龜裂等；灌封后4～6 h，即可恢復(fù)交通。

4)灌封處理滯后工作面時(shí)間。地表下沉速度小于1.67 mm/d時(shí)，即可采用灌封方法處理路面輕微移動(dòng)變形及一般裂縫區(qū)域。對(duì)于二盤(pán)區(qū)各工作面的灌封處理滯后時(shí)間為：4煤工作面推過(guò)待處理路段3個(gè)月后再進(jìn)行灌封處理，6上煤工作面推過(guò)待處理路段4個(gè)月后再進(jìn)行灌封處理，或地表移動(dòng)活躍期結(jié)束半個(gè)月后處理。

3.2 劇烈移動(dòng)變形區(qū)域六角形磚快速重建

一般路面砌塊用等厚度板，尺寸、面積均較大(5.0 m×2.0 m或2.5 m×2.0 m，厚度24 cm，需要吊裝)。本項(xiàng)目中的工藝與方法結(jié)合井下工作面開(kāi)采情況、地表移動(dòng)變形情況、路面破壞情況及路面快速重建材料、尺寸、緩沖層材料、緩沖層厚度、磚體間縫隙、磚體間填充材料、路緣約束等角度進(jìn)行分析、研究,重建規(guī)定與施工應(yīng)用。具體工藝可詳述如下：

1)地表劇烈移動(dòng)變形及非連續(xù)型裂縫發(fā)育區(qū)域統(tǒng)計(jì)：各工作面開(kāi)采過(guò)程中及開(kāi)采結(jié)束后，根據(jù)地表移動(dòng)變形結(jié)果及路面抗采動(dòng)情況，統(tǒng)計(jì)地表移動(dòng)變形劇烈影響及非連續(xù)型地表裂縫發(fā)育區(qū)域。

2)路基與路面清理與平整：將地表沉陷嚴(yán)重影響區(qū)域的原有混凝土或水泥道路進(jìn)行表面清除、路基及路面整平。

3)六角混凝土磚快速重建路面：六角形混凝土磚起到承載和傳遞荷載的作用，抗壓、抗剪強(qiáng)度高，相同面積、相同受力條件情況下，六角磚體比四角磚體許用豎向荷載高；同時(shí)六角混凝土磚的拼接對(duì)于地表非連續(xù)型變形適用性強(qiáng)。磚體可用厚度60～80 mm的六角混凝土磚、預(yù)制混凝土標(biāo)號(hào)≥C40級(jí)、路面磚宜采用粗糙適宜的防滑表面,倒角尺寸宜為2 mm×2 mm,通體顏色地磚(彩色面層強(qiáng)度較低、且容易剝蝕)。

4)磚體下部中砂緩沖層的鋪設(shè)：由于該路面設(shè)計(jì)區(qū)域?yàn)槊旱V采煤沉陷區(qū)，未來(lái)周邊工作面開(kāi)采將引起地面的二次采動(dòng)影響，同時(shí)本采煤工作面開(kāi)采后地表仍有一定的殘余變形，在鋪設(shè)六角磚之前需要在路面鋪設(shè)厚度3～6 cm的中砂層，該厚度的中砂層一方面可為地表移動(dòng)變形預(yù)留一定的沉降量，另一方面通過(guò)該中砂緩沖層可減弱地表移動(dòng)變形對(duì)六角磚路面的沉陷影響破壞程度，再一方面柔性路基比剛性路基更容易延長(zhǎng)磚體的使用壽命(因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)能使作用在路面磚表面上的力通過(guò)傳遞和分解，大部分都作用在路基層面，并且路面磚之間的柔性連接能有效地抵抗因基礎(chǔ)非均勻沉降或變形所導(dǎo)致的局部裂縫的產(chǎn)生。即使有微小的沉降或變形，也不會(huì)產(chǎn)生斷裂性裂縫以致影響行人和車(chē)輛的通行)。中砂緩沖墊層厚度為4～6 cm(一般厚度為50 mm)、粒徑要求為中粗砂、控制含泥量。

5)六角磚之間縫隙：填縫材料是保持路面磚之間“柔性機(jī)械”連接、并分散傳遞應(yīng)力的重要組成部分；相鄰兩磚體之間縫隙應(yīng)為2～4 mm，并且六角磚之間縫隙用細(xì)砂填充、填實(shí)，磚間細(xì)砂一方面可保證各磚體之間未來(lái)的殘余移動(dòng)變形引起的擠壓破壞；另一方面可疏導(dǎo)大氣降水，避免路面雨水、雪水的匯聚與積水。填縫砂的粒徑要求為細(xì)砂～中砂、含泥量不宜太高(含泥量過(guò)高容易引起墊層材料的板結(jié)，減弱六角磚路面的整體抗剪強(qiáng)度)。

6)路緣石邊界約束：由于在荷載作用下，預(yù)制塊面層有擴(kuò)散荷載效應(yīng)，必然會(huì)產(chǎn)生水平力。對(duì)于砌塊拼接路面而言，邊緣約束是限制預(yù)制塊在行車(chē)荷載作用下的側(cè)向位移，以保證預(yù)制塊處于相互嵌鎖、相互擠壓的狀態(tài)。對(duì)于西青線沉陷區(qū)路面可采用長(zhǎng)×寬×高=100 cm×15 cm×30 cm的黃崗巖路緣石、其中出露路面高度5～10 cm，也可制作模具應(yīng)用C40以上商品混凝土進(jìn)行澆筑與自制。

7)安全形成警示：鋪設(shè)好的六角磚路面，應(yīng)在路的起始端點(diǎn)設(shè)置警示牌以提示該路段為采煤沉陷區(qū)，同時(shí)警示最高行車(chē)速度應(yīng)小于50 km/h。

8)施工周期與速度：大面積鋪筑可使用鋪地機(jī)鋪筑；針對(duì)西青線而言，人工鋪設(shè)40～50 m/(人·d)，若6～8個(gè)工人，將待鋪筑路段按照首尾進(jìn)行分組，每個(gè)開(kāi)采工作面劇烈擾動(dòng)區(qū)可于2 d完成鋪設(shè)。

將混凝土的養(yǎng)生置于后場(chǎng)的預(yù)制階段，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行板塊拼裝，并對(duì)接縫進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，以保證路面平整度和接縫的載荷傳遞，這樣可實(shí)現(xiàn)快速修復(fù)與公路的快速通車(chē)。預(yù)制拼裝修復(fù)技術(shù)是所有快速修復(fù)技術(shù)中用時(shí)最短、占用道路面積最小、對(duì)交通影響最小的一項(xiàng)實(shí)用技術(shù)，是真正意義上的無(wú)阻礙交通快速修復(fù)，代表著路面快速養(yǎng)護(hù)的發(fā)展方向。

3.3 地表穩(wěn)定后的瀝青路面重鋪

依據(jù)本礦井或周邊礦井的地表移動(dòng)觀測(cè)站實(shí)測(cè)地表移動(dòng)周期參數(shù)，結(jié)合待治理公路下方工作面的地質(zhì)采礦資料，科學(xué)計(jì)算地表的持續(xù)時(shí)間與穩(wěn)定時(shí)間[22]；待地表進(jìn)入移動(dòng)變形衰退期或地表移動(dòng)變形穩(wěn)定后進(jìn)行瀝青路面的標(biāo)準(zhǔn)化重鋪。

無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí)，地表移動(dòng)的持續(xù)時(shí)間(T)可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式[19](工作面平均采深H0的函數(shù))進(jìn)行計(jì)算。

T=2.5H0

(1)

結(jié)合二盤(pán)區(qū)4煤與6上煤層的地質(zhì)采礦條件，參照地表移動(dòng)持續(xù)時(shí)間經(jīng)驗(yàn)公式，當(dāng)6上煤工作面回采結(jié)束2 a后，地表移動(dòng)變形基本達(dá)到穩(wěn)定。待地表進(jìn)入移動(dòng)變形衰退期或地表移動(dòng)變形穩(wěn)定后進(jìn)行瀝青路面的標(biāo)準(zhǔn)化重鋪。

3.4 分區(qū)快速修復(fù)工藝的優(yōu)缺點(diǎn)分析

采煤沉陷區(qū)公路分級(jí)及分區(qū)快速修復(fù)治理工藝具有以下優(yōu)缺點(diǎn)：①延長(zhǎng)大中修周期，待井下工作面開(kāi)采結(jié)束且地表達(dá)到穩(wěn)定后，進(jìn)行重建。②適應(yīng)于煤礦采煤沉陷區(qū)的較大移動(dòng)變形。③有利于保護(hù)環(huán)境。路面鋪設(shè)采用工廠化生產(chǎn)的預(yù)制塊，現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)，減少施工現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)塵，有利于保護(hù)周邊環(huán)境，提高施工速度。④相對(duì)于水泥混凝土路面和瀝青混凝土路面，砌塊體路面所用的施工設(shè)備最少，對(duì)施工人員要求較低；施工完成后可立即開(kāi)放交通。⑤其施工不受季節(jié)、溫度影響。⑥抗滑性好、耐磨耗。⑦對(duì)地基變形能力適應(yīng)力強(qiáng)。采用小塊鋪設(shè)，塊與塊之間采用細(xì)砂填充；砌塊下部為中砂緩沖墊層，因此具有剛性塊體、柔性連接、獨(dú)特的抗變形功能，尤其適用于路基狀況較差、變形較大的柔性地基。⑧混凝土預(yù)制塊的表面接縫多，對(duì)高速行車(chē)(車(chē)速大于50 km/h)行車(chē)難以提供滿意的服務(wù)水平，故它更適合于那些車(chē)速不高的區(qū)域。⑨沉陷區(qū)二次變形后，可再次分層鋪設(shè)中砂緩沖層，將六角形混凝土磚再次砌筑；后期工作面回采結(jié)束后可二次回收(根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)砌塊的回收率約85%)，應(yīng)用于其他區(qū)域。⑩造價(jià)較低，根據(jù)河北省、云南省、東北地區(qū)及其他區(qū)域公路局統(tǒng)計(jì)資料可知，砌塊路面造價(jià)約為瀝青水泥路面的35%，可大幅減小對(duì)公路的投入。

3.5 沉陷區(qū)二次變形對(duì)路面影響與處理方法

根據(jù)西青線壓覆二盤(pán)區(qū)工作面的采掘規(guī)劃，12404工作面開(kāi)采后，西青線延伸方向最大傾斜為15.6 mm/m，公路橫截面方向(或垂直延伸方向)地表最大傾斜為0.7 mm/m；結(jié)合地表沉陷計(jì)算結(jié)果，需要對(duì)西青線長(zhǎng)度約1 165 m 的路段進(jìn)行路基的逐層夯實(shí)、墊高與平整，保證路面的運(yùn)行坡度、曲率等符合相關(guān)規(guī)程，應(yīng)用六角形磚快速重建工藝對(duì)路面快速修復(fù)治理，并應(yīng)用水泥拼接板對(duì)水溝進(jìn)行采后治理與修復(fù)。

后續(xù)12405與226上04工作面開(kāi)采后，西青線延伸方向地表最大傾斜為9.3 mm/m(坡度角增量為0.53°)，公路橫截面方向最大傾斜為16.1 mm/m(坡度角增量為0.92°)。需要對(duì)新增西青線長(zhǎng)度約1 145 m的路段、第一次修復(fù)完成但受二次擾動(dòng)的長(zhǎng)度約1 000 m的西青線進(jìn)行快速修復(fù)處理。

對(duì)于新增西青線受損路段應(yīng)用上述工藝進(jìn)行快速修復(fù)治理。對(duì)于第一次修復(fù)完成、受后續(xù)工作面開(kāi)采二次擾動(dòng)路段，首先將第一次鋪設(shè)的六角形磚進(jìn)行回收，并對(duì)路基進(jìn)行二次夯實(shí)、平整與抬高后，再將六角形混凝土磚再次鋪設(shè)，并完成二次擾動(dòng)路面的快速修復(fù)與治理。

4 結(jié) 論

1)建立沉陷區(qū)路面與地表的移動(dòng)變形相關(guān)關(guān)系：①路面下沉值Wr與地表下沉值Ws的關(guān)系式為Wr=(0.95～0.98)Ws；②路面傾斜Tr與地表傾斜Ts的關(guān)系式為T(mén)r=0.833Ts+0.28；③路面水平變形εr與地表水平變形εs的關(guān)系為εr=0.94εs-0.12。

2)結(jié)合路面的抗采動(dòng)能力、試驗(yàn)分析結(jié)果，基于無(wú)人機(jī)航測(cè)路面坡度、地形等資料，根據(jù)地表移動(dòng)變形計(jì)算結(jié)果，對(duì)路面損壞情況劃分為路面輕微變形及一般裂縫區(qū)與路面劇烈變形及非連續(xù)型裂縫區(qū)，并對(duì)其分區(qū)判別準(zhǔn)則進(jìn)行了定義。

3)提出輕微移動(dòng)變形區(qū)域路面灌封處理+劇烈移動(dòng)變形區(qū)域六角形磚快速重建的工藝。