第七章鐵路、公路下采煤-煤礦開采與損害

河南理工大學精品課程教學組開采損害與保護第七章鐵路、公路下采煤第一節(jié)地下開采對鐵路的影響及防護措施第二節(jié)地下開采對公路的影響及防護措施鐵路、公路是國民經(jīng)濟的動脈。這些構筑物由于延伸長度大，留設保護煤柱時壓煤量大，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國僅鐵路下壓煤總量達到18.91億噸。近年來，高速公路建設不斷發(fā)展，高速公路下壓煤開采已成為“三下”采煤的又一大問題。地下開采對鐵路和公路的破壞如圖7-1所示。本節(jié)根據(jù)開采沉陷引起地表變形特點及其危害性，分述沉陷對鐵路、公路的損害。我國在《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》中規(guī)定：一等火車站、高速公路為Ⅰ級保護對象；二等火車站、一級公路為Ⅱ級保護物；三、四等火車站，為Ⅲ級保護物。第一節(jié)地下開采對鐵路的影響及防護措施一、鐵路下采煤的特點與一般建筑物下采煤相比，鐵路下采煤具有以下一些特點：（1）鐵路是延伸性建筑物，相互之間為一整體。如果某一區(qū)段出了問題必然會影響全線正常通車。必須全盤考慮。（2）鐵路運輸不能中斷，必須保證采動過程中列車行車的安全。這就要求在短時間維修的條件下，保證鐵路維修的質(zhì)量。（3）鐵路突然的、局部的陷落，對列車運行危害極大，可能導致列車行車事故，必須加以防止。（4）鐵路的移動變形可通過及時維修消除。第一節(jié)地下開采對鐵路的影響及防護措施在我國，煤礦區(qū)開采影響的鐵路主要分為三種：礦區(qū)（或廠區(qū)、林區(qū)等）專用線、鐵路支線（國家三級鐵路）和鐵路干線（國家一、二級鐵路）。礦區(qū)專用線服務對象是礦區(qū)本身，地下開采的影響只涉及礦區(qū)的利益，加之鐵路行車速度慢、技術質(zhì)量要求低，因此，礦區(qū)鐵路專用線下采礦較易開展，目前，我國的鐵路下采煤大多是在礦區(qū)專用線下開展的。鐵路支線的技術標準和重要程度多比專用線高。但是，它與鐵路干線相比，其重要程度、行車速度、車次都較低。鐵路支線下采煤在我國已進行了多次試驗，取得了豐富的經(jīng)驗。鐵路干線是國家的交通命脈。列車行車速度快、車次多、線路技術標準高、線路間歇時間短，維修工作不易進行，因此在鐵路干線下采煤是非常困難的。第一節(jié)地下開采對鐵路的影響及防護措施二、路基移動變形特征地下開采的影響傳播到路基，引起路基移動變形。當采深與采厚之比（稱深厚比）較大（大于20）時，路基的移動是連續(xù)、漸變的，一般不會出現(xiàn)突然的、局部的下陷。只有地質(zhì)采礦條件滿足出現(xiàn)塌陷坑的條件時，路基才有可能出現(xiàn)塌陷坑，此時進行鐵路下采煤時，應采取特別的安全措施。采動過程中地表的傾斜、拉伸變形對路基的穩(wěn)定性都會產(chǎn)生一定的影響。影響程度的大小可根據(jù)地表移動變形預計結果評價。對穩(wěn)定性較差的高路堤、陡坡路堤和深路塹應進行滑坡的可能性驗算。一般情況下，采動影響下鐵路路基的移動變形在空間上是連續(xù)分布的，在時間是連續(xù)漸變的，可以通過維修消除開采的影響，保證鐵路行車的安全，這是鐵路下采礦的基礎。第一節(jié)地下開采對鐵路的影響及防護措施三、線路上部建筑的移動變形地下開采將引起線路產(chǎn)生如下變化：1．線路坡度的變化由于路基下沉的不均勻，使路基產(chǎn)生傾斜，從而導致線路原有坡度變化。當?shù)乇韮A斜方向和線路的方向一致時，線路坡度增大。反之，線路坡度減小，或形成反坡。線路坡度的增減將使列車運行阻力增減。鐵路下采煤時，必須保證線路在開采后的坡度滿足列車運行允許的坡度?！惰F路技術管理規(guī)定》規(guī)定線路的最大允許坡度為：國家Ⅰ級鐵路，一般地段為6‰，在困難地段為12‰；國家Ⅱ級鐵路為12‰；國家Ⅲ級鐵路為15‰。上述各級鐵路在雙機牽引時最大坡度可為20‰。當車站必須設在坡道上時，最大坡度為2.5‰。第一節(jié)地下開采對鐵路的影響及防護措施2．豎曲線半徑的變化線路傾斜的不均勻變化，會導致線路豎曲線半徑的變化。地表移動的正曲率可使線路的凸豎曲線半徑減小，使原有凹豎曲線半徑增大，使長坡道變成凸豎曲線。地表移動的負曲率可使線路的凸豎曲線半徑增大，使原有凹豎曲線半徑減小，使長坡道變成凹豎曲線。《鐵路工務規(guī)則》對線路縱斷面的設計、曲線形式、曲率半徑等做出了明確的規(guī)定。實際進行鐵路下采礦時，由于地表曲率變化緩慢，只要采取及時的措施，可以消除曲率的影響，保證行車的安全。第一節(jié)地下開采對鐵路的影響及防護措施3．鋼軌下沉差的影響兩條鋼軌下沉不等，使兩條鋼軌出現(xiàn)下沉差，改變了兩條鋼軌原由的超高。當超高超過允許值或出現(xiàn)反超高時，對列車運行將產(chǎn)生極為不利的影響，甚至導致列車翻車事故?！惰F路工務規(guī)則》規(guī)定：曲線超高度的最大限度不得超過150mm。單線上、下行列車速度相差懸殊時不得超過125mm，兩軌面的實際超高度與設計超高度相比較，起差值不得超過±4mm。我國鐵路的標準軌距為1435mm。為使兩軌超高變化量小于4mm，垂直與線路方向的地表傾斜值應小于2.8‰。第一節(jié)地下開采對鐵路的影響及防護措施4．橫向移動變形對線路的影響線路的橫向移動與線路相對于工作面的位置有關。（1）當線路的方向與工作面推進方向平行，且位于地表移動盆地主斷面上，線路的橫向移動量較小。（圖7-2）；第一節(jié)地下開采對鐵路的影響及防護措施（2）線路方向與工作面推進方向垂直，且位于移動盆地主斷面上時，線路的橫向移動規(guī)律為：當工作面向線路推進時，線路的移動方向與工作面推進方向相反，橫向移動量由小到大。當工作面推過線路并逐漸遠離時，線路橫向移動方向逐漸轉向工作面推進方向，起橫向移動值由原來的最大值逐漸減小，最終將越過原來的位置而穩(wěn)定在停采線一側（圖7-2）。第一節(jié)地下開采對鐵路的影響及防護措施（3）當線路的方向與工作面推進方向平行或垂直，但不位于移動盆地的主斷面上時，線路的移動方向總是指向采空區(qū)方向。增大或減小線路的平面曲線半徑或使直線變?yōu)榍€。第一節(jié)地下開采對鐵路的影響及防護措施（4）當線路的方向與回采工作面斜交（圖7-3），線路的橫向移動將使線路形成“S”形，出現(xiàn)兩個反向的曲線；第一節(jié)地下開采對鐵路的影響及防護措施（5）線路縱向移動變形的影響線路的縱向移動變形主要表現(xiàn)為線路的爬行和軌縫的變化。線路的爬行量一般小于地表水平移動量。出現(xiàn)爬行的范圍要大于地表移動的范圍。線路爬行的方向、大小與地表水平移動的方向和大小有關，此外，還受線路的坡度、重車運行方向和線路鎖定狀況的