煤炭653—三下开采(铁路下开采).pdf

山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） 主讲人刘伟韬主讲人刘伟韬博士博士 Tel13789875218 Emailwtliu 煤炭煤炭653培训培训 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） 铁路下开采技术铁路下开采技术 1 铁路下开采概述铁路下开采概述 2 路基移动变形特征路基移动变形特征 3 上部建筑的移动变形特征上部建筑的移动变形特征 4 铁路下开采技术措施铁路下开采技术措施 2010- 8- 143 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） 1 铁路下开采概述铁路下开采概述 据不完全统计，我国铁路下压煤总量达到据不完全统计，我国铁路下压煤总量达到18.9亿亿 吨。随着铁路建设的发展，铁路下压煤量仍然在不断吨。随着铁路建设的发展，铁路下压煤量仍然在不断 增大。增大。 在我国，煤矿区开采影响的铁路主要分为三种在我国，煤矿区开采影响的铁路主要分为三种 矿区（或厂区、林区等）专用线、铁路支线（国家三矿区（或厂区、林区等）专用线、铁路支线（国家三 级铁路）和铁路干线（国家一、二级铁路）。铁路下级铁路）和铁路干线（国家一、二级铁路）。铁路下 采煤除线路下以外，还包括桥涵、隧道、车站等下面采煤除线路下以外，还包括桥涵、隧道、车站等下面 开采问题。开采问题。 2010- 8- 144 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） 1 铁路下开采概述铁路下开采概述 1.1 1.1 概况概况 据不完全统计，我国铁路下压煤总量达到据不完全统计，我国铁路下压煤总量达到18.9亿亿 吨。随着铁路建设的发展，铁路下压煤量仍然在不断吨。随着铁路建设的发展，铁路下压煤量仍然在不断 增大。增大。 在我国，煤矿区开采影响的铁路主要分为三种在我国，煤矿区开采影响的铁路主要分为三种 矿区（或厂区、林区等）专用线、铁路支线（国家三矿区（或厂区、林区等）专用线、铁路支线（国家三 级铁路）和铁路干线（国家一、二级铁路）。铁路下级铁路）和铁路干线（国家一、二级铁路）。铁路下 采煤除线路下以外，还包括桥涵、隧道、车站等下面采煤除线路下以外，还包括桥涵、隧道、车站等下面 开采问题。开采问题。 2010- 8- 145 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） 1 铁路下开采概述铁路下开采概述 1.2 1.2 铁路下开采特点铁路下开采特点 铁路的结构和使用要求特殊，在其下方采煤与在一铁路的结构和使用要求特殊，在其下方采煤与在一 般建筑物下采煤相比，有其不同点般建筑物下采煤相比，有其不同点 （（1）安全要求高；）安全要求高； （（2）受力状态和移动变形情况复杂；）受力状态和移动变形情况复杂； （（3）连续性衔接；）连续性衔接； （（4）维修要求高、难度大；）维修要求高、难度大； （（5）防止突然下沉。）防止突然下沉。 2010- 8- 146 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） 2 路基移动变形特征路基移动变形特征 铁路线路主要由路基、道床、轨枕和钢轨组成铁路线路主要由路基、道床、轨枕和钢轨组成 （下图）（下图） 1 4 3 2 1 1路基；路基； 2 2道床；道床；3 3轨枕；轨枕；4 4钢轨钢轨 铁路横断面铁路横断面 2010- 8- 147 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） 2 路基移动变形特征路基移动变形特征 铁路路基的移动变形主要表现在以下几个方面铁路路基的移动变形主要表现在以下几个方面 （（1 1）路基的下沉特性）路基的下沉特性 采煤工作面刚靠近路基时，其下沉速度很小。随采煤工作面刚靠近路基时，其下沉速度很小。随 着工作面的推进，路基的下沉速度逐渐增大；工作面着工作面的推进，路基的下沉速度逐渐增大；工作面 越过路基之后，路基的下沉速度达到最大值。此后，越过路基之后，路基的下沉速度达到最大值。此后， 随着工作面的远离，路基的下沉速度逐渐减小，直至随着工作面的远离，路基的下沉速度逐渐减小，直至 稳定。因此，路基下沉速度的变化也是连续渐变的。稳定。因此，路基下沉速度的变化也是连续渐变的。 2010- 8- 148 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） 2 路基移动变形特征路基移动变形特征 铁路路基的移动变形主要表现在以下几个方面铁路路基的移动变形主要表现在以下几个方面 （（2 2）路基的水平移动特性）路基的水平移动特性 采煤工作面刚靠近路基时，其下沉速度很小。随采煤工作面刚靠近路基时，其下沉速度很小。随 着工作面的推进，路基的下沉速度逐渐增大；工作面着工作面的推进，路基的下沉速度逐渐增大；工作面 越过路基之后，路基的下沉速度达到最大值。此后，越过路基之后，路基的下沉速度达到最大值。此后， 随着工作面的远离，路基的下沉速度逐渐减小，直至随着工作面的远离，路基的下沉速度逐渐减小，直至 稳定。因此，路基下沉速度的变化也是连续渐变的。稳定。因此，路基下沉速度的变化也是连续渐变的。 2010- 8- 149 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） 3 上部建筑移动变形特征上部建筑移动变形特征 铁路的上部建筑是指钢轨、轨枕、道床、联结部铁路的上部建筑是指钢轨、轨枕、道床、联结部 件、道岔、防爬设备等组成。其中钢轨是线路上部建件、道岔、防爬设备等组成。其中钢轨是线路上部建 筑最主要的组成部分，它直接承受列车的荷载，并通筑最主要的组成部分，它直接承受列车的荷载，并通 过轨道和道床将荷载传给路基，此外，它还起着列车过轨道和道床将荷载传给路基，此外，它还起着列车 运行的导向作用。运行的导向作用。 地表移动和变形通过路基传递给上部建筑，由此导地表移动和变形通过路基传递给上部建筑，由此导 致线路上部的建筑产生移动和变形。主要有以下几个致线路上部的建筑产生移动和变形。主要有以下几个 方面的变化方面的变化 2010- 8- 1410 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） 3 上部建筑移动变形特征上部建筑移动变形特征 （（1 1）线路坡度的变化）线路坡度的变化 线路坡度的增减使下沉盆地内有的区段列车运行线路坡度的增减使下沉盆地内有的区段列车运行 阻力增加，而有的区段运行阻力减小。在采动影响期阻力增加，而有的区段运行阻力减小。在采动影响期 间，必须保持增加后的阻力不超过该线路的允许阻间，必须保持增加后的阻力不超过该线路的允许阻 力。线路的允许阻力是按铁路的级别采用限制坡度的力。线路的允许阻力是按铁路的级别采用限制坡度的 办法来控制的。所以，在铁路下来煤时，只要采动后办法来控制的。所以，在铁路下来煤时，只要采动后 线路的坡度不超过其限制坡度，就不会引起列车超载线路的坡度不超过其限制坡度，就不会引起列车超载 运行。运行。 2010- 8- 1411 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） 3 上部建筑移动变形特征上部建筑移动变形特征 （（2 2）竖曲线半径的变化）竖曲线半径的变化 线路倾斜的不均匀变化，导致线路竖曲线半径的线路倾斜的不均匀变化，导致线路竖曲线半径的 变化。线路纵断面上的坡度变更点处均设有竖曲线，变化。线路纵断面上的坡度变更点处均设有竖曲线， 以保证列车运行的安全。地下开采引起的地表移动的以保证列车运行的安全。地下开采引起的地表移动的 正曲率变形可使线路原凸曲线的半径变小，线路原凹正曲率变形可使线路原凸曲线的半径变小，线路原凹 竖曲线的半径变大，长坡道变成凸形竖曲线。地表移竖曲线的半径变大，长坡道变成凸形竖曲线。地表移 动的负曲率变形可使线路原凸竖曲线的半径变大，线动的负曲率变形可使线路原凸竖曲线的半径变大，线 路原凹竖曲线的半径变小，长坡道变成凹形竖曲线。路原凹竖曲线的半径变小，长坡道变成凹形竖曲线。 2010- 8- 1412 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） 3 上部建筑移动变形特征上部建筑移动变形特征 （（3 3）钢轨下沉差的影响）钢轨下沉差的影响 两条钢轨下沉不等，使两条钢轨出现下沉差，改两条钢轨下沉不等，使两条钢轨出现下沉差，改 变了两条钢轨原有的超高。当超高超过允许值或出现变了两条钢轨原有的超高。当超高超过允许值或出现 反超高时，对列车运行将产生极为不利的影响，甚至反超高时，对列车运行将产生极为不利的影响，甚至 导致列车翻车事故。导致列车翻车事故。 2010- 8- 1413 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） 3 上部建筑移动变形特征上部建筑移动变形特征 （（4 4）横向移动变形对线路的影响）横向移动变形对线路的影响 线路的横向移动与线路相对于工作面位置有关线路的横向移动与线路相对于工作面位置有关 1线路；2开采区；3线路横向移动 线路横向移动示意图 停 采 线 开 切 眼 2 3 3 1 1 1 2 3 1 1线路反向位移过渡区；2开采区；3下沉区 线路方向与工作面方向斜交 2010- 8- 1414 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） 3 上部建筑移动变形特征上部建筑移动变形特征 （（5 5）纵向移动变形对线路的影响）纵向移动变形对线路的影响 线路的纵向移动变形主要表现为线路的爬行和轨线路的纵向移动变形主要表现为线路的爬行和轨 缝的变化。线路的爬行量一般小于地表水平移动量。缝的变化。线路的爬行量一般小于地表水平移动量。 出现爬行的范围要大于地表移动的范围。线路爬行的出现爬行的范围要大于地表移动的范围。线路爬行的 方向、大小与地表水平移动的方向和大小有关，此方向、大小与地表水平移动的方向和大小有关，此 外，还受线路的坡度、重车运行方向和线路锁定状况外，还受线路的坡度、重车运行方向和线路锁定状况 的影响。的影响。 2010- 8- 1415 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） 连续型地表移动和变形对线路的影响连续型地表移动和变形对线路的影响 横向使直线段弯曲，弯曲段半径增大或缩小横向使直线段弯曲，弯曲段半径增大或缩小 纵向使线路拉伸或压缩纵向使线路拉伸或压缩 拉伸拉伸使轨使轨缝缝增大，增大，可可能拉能拉断断鱼尾鱼尾 板板或或切切断断联联结结螺栓螺栓；；压压缩缩使轨使轨缝缝 缩缩小小或或闭合闭合，，使钢轨接使钢轨接头头处处或或钢钢 轨轨产生产生附附加加应应力力。。 3 上部建筑移动变形特征上部建筑移动变形特征 2010- 8- 1416 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） 线路的方向与采煤工作面推进方向一致，横向水平移动较小线路的方向与采煤工作面推进方向一致，横向水平移动较小 x 4 3 1 2 3 上部建筑移动变形特征上部建筑移动变形特征 2010- 8- 1417 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） 横向水平横向水平移动移动总总是指是指向向采煤工采煤工作作面面 线路的线路的方方向向与采煤工与采煤工作作面面推进方推进方向正向正交交 3 上部建筑移动变形特征上部建筑移动变形特征 2010- 8- 1418 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） 2 1 3 线路线路将将由直由直线线形变形变为为S形形 线路与采煤工线路与采煤工作作面面推进方推进方向斜向斜交交 3 上部建筑移动变形特征上部建筑移动变形特征 2010- 8- 1419 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） 4.1 铁路下铁路下开采开采技术措施技术措施 11满足一定的采深与采厚比满足一定的采深与采厚比 长 壁 垮 落 法 开 采 铁 路 压 煤 时 采 深 与 采 厚 比长 壁 垮 落 法 开 采 铁 路 压 煤 时 采 深 与 采 厚 比 （（H/M）的规定）的规定 注对于薄及中厚煤层指单层采厚，对于厚煤层注对于薄及中厚煤层指单层采厚，对于厚煤层 或煤层群指分层采厚。或煤层群指分层采厚。 4 铁路下开采技术措施铁路下开采技术措施 铁路等级铁路等级 进行试采（进行试采（H/M）） 薄及薄及中中厚厚煤煤层层厚厚煤煤层层或煤或煤层群层群 国铁一级国铁一级≥≥150≥≥200 国铁二级国铁二级≥≥100≥≥150 国铁三级国铁三级≥≥40，，＜＜60≥≥60，，＜＜80 工矿工矿企业企业专用线专用线≥≥20，，＜＜40≥≥40，，＜＜60 2010- 8- 1420 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） 22防止地表突然下沉或塌陷防止地表突然下沉或塌陷 地面可能突然塌陷的条件地面可能突然塌陷的条件 ①浅部的近水平、缓斜或中倾斜煤层①浅部的近水平、缓斜或中倾斜煤层 开采浅部的近水平、缓倾斜和中倾斜厚煤层时，开采浅部的近水平、缓倾斜和中倾斜厚煤层时， 应采用分层采煤法，并适当减少第一和第二分层开采应采用分层采煤法，并适当减少第一和第二分层开采 厚度；厚度； 4 铁路下开采技术措施铁路下开采技术措施 2010- 8- 1421 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） ②顶板坚硬、煤层露头附近的急倾斜煤层②顶板坚硬、煤层露头附近的急倾斜煤层 开采急倾斜煤层时，在露头附近，当煤层顶板坚开采急倾斜煤层时，在露头附近，当煤层顶板坚 硬，不易冒落时要采用人工强制放顶，并要留有足够硬，不易冒落时要采用人工强制放顶，并要留有足够 尺寸的煤柱尺寸的煤柱 ③浅部有采空区积水、岩溶和充水裂隙带，矿井③浅部有采空区积水、岩溶和充水裂隙带，矿井 深部疏水后深部疏水后 对于浅部有采空区积水，或煤层上方覆岩为石灰对于浅部有采空区积水，或煤层上方覆岩为石灰 岩含水层或充水裂隙带空间时，要防止采动时疏干浅岩含水层或充水裂隙带空间时，要防止采动时疏干浅 部积水造成地表突然塌陷。部积水造成地表突然塌陷。 4 铁路下开采技术措施铁路下开采技术措施 2010- 8- 1422 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） 33减少地表下沉减少地表下沉 全部充填法全部充填法 采用条带采煤法采用条带采煤法 7 2 8 4 3 6 1 2 4 铁路下开采技术措施铁路下开采技术措施 2010- 8- 1423 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） （（4 4）消除和减轻地表变形的叠加影响）消除和减轻地表变形的叠加影响 减少一次采出厚度减少一次采出厚度 协调开采协调开采 协调开采时，因几个工作面同采，使地表下沉速协调开采时，因几个工作面同采，使地表下沉速 度增大，对铁路有危害。度增大，对铁路有危害。 4 铁路下开采技术措施铁路下开采技术措施 2010- 8- 1424 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） （（5 5））合理布置工作合理布置工作面面 将开采区域布置在铁路的正下方，使线路处于移将开采区域布置在铁路的正下方，使线路处于移 动盆地的主断面上，且工作面推进方向与铁路线路平动盆地的主断面上，且工作面推进方向与铁路线路平 行，以减少线路的横向水平移动和变形。行，以减少线路的横向水平移动和变形。 4 铁路下开采技术措施铁路下开采技术措施 x 4 3 1 2 2010- 8- 1425 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） （（6 6））留设好留设好铁路煤铁路煤柱柱 下列情况下必须留设好铁路保护煤柱下列情况下必须留设好铁路保护煤柱 采深与采厚之比不能满足要求的铁路线路或煤层。采深与采厚之比不能满足要求的铁路线路或煤层。 有严重滑坡危险而又难以处理的铁路线路。有严重滑坡危险而又难以处理的铁路线路。 目前条件下采用改道或不留设煤柱方法处理，在技目前条件下采用改道或不留设煤柱方法处理，在技 术上不可能或在经济上不合理的铁路线路。术上不可能或在经济上不合理的铁路线路。 一、二级铁路线上的一、二等铁路车站。一、二级铁路线上的一、二等铁路车站。 铁路隧道。铁路隧道。 全长大于全长大于20m的铁路桥。的铁路桥。 4 铁路下开采技术措施铁路下开采技术措施 2010- 8- 1426 山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院刘伟韬（刘伟韬（Tel13789875218）） 4 铁路下开采技术措施铁路下开采技术措施 4.2 铁路下开采的铁路下开采的地面地面维修维修技术措施技术措施 铁路下采矿的维修技术主要有铁路下采矿的维修技术主要有 （（1）加宽、加高路基，保证路基的稳定性；）加宽、加高路基，保证路基的稳定性； （（2）用起道和顺坡的方法消除地表下沉对线路的）用起道和顺坡的方法消除地表下沉对线路的 影响；影响； （（3）用拨道、改道的方法消除横向水平移动对线）用拨道、改道的方法消除横向水平移动对线 路的影响；路的影响； （（4）用串道的方法消除纵向水平移动变形对线路）用串道的方法消除纵向水平移动变形对线路 的影响，调整轨缝。的影响，调整轨缝。