第七章鐵路、公路下采煤-煤礦開采與損害

1、河南理工大學精品課程教學組第七章第七章 鐵路、公路下采煤鐵路、公路下采煤第一節(jié)第一節(jié) 地下開采對鐵路的影響及防護措施地下開采對鐵路的影響及防護措施第二節(jié)第二節(jié) 地下開采對公路的影響及防護措施地下開采對公路的影響及防護措施 鐵路、公路是國民經濟的動脈。這些構筑物鐵路、公路是國民經濟的動脈。這些構筑物由于延伸長度大，留設保護煤柱時壓煤量大，據不由于延伸長度大，留設保護煤柱時壓煤量大，據不完全統(tǒng)計，我國僅鐵路下壓煤總量達到完全統(tǒng)計，我國僅鐵路下壓煤總量達到18.9118.91億噸。億噸。近年來，高速公路建設不斷發(fā)展，高速公路下壓煤近年來，高速公路建設不斷發(fā)展，高速公路下壓煤開采已成為開采已成為“三下

2、三下”采煤的又一大問題。采煤的又一大問題。 地下開采對鐵路和公路的破壞如圖地下開采對鐵路和公路的破壞如圖7-17-1所示。所示。本節(jié)根據開采沉陷引起地表變形特點及其危害性，本節(jié)根據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。分述沉陷對鐵路、公路的損害。 我國在我國在建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程柱留設與壓煤開采規(guī)程中規(guī)定：一等火車站、高中規(guī)定：一等火車站、高速公路為速公路為級保護對象；二等火車站、一級公路為級保護對象；二等火車站、一級公路為級保護物；三、四等火車站，為級保護物；三、四等火車站，為級保護物。級保護物。第一節(jié)第一

3、節(jié) 地下開采對鐵路的影響及防護措施地下開采對鐵路的影響及防護措施一、鐵路下采煤的特點一、鐵路下采煤的特點 與一般建筑物下采煤相比，鐵路下采煤具有與一般建筑物下采煤相比，鐵路下采煤具有以下一些特點：以下一些特點： （1 1）鐵路是延伸性建筑物，相互之間為一整）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。車。必須全盤考慮。 （2 2）鐵路運輸不能中斷，必須保證采動過程）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

4、修的質量。下，保證鐵路維修的質量。 （3 3）鐵路突然的、局部的陷落，對列車運行）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。危害極大，可能導致列車行車事故，必須加以防止。 （4 4）鐵路的移動變形可通過及時維修消除。）鐵路的移動變形可通過及時維修消除。第一節(jié)第一節(jié) 地下開采對鐵路的影響及防護措施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)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（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）。鐵路干線

5、（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、技術質量要求低，因及礦區(qū)的利益，加之鐵路行車速度慢、技術質量要求低，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。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，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。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

6、線下采煤在我國已進行了多次試驗，取得了豐富的經鐵路支線下采煤在我國已進行了多次試驗，取得了豐富的經驗。驗。 鐵路干線是國家的交通命脈。列車行車速度快、車次多、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。此在鐵路干線下采煤是非常困難的。第一節(jié)第一節(jié) 地下開采對鐵路的影響及防護措施地下開采對鐵路的影響及防護措施二、路基移動變形特征二、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（

7、稱深厚比）較大（大于采深與采厚之比（稱深厚比）較大（大于2020）時，路基的移）時，路基的移動是連續(xù)、漸變的，一般不會出現突然的、局部的下陷。只動是連續(xù)、漸變的，一般不會出現突然的、局部的下陷。只有地質采礦條件滿足出現塌陷坑的條件時，路基才有可能出有地質采礦條件滿足出現塌陷坑的條件時，路基才有可能出現塌陷坑，此時進行鐵路下采煤時，應采取特別的安全措施?，F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)定性都會產生一定的影響。影響程度的大小可根據地表移動變形預會產生一定的影響。影響程度的大小可根據地表移動

8、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。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。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)第一節(jié) 地下開采對鐵路的影響及防護措施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三、線路上部建筑的移動變形 地下開采將引

9、起線路產生如下變化：地下開采將引起線路產生如下變化： 1 1線路坡度的變化線路坡度的變化 由于路基下沉的不均勻，使路基產生傾斜，從而導致由于路基下沉的不均勻，使路基產生傾斜，從而導致線路原有坡度變化。當地表傾斜方向和線路的方向一致時，線路原有坡度變化。當地表傾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。保證線路在開采后的坡度滿足列車運行允許的坡度。 鐵路技術管理規(guī)定鐵路

10、技術管理規(guī)定規(guī)定線路的最大允許坡度為：規(guī)定線路的最大允許坡度為：國家國家級鐵路，一般地段為級鐵路，一般地段為66，在困難地段為，在困難地段為1212；國家；國家級鐵路為級鐵路為1212；國家；國家級鐵路為級鐵路為1515。上述各級鐵路在。上述各級鐵路在雙機牽引時最大坡度可為雙機牽引時最大坡度可為2020。當車站必須設在坡道上時，。當車站必須設在坡道上時，最大坡度為最大坡度為2.52.5。第一節(jié)第一節(jié) 地下開采對鐵路的影響及防護措施地下開采對鐵路的影響及防護措施2 2豎曲線半徑的變化豎曲線半徑的變化 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

11、動的正曲率可使線路的凸豎曲線徑的變化。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。變成凹豎曲線。 鐵路工務規(guī)則鐵路工務規(guī)則對線路縱斷面的設計、曲線形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，只要采取及時下采礦時，由于地表曲率變化

12、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。的措施，可以消除曲率的影響，保證行車的安全。第一節(jié)第一節(jié) 地下開采對鐵路的影響及防護措施地下開采對鐵路的影響及防護措施3 3鋼軌下沉差的影響鋼軌下沉差的影響 兩條鋼軌下沉不等，使兩條鋼軌出現下沉差，兩條鋼軌下沉不等，使兩條鋼軌出現下沉差，改變了兩條鋼軌原由的超高。當超高超過允許值或改變了兩條鋼軌原由的超高。當超高超過允許值或出現反超高時，對列車運行將產生極為不利的影響，出現反超高時，對列車運行將產生極為不利的影響，甚至導致列車翻車事故。甚至導致列車翻車事故。 鐵路工務規(guī)則鐵路工務規(guī)則規(guī)定：曲線超高度的最大限規(guī)定：曲線超高度的最大限度

13、不得超過度不得超過150mm150mm。單線上、下行列車速度相差懸殊。單線上、下行列車速度相差懸殊時不得超過時不得超過125mm125mm，兩軌面的實際超高度與設計超高，兩軌面的實際超高度與設計超高度相比較，起差值不得超過度相比較，起差值不得超過4mm4mm。我國鐵路的標準。我國鐵路的標準軌距為軌距為1435mm1435mm。為使兩軌超高變化量小于。為使兩軌超高變化量小于4mm4mm，垂直，垂直與線路方向的地表傾斜值應小于與線路方向的地表傾斜值應小于2.82.8。第一節(jié)第一節(jié) 地下開采對鐵路的影響及防護措施地下開采對鐵路的影響及防護措施4 4橫向移動變形對線路的影響橫向移動變形對線路的影響 線

14、路的橫向移動與線路相對于工作面的位置有關。線路的橫向移動與線路相對于工作面的位置有關。（1 1）當線路的方向與工作面推進方向平行，）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，線路的橫向且位于地表移動盆地主斷面上，線路的橫向移動量較小。移動量較小。（圖（圖7-27-2）；）；第一節(jié)第一節(jié) 地下開采對鐵路的影響及防護措施地下開采對鐵路的影響及防護措施 （2 2）線路方向與工作面推進方向垂直，且位于移動盆）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

15、方向相反，橫向移推進時，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。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（圖穩(wěn)定在停采線一側（圖7-27-2）。）。第一節(jié)第一節(jié) 地下開采對鐵路的影響及防護措施地下開采對鐵路的影響及防護措施 （3 3）當線路的方向與工作面推進方向平行或）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

16、時，線路的移垂直，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€。面曲線半徑或使直線變?yōu)榍€。 第一節(jié)第一節(jié) 地下開采對鐵路的影響及防護措施地下開采對鐵路的影響及防護措施 （4 4）當線路的方向與回采工作面斜交（圖）當線路的方向與回采工作面斜交（圖7-7-3 3），線路的橫向移動將使線路形成），線路的橫向移動將使線路形成“S S”形，出現形，出現兩個反向的曲線；兩個反向的曲線；第一節(jié)第一節(jié) 地下開采對鐵路的影響及防護措施地下開采對鐵路的影響及防護措施（5 5）線路縱向移動變形的影響）線路縱

17、向移動變形的影響 線路的縱向移動變形主要表現為線路的爬行和軌線路的縱向移動變形主要表現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。出縫的變化。線路的爬行量一般小于地表水平移動量。出現爬行的范圍要大于地表移動的范圍。線路爬行的方向、現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影響。路的坡度、重車運行方向和線路鎖定狀況的影響。 軌縫的變化與地表水平變形有關，在地表拉伸區(qū)，軌縫的變化與地表水平變形有關，在地表拉伸區(qū)，軌縫增大。如果變形太大，能使

18、軌縫達到或超過線路的軌縫增大。如果變形太大，能使軌縫達到或超過線路的允許值，并能將魚尾板拉斷或將螺栓切斷。在地表壓縮允許值，并能將魚尾板拉斷或將螺栓切斷。在地表壓縮變形區(qū)，軌縫減小。如果壓縮變形值太大，軌縫擠死，變形區(qū)，軌縫減小。如果壓縮變形值太大，軌縫擠死，出現瞎縫，使接頭和鋼軌內產生很大的應力，甚至出現出現瞎縫，使接頭和鋼軌內產生很大的應力，甚至出現“漲軌漲軌”現象，導致脫軌事故?，F象，導致脫軌事故。第一節(jié)第一節(jié) 地下開采對鐵路的影響及防護措施地下開采對鐵路的影響及防護措施四、鐵路下采煤的技術措施四、鐵路下采煤的技術措施 鐵路下采煤的技術措施主要有兩類：開采措施和鐵路下采煤的技術措施主要有

19、兩類：開采措施和維修措施。開采措施是減小地表的移動變形和下沉速度。維修措施。開采措施是減小地表的移動變形和下沉速度。維修措施是消除開采對鐵路線路的影響，保證鐵路的安維修措施是消除開采對鐵路線路的影響，保證鐵路的安全運行。全運行。 （一）開采措施（一）開采措施 開采措施包括以下一些方法：采用充填開采、柱開采措施包括以下一些方法：采用充填開采、柱式開采減小地表移動變形；選取合理的開采方法和頂板式開采減小地表移動變形；選取合理的開采方法和頂板管理方法防止地表突然下沉；合理的布置工作面，盡量管理方法防止地表突然下沉；合理的布置工作面，盡量不使線路與工作面斜交，使線路位于地表移動盆地的有不使線路與工作面

20、斜交，使線路位于地表移動盆地的有利位置，減小線路的移動變形和維修工作量；控制工作利位置，減小線路的移動變形和維修工作量；控制工作面推進速度，減小地表下沉速度，以便及時維修。面推進速度，減小地表下沉速度，以便及時維修。第一節(jié)第一節(jié) 地下開采對鐵路的影響及防護措施地下開采對鐵路的影響及防護措施（二）主要維修技術措施（二）主要維修技術措施 （1 1）加寬、加高路基，保證路基的穩(wěn)定性；）加寬、加高路基，保證路基的穩(wěn)定性； （2 2）用起道和順坡的方法消除地表下沉對線路）用起道和順坡的方法消除地表下沉對線路的影響；的影響； （3 3）用撥道、改道的方法消除橫向水平移動對）用撥道、改道的方法消除橫向水平移

21、動對線路的影響；線路的影響； （4 4）用串道的方法消除縱向水平移動變形對線）用串道的方法消除縱向水平移動變形對線路的影響，調整軌縫。路的影響，調整軌縫。 在采取以上措施后鐵路下采煤是安全的。有關在采取以上措施后鐵路下采煤是安全的。有關車站、隧道、橋梁等下的采煤問題可歸結為建筑物車站、隧道、橋梁等下的采煤問題可歸結為建筑物下采煤問題，其方法同建筑物下采煤。下采煤問題，其方法同建筑物下采煤。第一節(jié)第一節(jié) 地下開采對公路的影響及防護措施地下開采對公路的影響及防護措施 公路是國民經濟的基礎設施，是交通體系的重要公路是國民經濟的基礎設施，是交通體系的重要組成部分。地下開采將對公路造成一定的影響，使公路

22、組成部分。地下開采將對公路造成一定的影響，使公路路面損壞、坡度改變等，必須采取相應的保護措施。特路面損壞、坡度改變等，必須采取相應的保護措施。特別是近年來發(fā)展起來的高速公路，路面結構特殊、行車別是近年來發(fā)展起來的高速公路，路面結構特殊、行車速度快、對地表變形敏感、造價高等，高速公路下采煤速度快、對地表變形敏感、造價高等，高速公路下采煤已成為已成為“三下三下”采煤的新課題，必須加以研究。采煤的新課題，必須加以研究。 國內公路下采煤的研究還尚處于初始階段，目前國內公路下采煤的研究還尚處于初始階段，目前國內在這方面主要是借鑒村莊、建筑物下、鐵路下采煤國內在這方面主要是借鑒村莊、建筑物下、鐵路下采煤的

23、一些相關的經驗和措施，利用概率積分法對公路下采的一些相關的經驗和措施，利用概率積分法對公路下采煤的沉陷進行預測，并結合相關地表移動和變形的觀測煤的沉陷進行預測，并結合相關地表移動和變形的觀測和一些相關的地質、采礦資料，從而得出公路采動沉陷和一些相關的地質、采礦資料，從而得出公路采動沉陷的破壞類型，最后對地表沉陷和采空區(qū)對公路的危害進的破壞類型，最后對地表沉陷和采空區(qū)對公路的危害進行分析。行分析。第一節(jié)第一節(jié) 地下開采對公路的影響及防護措施地下開采對公路的影響及防護措施一、地下開采對公路的影響一、地下開采對公路的影響 地下開采對公路的影響可分為：垂直移動變形地下開采對公路的影響可分為：垂直移動變

24、形和水平移動變形對公路的影響。和水平移動變形對公路的影響。（1 1）垂直移動變形對公路的影響）垂直移動變形對公路的影響 地表下沉差導致公路傾斜，使公路的坡度發(fā)地表下沉差導致公路傾斜，使公路的坡度發(fā)生變化。當公路坡度的傾向與地表傾斜一致時，可生變化。當公路坡度的傾向與地表傾斜一致時，可增大公路的坡度；當公路坡度的傾向與地表傾斜相增大公路的坡度；當公路坡度的傾向與地表傾斜相反時，可減小公路的坡度。反時，可減小公路的坡度。 地表傾斜還會改變排水溝的坡度，形成反坡、地表傾斜還會改變排水溝的坡度，形成反坡、導致排水不暢等。導致排水不暢等。第一節(jié)第一節(jié) 地下開采對公路的影響及防護措施地下開采對公路的影響及

25、防護措施（2 2）水平移動變形的影響）水平移動變形的影響 均勻水平移動對公路的影響較小。不均勻水平移動均勻水平移動對公路的影響較小。不均勻水平移動產生的水平變形對公路的影響較大。不均勻的水平移動可產生的水平變形對公路的影響較大。不均勻的水平移動可改變線路的方向和圓曲線的半徑。使行車安全出現隱患，改變線路的方向和圓曲線的半徑。使行車安全出現隱患，但這種影響與對鐵路的影響相比是較小的，可通過汽車行但這種影響與對鐵路的影響相比是較小的，可通過汽車行駛來調整。駛來調整。 拉伸變形使公路路面拉壞、產生裂縫。當大的裂縫拉伸變形使公路路面拉壞、產生裂縫。當大的裂縫出現時，往往伴隨著臺階，影響行車的速度和安全。特別出現時，往往伴隨著臺階，影響行車的速度和安全。特別是對高速公路的影響較大。壓縮變形使公路路面受壓，當是對高速公路的影響較大。壓縮變形使公路路面受壓，當壓縮變形較大時，可能使路面壓壞，甚至使路面上鼓，導壓縮變形較大時，可能使路面壓壞，甚至使路面上鼓，導致行車不暢。致行車不暢。 水平變形可使公路橋梁、涵洞拉壞或壓壞，導致交水平變形可使公路橋梁、涵洞拉壞或壓壞，導致交通中斷，使涵洞排水不暢，在洪水時淹沒公路。通中斷，使涵洞排水不暢，在洪水時淹沒公路。第一節(jié)第一節(jié) 地下開采對公路的影響及防護措施地下開采對公路