关键词：济河桥 沉陷预计 监测 安全
Prediction and Monitoring of Mining Impact of Jihe Bridge
Abstract: n order to ensure the safety of the bridge to mine the coal resources under the pressure of Jihe bridge, according to the observation results of the surface movement and deformation of the multi working faces in the mining area, the probability integral method is used to predict the subsidence, inclination, horizontal deformation and other parameters of the bridge body scientifically. It can provide theoretical basis for making a safe, economic and reasonable maintenance plan of the bridge, and at the same time, it can monitor the impact regularly in the deformation stage of the bridge to ensure the safety of the bridge.
Key words: Jihe bridge Subsidence prediction Monitoring Safety
一、引言
济河桥建于2016年，为两跨抗变形框架公路桥，总长26.2m，宽14.1m。位于谢桥矿西翼采区的地表中央，济河与颍利路(S224省道)交汇处，既担负济河的防洪、灌溉功能，又兼顾颍利路的交通要求。对地方交通，农业生产起到极其重要作用。
桥体地下蕴藏煤炭3629.3万吨，可采2696万吨，在回采过程中，桥体及地表将出现下沉、倾斜、水平变形，对桥体结构造成一定程度的损坏。1252（3）工作面切眼位于桥体正下方713m。工作面回采导致地表沉陷直接影响桥体。矿与中国矿业大学合作，对桥体变形程度采用概率积分法进行预计。为桥体维护方案提出理论依据。在桥体变形过程中，进行实地测量，对各种变形量进行分析及安全预警，保证桥体通车安全。
二、1252(3)工作面及济河桥基本情况
1252（3）工作面走向长850m，倾斜长226m，煤层倾角12～16°，平均倾角14°，平均采高4.8m，月平均推进度170m，上顺槽标高-650m，下顺槽标高-713m，区域地面标高20～26m。
济河桥相关坐标数据如下：
（1）桥体坐标
左上角: X = 3628201.574 Y = 39430203.461
左下角: X = 3628159.916 Y = 39430208.915
右上角: X = 3628203.391 Y = 39430217.454
右下角: X = 3628161.861 Y = 39430222.806
（2）桥面标高：Z(北)=27.9 Z(南)=28.2m
济河闸与各规划开采的工作面对应情况如图1所示。
.png)
图1 1252（3）工作面相对位置图
三、开采沉陷预计方法及预计参数
根据淮南矿区新区大量实测资料总结得到，对于移动盆地的最外边界，概率积分法计算结果比实际观测结果要小。
针对区域初次采动和重复采动工作面，均有实测的概率积分法参数。如表1～2所示。
表1 首采面（11118）概率积分法参数
.png)
周边有开采活动，拐点偏移距取负值，周边无开采活动，拐点偏移距取正值
根据上述计算方法和计算参数，计算时考虑两种工况：（1）工作面开采导致济河桥处产生动态极大变形位置；（2）工作面完全开采后变形。工作面开采影响到济河桥位置根据实测资料确定。
计算时，获取了桥体四角的下沉值，获取了沿桥面方向与垂直桥面方向的倾斜、曲率、水平移动与水平变形，并求取了各点下沉速度变化。计算时，桥体四个点的位置情况如图2所示。
.png)
图2 济河桥四角点编号
四、1252（3）工作面开采影响济河桥计算
（一）济河桥动态变形计算及开采影响济河桥位置确定
采用上述确定的计算方法和计算参数，对1252（3）推进过程中济河桥各角点的移动变形进行了计算。
根据已有资料，按照工作面日推进度5.67m计算，根据概率积分法计算得到的1252（3）工作面影响到济河桥时，工作面推进位置距离开切眼17m。
1242（3）工作面的实测数据表明，区域开采起动距为27.6m。对比表明概率积分法在确定起始期时存在较大误差，由于1252（3）工作面与1242（3）工作面紧邻，因此起动距参照1242（3）工作面，则实际1252（3）工作面影响到济河桥时，工作面推进位置距离开切眼28.3m，推过济河桥28.3m。
（二）济河桥进入活跃期开采位置确定
按照工作面日推进度5.67m进行计算，桥体进入活跃期，以桥体下沉速度最先到达1.67mm/d的右下角点为准确定。该点下沉速度达到1.67mm/d，工作面推进位置距离开切眼28.3m。
由于概率积分法无法考虑到岩层悬顶距，而济河桥刚好位于工作面开切眼区域，概率积分法在确定起始期时存在较大误差，根据1242（3）工作面实测资料，该工作面2014年8月6日开始回采，月推进度140m，推进27.6m后影响到地表，2014年9月20日位于工作面边界上方监测点下沉值达到378mm。计算可知，当工作面推进51.3m时，工作面边界上方点进入活跃期。
参照1242（3）工作面实测数据，受1252（3）工作面开采影响，济河桥进入活跃期时，工作面推进位置距离开切眼51.3m，推过济河桥51.3m。
（三）济河桥最大下沉速度开采位置确定
按照工作面日推进度5.67m进行计算，以桥体下沉速度最先达到最大值的右下角3号点为准确定。该点的下沉速度达到最大，为27.36mm/d。工作面推进位置距离开切眼176m，推过济河桥176m。
当济河桥的下沉速度达到最大时，济河桥产生的最大下沉值约为578mm，沿桥面方向的最大倾斜变形值为 0.5mm/m，最大曲率变形为0.02mm/m2，最大水平移动值为56mm，最大水平变形为2.1mm/m；垂直桥面方向的最大倾斜为2.1mm/m，最大曲率为0.02 mm/m2，最大水平移动为233mm，最大水平变形为2.1mm/m。
（四）济河桥进入衰退期开采位置确定
按照工作面日推进度5.67m计算，桥体进入衰退期以桥体下沉速度最先小于1.67mm/d的左上角点2号为准。桥体下沉速度开始小于1.67mm/d，工作面推进位置距离开切眼793m，推过济河桥793m。
在济河桥进入衰退期时，济河桥会产生最大为1838mm的下沉。沿桥面方向最大倾斜变形为3.7mm/m，最大曲率为0.05mm/m2，最大水平移动为326mm，最大水平变形为5.2mm/m。垂直桥面方向最大倾斜变形为10.4mm/m，最大曲率为0.01mm/m2，最大水平移动为1116mm，最大水平变形为1.5mm/m。
（五）工作面开采结束桥体变形计算
在1252（3）工作面开采结束后，济河桥会产生最大为1852mm的下沉。沿桥方向的最大倾斜变形为3.7mm/m，最大曲率为0.05mm/m2，最大水平移动为330mm，最大水平变形为5.2mm/m。垂直桥面方向的最大倾斜为10.5mm/m，最大曲率为0.01mm/m2，最大水平移动为1128mm，最大水平变形为1.5mm/m。
五、实测桥体下沉速度及下沉量
自2018年12月21日1252（3）工作面开始回采，到2019年9月23日桥体稳沉。对1252（3）工作面回采沉陷影响的济河桥完成变形监测24次，并绘制变形时间曲线，分析变形程度。1252（3）工作面回采导致桥体实际变形为：累计下沉1.528m，最大下沉速度33.6mm/d，最大倾斜9mm/m，最大水平变形3.9 mm/m。桥体变形量未超出预计范围，处于安全状态。
.png)
图3 各时间段实际下沉量及下沉速度
六、结论
通过对1252（3）工作面开采对济河桥的影响情况预计及实测计算，主要结论如下：
（一）预计下沉量及下沉速度与实际下沉量及下沉速度基本一致。
（二）济河桥进入稳沉期后，考虑到车流通行及排洪情况，认为后期1252（3）工作面残余下沉对济河桥破坏影响已很小，无安全威胁。
通过此次济河桥沉陷预计及监测，避免盲目进行桥梁维修，节省维修资金800万元。解放压覆该工作面原煤81.6万吨，按照目前市场价格500元/吨计算，销售收入4亿元。为今后重要构建物下安全回采煤炭积累了珍贵的经验。
参考文献：
[1]煤矿测量规程.煤炭工业出版社，1989年1月.
[2]建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范.煤炭工业出版社，2017年5月.
[3]矿山开采沉陷学.中国矿业大学出版社，1989年10月.
作者简介：陈功胜，男，汉族，安徽六安人，1967年10月出生，1990年7月毕业于中国矿业大学矿山建设专业，同年参加工作，1999年加入中国共产党，高级工程师。先后在淮南矿业集团生产矿井任总工程师、矿长等职务。
论文作者: 陈功胜,祁峰,张延喜
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年第6期
论文发表时间:2020/5/9