吉林至琿春鐵路蛟河煤礦區(qū)工程地質(zhì)選線

張 健

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

吉林至琿春鐵路西起吉林市，東至延邊朝鮮族自治州琿春市，途徑吉林市、蛟河、敦化、延吉、圖們、琿春等市縣。吉琿鐵路的建設(shè)是促進(jìn)延邊州開放，帶動(dòng)長(zhǎng)吉圖區(qū)域、圖們江流域的開發(fā)，實(shí)施長(zhǎng)吉圖區(qū)域規(guī)劃的先行和啟動(dòng)。蛟河煤炭工業(yè)區(qū)分布于蛟河市奶子山鎮(zhèn)北部，煤礦開采歷史悠久，已有120多年歷史，面積近40 km2，累計(jì)采出煤炭近7 000萬t，由于資源枯竭，2002年6月，蛟河煤礦正式破產(chǎn)。礦區(qū)內(nèi)20多km2土地地表下沉，房屋受損，基礎(chǔ)設(shè)施被破壞，精確確定蛟河煤礦采空區(qū)分布成為控制線路方案選擇的決定性節(jié)點(diǎn)。

1 線位方案

線路出吉林市區(qū)向東時(shí)有兩個(gè)大的方案，南繞煤礦采空區(qū)方案從長(zhǎng)吉城際鐵路吉林站引出，向東跨越松花江、龍豐線、長(zhǎng)圖高速公路后，穿越太平山，跨過拉法河，于蛟河市西南側(cè)設(shè)蛟河西站。出站后沿國(guó)道302行至白石山鎮(zhèn)，之后兩跨既有長(zhǎng)圖線至威虎嶺，再沿302國(guó)道經(jīng)黃泥河鎮(zhèn)、秋泥溝鎮(zhèn)至敦化市設(shè)敦化北站。主要比選方案是沿高速公路走廊比較方案，該方案從長(zhǎng)吉城際鐵路吉林站引出，向東跨越松花江、龍豐線、長(zhǎng)圖高速公路后，向東北方向與長(zhǎng)吉圖高速公路沿牤牛河河谷并行，橫穿蛟河天崗大理石工業(yè)園區(qū)后，穿越拉法山于蛟河北設(shè)站，出站后繼續(xù)與長(zhǎng)吉圖高速公路并行，在黃泥河鎮(zhèn)南雙泉上村與南繞煤礦采空區(qū)方案相會(huì)。該方案在蛟河煤礦采空區(qū)附近派生出兩個(gè)局部方案:沿高速公路走廊方案和沿高速公路走廊繞采空區(qū)方案。其中沿高速公路走廊方案距離采空區(qū)邊界較近，有采空區(qū)處理和壓覆煤礦的問題(見圖1)。

圖1 蛟河煤礦區(qū)方案比選示意

2 工程地質(zhì)特征

2.1 地形地貌

線位通過處為一向斜構(gòu)造盆地(蛟河盆地)，盆地長(zhǎng)約42 km，寬約18 km呈北北東向展布，中部河流寬淺，兩岸階地發(fā)育，自河谷向東西兩側(cè)，地勢(shì)逐漸抬高以低緩丘陵為主，海拔260～340 m，相對(duì)高差5～30 m，河谷地帶村鎮(zhèn)密布，多為農(nóng)田，丘陵地帶林木茂密。

2.2 氣象特征

蛟河市屬北亞溫帶濕潤(rùn)半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候。按照對(duì)鐵路工程影響的氣候分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，該區(qū)為嚴(yán)寒地區(qū)。夏季短促溫暖，冬季漫長(zhǎng)酷寒，春季干旱多風(fēng)，秋季涼爽，四季分明。年平均氣溫4℃，極端最高氣溫34.9℃，極端最低氣溫－41.8℃，年平均降水量651.4 mm，主要集中于6～8月;年平均蒸發(fā)量948.9 mm;平均相對(duì)濕度76%，全年平均風(fēng)速約2.6 m/s，最大風(fēng)速31.3 m/s。土壤最大凍結(jié)深度167 cm。

3 地層及構(gòu)造

3.1 地層巖性

區(qū)內(nèi)地層主要有晚古生界二疊系、中生界侏羅系及白堊系、新生界第三系和第四系地層，期間發(fā)生過多期巖漿侵入。煤系地層自下而上分別為侏羅系上統(tǒng)奶子山組(J3n)、白堊系下統(tǒng)烏林組(K1w)。

(1)華力西晚期花崗巖類侵入巖(γ43):與晚二疊世及其以前的地層呈侵入接觸關(guān)系，其下限為晚二疊世，多出露于煤田四周。

(2)煤田底板為二疊系板巖:受海西運(yùn)動(dòng)影響，巖層多呈波浪式起伏，形成了強(qiáng)烈的褶皺帶，板巖產(chǎn)狀:N40°～50°W/5°～8°S。

(3)侏羅系上統(tǒng)奶子山組(J3n):侏羅系上統(tǒng)地層廣布于整個(gè)蛟河盆地，與下伏二疊系板巖為角度不整合接觸，為區(qū)內(nèi)主要的含煤地層，總厚度156～420 m。巖層走向大體為北東向，向西傾斜。巖性主要為含礫砂巖、砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖和三個(gè)煤組，共計(jì)7層煤，分別為3號(hào)、3 號(hào)a、3 號(hào)b、4 號(hào)、4 號(hào) a、5 號(hào)、5 號(hào) a。其中3 號(hào)、4號(hào)、5號(hào)是采煤的主要對(duì)象。3號(hào)煤層最穩(wěn)定，分布最廣，煤質(zhì)最好，距離地表深度151.2～263.0 m，最大厚度為6.813 m，最薄為0.047 m，平均厚度2.393 m;4號(hào)煤層埋深179.7～313 m，最大厚度2.164 m，最薄0.098 m，平均厚度0.963 m;5號(hào)煤層埋深209.35～385.2 m，平均厚度在1 m左右。其余煤層局部可采。

(4)白堊系下統(tǒng)烏林組(K1w):主要分布在蛟河盆地東部邊緣，出露在柳樹林子、奶子山鎮(zhèn)、煤窯屯、平安堡一帶，呈條帶狀展布。本組巖性特征明顯，主要為一套粗碎屑堆積，為灰黃色、灰白色礫巖，砂巖，青灰色細(xì)砂巖夾灰黑—灰綠色粉砂巖，夾1號(hào)、2號(hào)兩個(gè)煤層。1號(hào)、2號(hào)煤層為本區(qū)內(nèi)最差煤層，煤層埋深淺，1號(hào)煤層埋深48～99 m，2號(hào)煤層埋深60.22～124.2 m，主要為個(gè)體私采的小煤窯，多分布于大礦周邊，構(gòu)成一個(gè)由粗到細(xì)的比較完整的沉積旋回。其中斜層理及交錯(cuò)層理發(fā)育，反映了由河流相向湖沼相逐漸過渡的特點(diǎn)。煤層主要分布于葦塘、奶子山、烏林一帶，由此向其他方向煤層很快變薄尖滅。本組地層厚度103～250 m，與下伏上侏羅統(tǒng)奶子山組呈平行不整合關(guān)系。

(5)第四系地層(Q4):以沖洪積黏性土、砂土為主，厚2～10 m。

3.2 地質(zhì)構(gòu)造

蛟河煤礦位于張廣才嶺的西南部，屬中朝地塊。

烏林礦區(qū)在地質(zhì)構(gòu)造上屬于蛟河煤田盆狀向斜構(gòu)造之北東邊緣部分，在生成煤田之前因造山運(yùn)動(dòng)影響，使古生代石炭二疊系地層形成波浪式褶皺，與煤系地層底部形成角度不整合關(guān)系。另詳查報(bào)告中已查明斷層大小共計(jì)5個(gè)，多為規(guī)則的高角度正斷層，走向由南北轉(zhuǎn)向北東方向，反應(yīng)出該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，煤層沉積變化較大，殲滅現(xiàn)象比較普遍。

4 采空區(qū)對(duì)線位影響及現(xiàn)狀調(diào)查

比較方案沿高速公路南方案，處于礦區(qū)邊界及高速公路之間，受蛟河礦區(qū)大面積采空區(qū)(蛟河煤礦烏林塌陷區(qū))及小煤窯采空區(qū)的影響較大。根據(jù)蛟河煤礦烏林礦區(qū)的精查報(bào)告，蛟河煤礦塌陷區(qū)、老礦區(qū)采礦權(quán)及新的小煤礦采礦權(quán)拐點(diǎn)坐標(biāo)，并通過調(diào)查訪問及物探，在圖上反應(yīng)了分布于大礦周邊的井口，及小煤窯采空區(qū)的邊界。

蛟河煤礦采空區(qū)主要由兩部分組成:(1)大面積采空區(qū)(蛟河煤礦烏林塌陷區(qū))分布于線位西南方向，其邊界距離線位190 m。主要為國(guó)營(yíng)大礦開采，目前資源已枯竭，形成塌陷區(qū)。(2)小煤窯采空區(qū):分布于多屬個(gè)體、集體私采或歷史遺留造成的，無采礦權(quán)、無規(guī)劃及勘查資料。小煤窯采空區(qū)地表一般都有裂縫(見圖2)，局部已產(chǎn)生塌陷(見圖3)。通過收集資料、調(diào)查訪問及布設(shè)物探工作，基本查清了其分布范圍，線路距小煤窯采空區(qū)最近距離位30 m。沿高速公路南方案行走于原宏達(dá)礦區(qū)邊界外194 m，距小煤窯采空區(qū)邊界194 m，處于采空區(qū)安全距離以內(nèi)。同時(shí)據(jù)訪問當(dāng)?shù)鼐用裨撎幘€位C13K80+040右184 m為一處較老的J3礦口(已經(jīng)廢棄)，是建國(guó)初期的私采小煤窯，根據(jù)物探資料顯示C13K80+040右30 m處為采空區(qū);另外，根據(jù)訪問，線路里程C13K80+800右350 m、C13K81+000右400 m為復(fù)興煤礦J5礦口和龍鳳煤礦J6礦口，由于開采能力小，儲(chǔ)量小，投資大等原因均已停業(yè)，礦井均廢棄，根據(jù)物探資料顯示C13K80+800右130 m、C13K81+000右120 m處為采空區(qū)。其余J1、J2、J7屬宏達(dá)煤礦和平安煤礦礦口(見圖4)。

圖2 蛟河煤礦采空區(qū)房屋裂縫

圖3 蛟河煤礦采空區(qū)地表沉陷

5 線路方案比選情況

線路方案比選情況如表1所示。

表1 線路方案比選情況分析

6 結(jié)論

綜合分析認(rèn)為，大面積采空區(qū)及小煤窯采空區(qū)均對(duì)線位有影響。

大面積采空區(qū)(烏林塌陷區(qū))，埋深約在200～400 m之間，新建鐵路位于其北部安全距離內(nèi)，采空區(qū)埋深大，處理困難，存在較大的安全隱患。

小煤窯采空區(qū)，埋深20～120 m，開采深度較淺，但開采年度久遠(yuǎn)，勘探處理工程投資大，施工質(zhì)量難以保證，安全問題亦難以解決。

圖4 蛟河煤礦礦區(qū)平面示意

通過對(duì)三個(gè)方案的比選，確定了最終的推薦方案為南繞煤礦采空區(qū)方案，該方案在進(jìn)行優(yōu)化后作為吉琿鐵路最終的線路設(shè)計(jì)方案。

[1]鐵道部第一勘測(cè)設(shè)計(jì)院.鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)[M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1999

[2]TB10012—2007 鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S］

[3]TB10027—2001 鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程[S］