夾河寨疏解線煤礦采空區(qū)地質(zhì)選線

李 程

(中鐵上海設(shè)計院集團有限公司，上海 200333)

1 工程概況

夾河寨疏解線位于符夾線既有線擴能改造北端，主要內(nèi)容為既有線增建二線并電化，工程處隴海線沙塘站至夾河寨之間，隴海線左線在K82附近經(jīng)義安煤礦井田，跨既有隴海鐵路，并經(jīng)夾河煤礦井田、京福高速公路后接入隴海線夾河寨站。右線經(jīng)過大劉煤礦井田后接入隴海線夾河寨站，見圖1。

夾河寨疏解線各方案經(jīng)夾河煤礦、義安煤礦、大劉煤礦3個地下開采煤礦。目前3個煤礦邊界與符夾線疏解線鐵路距離均小于1 000 m。

2 煤礦地質(zhì)條件

夾河寨疏解線位于淮北沖積平原既有隴海線沙塘站與夾河寨之間，地形平坦開闊，地面標高在40 m～42 m間。既有線為路堤，填高為1 m～2 m。疏解線所經(jīng)地區(qū)為第四系地層覆蓋，主要為沖積粉質(zhì)粘土、粉土、粉細砂，厚16 m～18 m;其下為上更新統(tǒng)沖積粉質(zhì)粘土夾粉土，厚度大于40 m;基巖為二疊系砂巖，埋深一般大于70 m。

3 疏解線工程經(jīng)過煤礦開采特征

夾河寨疏解線經(jīng)過正在開采煤礦徐州礦務(wù)局夾河煤礦、華潤天能徐州煤電有限公司大劉煤礦，經(jīng)過已關(guān)閉的礦井徐州礦務(wù)局義安煤礦。

1)夾河煤礦位井田總體為一走向略有變化的單斜構(gòu)造，地層總體走向北東、傾向北西，傾角15°～35°。本井田含煤系數(shù)最高的為山西組，下石盒子組次之，太原組最低。構(gòu)成本井田儲量最主要的是2煤、7煤和9煤。采礦權(quán)有效期限:2007年7月31日～2030年12月5日，開采深度由－80 m～－1 200 m。夾河煤礦自1969年10月正式投產(chǎn)以來，主要開采下石盒子組2煤和山西組7煤、9煤三個煤層。目前開采－600 m水平以下的是2煤、7煤、9煤。礦井開拓為立井集中上下山的開拓方式。采煤方法主要采用走向長壁式為主，局部傾斜條帶式。礦井采煤機械化程度較高，落煤方式以高檔和綜放為主，個別采用放炮落煤。回采工作面的支護全部采用單體液壓支柱和金屬絞接頂梁支護。頂板管理均采用自然垮落法。2)義安煤礦。義安煤礦含煤地層自下而上分別為上石炭統(tǒng)太原組、下二疊統(tǒng)山西組和下石盒子組，厚約500 m。主采煤層分別為2煤、7煤、9煤、20煤和21煤。義安礦主采二疊系下石盒子組和山西組煤層，生產(chǎn)水平有－280 m，－500 m兩個水平，延深水平為－770 m水平。3)大劉煤礦開采深度由－80 m～－800 m標高。區(qū)內(nèi)含煤地層為石炭～二疊系，自上而下分三個含煤組，分別為下二疊統(tǒng)下石盒子組、山西組和太原組，可采和局部可采3層，總厚度約5.01 m。主采二疊系山西組7煤、9煤。生產(chǎn)水平有－310 m，－450 m，－600 m三個水平。該礦越界開采7煤層與夾河礦相通，現(xiàn)已在－90 m回風(fēng)巷、－310 m水平建立水閘墻隔水。

4 礦區(qū)地質(zhì)選線

符夾線擴能改造夾河寨疏解線位于江蘇省徐州市銅山區(qū)大彭鎮(zhèn)310國道與隴海線夾河寨站之間，下穿京福高速公路。徐州礦務(wù)局夾河煤礦、義安煤礦井田及采空區(qū)對線路方案影響較大，大劉煤礦對線路方案影響較小。夾河、義安、大劉煤礦對鄰近的隴海線、符夾線、京福高速公路均設(shè)有保安煤柱。

4.1 夾河煤礦夾河寨疏解方案的影響

夾河寨疏解線共有三個方案，小半徑方案(AK)、大半徑方案(AIK)、貫通方案(CK)。AK方案進入夾河煤礦井田約253 m，AIK方案進入夾河煤礦井田約1 090 m，均壓覆其西南部煤炭儲量。圖2是地質(zhì)工程師在夾河煤礦地表調(diào)查照片。符夾鐵路夾河寨疏解線位于夾河煤礦井田西南部，AK，AIK，CK均壓覆該礦保有儲量。因此，在既有隴海鐵路保安煤柱基礎(chǔ)上需要增設(shè)疏解線保安煤柱。夾河煤礦對各方案都有影響，涉及增加保安煤柱問題，AK方案伸入礦區(qū)很多，或者說壓覆礦藏多，AIK方案壓覆較少些。CK方案集合了AK，AIK方案的優(yōu)點，在夾河煤礦段線路方案壓縮在既有隴海線、京福高速公路保安煤柱內(nèi)部通過，只需少量增加既有隴海線保安煤柱寬度。CK方案大幅度減少了壓覆夾河煤礦的煤炭儲量，對煤礦的開采影響能降到最低程度。

圖2 夾河煤礦西風(fēng)井及地災(zāi)隱患點（西側(cè)為地表塌陷區(qū)）

4.2 義安煤礦對符夾線夾河寨疏解方案的影響

圖3 顯示義安煤礦大彭鎮(zhèn)蔡莊居民院墻發(fā)生豎直、水平張裂縫——豎直、水平開裂屬采空區(qū)地表危險變形區(qū)，推測地基土發(fā)生垂直及水平位移。

圖3 義安煤礦大彭鎮(zhèn)蔡莊居民院墻開裂圖

AK線路方案南段經(jīng)義安煤礦作廢礦權(quán)(該礦2011年7月關(guān)閉)。符夾鐵路夾河寨疏解線與義安煤礦的地表移動邊界最近的距離為310 m。比較方案AIK82+400～AIK84+420位于徐州礦務(wù)局義安煤礦地表變形區(qū)。義安煤礦對AK方案無影響，對AIK方案影響嚴重，線路進入了采空區(qū)的地表變形區(qū)，工程處理費用較大。CK方案在義安煤礦段線路方案位于危險變形區(qū)外部的安全地帶，保證了線路方案的安全，又較少影響村鎮(zhèn)拆遷。

4.3 大劉煤礦對符夾線夾河寨疏解方案的影響

AK線路方案、AIK方案位于大劉煤礦變形區(qū)外部，受大劉對京福高速公路及隴海鐵路預(yù)留保安煤柱保護;夾河寨疏解方案右線在原有鐵路岔線內(nèi)側(cè)接入隴海線夾河寨站，不壓覆礦產(chǎn)。大劉煤礦對線路方案無影響。

5 結(jié)語

AK方案AK82+500～AK87+200位于徐州礦務(wù)局義安煤礦、夾河煤礦井田范圍內(nèi)，壓覆其煤炭儲量。線路北段屬徐州礦務(wù)局夾河煤礦西南部，夾河礦對鄰近的隴海線沙塘站、隴海線、京福高速公路均設(shè)有保安煤柱，因符夾鐵路夾河疏解線特大橋的建造可能需要將原設(shè)隴海線保安煤柱(2號、7號煤保安煤柱)向北增加1 100 m，寬度增加250 m～750 m。本方案的優(yōu)點是沒有經(jīng)過煤礦大面積采空區(qū)、地表變形區(qū)，但產(chǎn)生較大面積壓礦，對夾河煤礦的后期開采極為不利。

比較方案AIK82+400～AIK84+420位于徐州礦務(wù)局義安煤礦地表變形區(qū)，第四系厚度60 m左右，根據(jù)淮北市檢測資料，在今后10年～15年內(nèi)，大面積采空塌陷區(qū)地表每年平均會有5.4 mm～8.55 mm的沉降發(fā)生，15年以上的監(jiān)測點沉降量有升有降;塌陷15年以上的區(qū)域沉降速率每年約為0.20 mm～3.39 mm。如實施AIK方案，則需進行地面變形觀測，若土層的豎直或水平變形完成，地基處于穩(wěn)定情況，則線路橋梁工程可采用大直徑深孔灌注樁(樁端進入弱風(fēng)化巖層)穿越該變形區(qū);北段線路存在壓覆夾河煤礦礦產(chǎn)問題，需將夾河煤礦隴海線保安煤柱向北增加280 m。本方案既有采空區(qū)地基變形問題，又有壓礦問題、村鎮(zhèn)拆遷問題，處理起來非常棘手。義安煤礦對AK方案無影響，對AIK方案影響嚴重，線路進入了采空區(qū)的危險變形區(qū)，工程處理費用較大。大劉煤礦對既有符夾線及隴海線設(shè)有保安煤柱，故夾河寨疏解右線是安全的，它位于既有保安煤柱內(nèi)側(cè)，不產(chǎn)生新的壓礦問題。CK方案集合了AK，AIK方案的優(yōu)點，即在義安煤礦段線路方案位于危險變形區(qū)外部的安全地帶，在夾河煤礦段線路方案壓縮在既有隴海線、京福高速公路保安煤柱內(nèi)部通過，只需少量增加既有隴海線保安煤柱寬度。CK方案大幅度減少了壓覆夾河煤礦的煤炭儲量，對煤礦的開采影響降低到最低程度。CK方案可行，推薦為可行性研究貫通方案。

［1］鐵道部第一勘測設(shè)計院.鐵路工程地質(zhì)手冊［M］.北京:中國鐵道出版社，2007.

［2］TB 10027-2012，鐵路不良地質(zhì)勘察規(guī)程［S］.

［3］趙 文.銀西鐵路彬長礦區(qū)采空區(qū)地質(zhì)選線［J］.鐵道標準設(shè)計，2012(7):22-23.

［4］於定華.婁邵線牛馬司煤礦采空區(qū)地質(zhì)選線［J］.鐵道勘察，2006(4):15-16.

［5］鄭州至徐州鐵路客運專線(江蘇段)工程壓覆江蘇省徐州市夾河煤礦區(qū)煤炭資源儲量評估報告［R］.江蘇地質(zhì)礦產(chǎn)設(shè)計研究院，2012.

［6］鄭州至徐州鐵路客運專線(江蘇段)工程壓覆江蘇省徐州市義安煤礦區(qū)煤炭資源儲量評估報告［R］.江蘇地質(zhì)礦產(chǎn)設(shè)計研究院，2012.

［7］鄭州至徐州鐵路客運專線(江蘇段)工程壓覆江蘇省徐州市大劉煤礦區(qū)煤炭資源儲量評估報告［R］.江蘇地質(zhì)礦產(chǎn)設(shè)計研究院，2012.