線性工程壓覆礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量計(jì)算的應(yīng)用

王才川 周曉萌

(1.中地地礦建設(shè)有限公司，北京 100101； 2.北京巖土工程勘察院，北京 100083)

線性工程壓覆礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量計(jì)算的應(yīng)用

王才川1周曉萌2

(1.中地地礦建設(shè)有限公司，北京 100101； 2.北京巖土工程勘察院，北京 100083)

以國(guó)道216線五彩灣—大黃山公路項(xiàng)目為例，針對(duì)露天開(kāi)采和地下開(kāi)采方式分別采用不同方法計(jì)算國(guó)道216線五彩灣—大黃山公路項(xiàng)目壓覆(五彩灣礦區(qū))礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量，并分析了存在的問(wèn)題，對(duì)同類工程有一定的參考價(jià)值。

壓覆礦產(chǎn)，線性工程，剖面法，地下開(kāi)采

鐵路、公路、油氣管線等線性工程，短則上百千米，長(zhǎng)則上千千米。線性地理范圍跨度大，往往涉及礦權(quán)多、多礦種及多重開(kāi)采方式等多樣性；又因其建設(shè)周期長(zhǎng)，建設(shè)方案在建設(shè)過(guò)程中存在不確定性，因此線性工程在建設(shè)項(xiàng)目壓覆礦產(chǎn)資源評(píng)估工作中歷時(shí)較長(zhǎng)、難度較大。

本文以國(guó)道216線五彩灣—大黃山公路項(xiàng)目為例，根據(jù)《關(guān)于印發(fā)建設(shè)項(xiàng)目壓覆礦產(chǎn)資源評(píng)估報(bào)告編寫(xiě)提綱的通知》(新國(guó)土資函[2014]699號(hào))，并結(jié)合相關(guān)的行業(yè)規(guī)范合理估算不同開(kāi)發(fā)方式的壓覆礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量計(jì)算方法。

1 項(xiàng)目概況

國(guó)道216線五彩灣—大黃山段公路建設(shè)項(xiàng)目位于新疆維吾爾自治區(qū)昌吉回族自治州的阜康市及吉木薩爾縣境內(nèi),路線走向由北向南，起點(diǎn)位于G216老路里程K450+400處，終點(diǎn)與幸福路口互通式立交相銜接，里程樁號(hào)為K551+207，建設(shè)里程100.81 km。本項(xiàng)目走向由北向南，推薦方案路線全長(zhǎng)100.81 km，其中K536+491～K542+718段(三臺(tái)油庫(kù)—滋泥泉子)采用分離式斷面，路段長(zhǎng)6.23 km；其余段落采用整體式斷面，路段長(zhǎng)94.58 km。路線主要中間控制點(diǎn)為：火燒山、五彩灣、公鐵立交、幸福路口互通式立交。

國(guó)道216線五彩灣—大黃山段公路建設(shè)項(xiàng)目是新疆公路網(wǎng)規(guī)劃“三橫兩縱兩環(huán)八通道”主骨架網(wǎng)“縱二”的重要組成部分，是北疆通往南疆東部的重要干線，項(xiàng)目的實(shí)施將在天山北麓五彩灣至大黃山段形成高速公路通道，優(yōu)化區(qū)域公路路網(wǎng)格局，且能夠承擔(dān)項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)的中長(zhǎng)距離運(yùn)輸，為沿線經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供安全、舒適、高效的運(yùn)輸服務(wù)。

2 地質(zhì)背景

國(guó)道216線五彩灣—大黃山公路建設(shè)項(xiàng)目用地大片分布著下白堊統(tǒng)吐谷魯群地層，南部為第四系覆蓋，僅在北部起點(diǎn)附近有小片侏羅系地層露頭。評(píng)估區(qū)出露地層有第四系、白堊系、侏羅系地層。

評(píng)估區(qū)地處準(zhǔn)噶爾坳陷的次級(jí)構(gòu)造單元將軍戈壁坳陷，其南為烏魯木齊山前坳陷的東部邊緣，北部為卡拉麥里過(guò)渡帶，構(gòu)造單元屬準(zhǔn)噶爾坳陷區(qū)的破房子凹陷。

根據(jù)以往資料，項(xiàng)目沿線的礦產(chǎn)主要為煤礦，涉及的勘查區(qū)為五彩灣礦區(qū)蘆草溝煤炭勘查區(qū),區(qū)內(nèi)煤層賦存在侏羅系下統(tǒng)八道灣組和中統(tǒng)西山窯組地層中，前者稱為A煤組，后者稱為B煤組，其間相隔三工河組不含煤地層。B煤組煤層分布集中，厚度大，層位在A煤組之上，埋深相對(duì)較淺，A煤組煤層垂向分散，厚度較小，埋深大。

3 五彩灣礦區(qū)總體規(guī)劃

根據(jù)2010年2月20日國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)向新疆自治區(qū)發(fā)展和改革委員會(huì)下發(fā)《國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)關(guān)于新疆準(zhǔn)東五彩灣礦區(qū)總體規(guī)劃的批復(fù)》(發(fā)改能源[2010]283號(hào)文)。批復(fù)礦區(qū)東西長(zhǎng)9.35 km～36.39 km，南北寬10.59 km～38.75 km，面積901 km2，資源儲(chǔ)量303億t。五彩灣礦區(qū)規(guī)劃總規(guī)模為11 500萬(wàn)t/年，礦區(qū)B煤層開(kāi)發(fā)劃分為5個(gè)露天礦，1個(gè)礦井，1個(gè)勘查區(qū)。

根據(jù)《準(zhǔn)東煤田五彩灣礦區(qū)煤炭礦業(yè)權(quán)整合方案》，整合后的五彩灣礦區(qū)設(shè)置5個(gè)露天礦、3個(gè)井工礦、3個(gè)后備區(qū)。國(guó)道216線五彩灣—大黃山公路項(xiàng)目穿越5號(hào)露天煤礦、蘆草溝勘查區(qū)，涉及4號(hào)露天煤礦(見(jiàn)圖1)。

4 壓覆礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量估算

4.1 資源儲(chǔ)量估算工業(yè)指標(biāo)

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)煤類以不粘煤為主，其次為長(zhǎng)焰煤，勘查區(qū)內(nèi)煤層傾角較緩，大多在2°～5°，據(jù)此確定資源量估算的工業(yè)指標(biāo)為：

煤層厚度(m)不小于0.80 m。

最高灰分(Ad)40%。

最高硫分(St.d)3%。

最低發(fā)熱量(Qnet.d)17 MJ/kg。

4.2 資源儲(chǔ)量估算方法

評(píng)估區(qū)煤層傾角較緩，大多在2°～5°間，以煤層底板等高線水平投影圖作為煤層資源量估算底圖，比例尺為1∶10 000，B1,B2,B0煤層底板等高距為20 m，A2,A1煤層底板等高距為50 m，分塊段、分類別、分水平估算資源量。

其中，Q為塊段煤層資源量，萬(wàn)t；S為塊段平面積，萬(wàn)m2;m為塊段平均真厚度，m;d為視相對(duì)密度，t/m3；α為塊段平均傾角，(°)。

4.3 資源儲(chǔ)量估算范圍

根據(jù)《新疆準(zhǔn)東五彩灣礦區(qū)總體規(guī)劃》，擬建公路穿越5號(hào)露天煤礦、蘆草溝勘查區(qū)，涉及4號(hào)露天煤礦。因此壓覆范圍的計(jì)算須分為露天開(kāi)采和井工開(kāi)采，故采用相關(guān)的規(guī)范規(guī)程計(jì)算壓覆范圍。

壓覆范圍的確定：

1)露天開(kāi)采。

本項(xiàng)目露天煤礦安全煤柱，采用GB6722—2011爆破安全規(guī)程露天深孔臺(tái)階爆破200m的安全允許距離作為每個(gè)煤層的煤柱留設(shè)邊界。

2)地下開(kāi)采。

以建設(shè)項(xiàng)目為受護(hù)對(duì)象，采用剖面法參照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》的技術(shù)性文件中保護(hù)煤柱留設(shè)的計(jì)算。

根據(jù)項(xiàng)目用地及周邊地層巖性及煤層頂?shù)装鍘r石工程地質(zhì)穩(wěn)定性，上山移動(dòng)角取γ=70°、下山移動(dòng)角取β=70°-0.7a、走向移動(dòng)角δ=γ=70°，表土層移動(dòng)角φ=50°。

a.圍護(hù)帶的確定。

本項(xiàng)目屬高速公路，根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》，本項(xiàng)目的保護(hù)等級(jí)為Ⅰ級(jí)，圍護(hù)帶寬度為20m。

b.松散層外擴(kuò)邊界。

本項(xiàng)目沿線建設(shè)用地及第四系周邊松散層厚度0m～8m，地表松散移動(dòng)角φ=50°，在圍護(hù)帶邊界按距離d外擴(kuò)，即得松散層外擴(kuò)邊界，d按下式計(jì)算：

d=hctgφ。

其中，h為松散層厚度；φ為松散層移動(dòng)角。

c.根據(jù)公路同剖面線的交互點(diǎn)及公路整體走向性質(zhì)，一共選取10個(gè)剖面計(jì)算煤層的保護(hù)煤柱(見(jiàn)圖2)。走向與煤層走向斜交時(shí)，以斜交剖面移動(dòng)角β′,γ′代替β,γ角劃直線。直線與煤層底板的交點(diǎn)即為保護(hù)煤柱在煤層該斜交剖面上的上下邊界。具體換算公式為：

其中，β為煤層下山移動(dòng)角；γ為煤層上山移動(dòng)角；δ為煤層走向移動(dòng)角；θ為建筑物長(zhǎng)軸方向與煤層走向線的夾角。

在平面圖上量出各剖面上圍護(hù)帶邊界與煤層走向線之間的夾角θ。

在剖面圖上，從受護(hù)對(duì)象邊界分別以松散層移動(dòng)角φ=50°作直線至基巖面，然后從基巖分別以β′，γ′做直線與煤層底板相交，將交點(diǎn)垂直投影至地表，即為該剖面上壓煤邊界在地表的投影(見(jiàn)圖3)，該部分資源量為直接壓覆資源量。各煤層直接壓覆邊界至評(píng)估區(qū)邊界之間的資源量為影響資源量。

d.將所有剖面上的投影點(diǎn)投影到平面圖上，將投影點(diǎn)逐個(gè)連接的范圍為此次項(xiàng)目壓煤范圍。

壓覆區(qū)評(píng)估區(qū)范圍確定主要原則為：根據(jù)規(guī)范文件確定的煤層煤柱留設(shè)垂直投影至地表的最大范圍如果大于公路外緣起向外兩側(cè)100m的保護(hù)范圍，則評(píng)估區(qū)范圍為最深煤層的受護(hù)邊界垂直投影至地表的范圍；否則評(píng)估區(qū)范圍為公路外緣起向外兩側(cè)100m的范圍。

本項(xiàng)目壓覆區(qū)評(píng)估區(qū)范圍：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，壓覆區(qū)最深A(yù)1煤層保護(hù)煤柱邊界垂直投影地表范圍至公路邊界均大于100m。

4.4 資源能量估算結(jié)果

經(jīng)估算，項(xiàng)目評(píng)估區(qū)范圍直接壓覆煤炭資源量(331+332+333)為39 477萬(wàn)t，其中探明的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量(331)3 373萬(wàn)t、控制的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量(332)21 209萬(wàn)t、推斷的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量(333)14 895萬(wàn)t；另外還有預(yù)測(cè)的資源量(334)？2 748萬(wàn)t。

項(xiàng)目評(píng)估區(qū)范圍影響資源量(331+332+333)為12 738萬(wàn)t。其中探明的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量(331)1 485萬(wàn)t、控制的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量(332)6 873萬(wàn)t、推斷的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量(333)4 380萬(wàn)t。

5 結(jié)語(yǔ)

1)地下開(kāi)采中，采用剖面法應(yīng)用在線性工程估算壓覆資源儲(chǔ)量中，比垂線法更加簡(jiǎn)單易懂。

2)線性工程特別是公路項(xiàng)目中，從可研階段、初步設(shè)計(jì)階段、施工圖階段、施工階段中均可能存在局部線位變更或調(diào)整，對(duì)評(píng)估工作存在較大影響。

3)實(shí)踐證明，本文根據(jù)行業(yè)技術(shù)規(guī)范不同開(kāi)采方式確定壓覆范圍和壓覆資源儲(chǔ)量估算，參數(shù)確定依據(jù)充分、方法可行、結(jié)果可靠。

[1] 金連生，牟金鎖.建筑物水體鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)及壓煤開(kāi)采規(guī)程[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，2000.

[2] 劉東華，邢永強(qiáng).建設(shè)項(xiàng)目壓覆礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量技術(shù)方法研究——以南水北調(diào)中線一期工程總干渠為例[J].河南科學(xué)，2010(9):1182-1188.

Application of linear engineering in calculation of mineral resources reserves below construction

Wang Caichuan1Zhou Xiaomeng2

(1.ZhongdiMineConstructionCo.,Ltd，Beijing100101,China; 2.BeijingGeo.&Inv.EngineeringInstitute，Beijing100083,China)

Taking Wucaiwan-Dahuangshan Project on China National Highway 216 as an example, different calculation methods were used in this paper to calculate mineral resources reserves below construction of Wucaiwan-Dahuangshan Project on China National Highway 216(Wucaiwan Mine Lot) based on open pit mining and underground mining and the problems were analyzed, for reference.

mineral resources below construction, linear engineering, profile method, underground mining

1009-6825(2017)20-0076-03

2017-05-05

王才川(1985- ),男,工程師

P642

A