煤礦礦區(qū)對(duì)鐵路影響分析評(píng)價(jià)

黎夢(mèng)軍

【摘 要】擬建鐵路經(jīng)過(guò)煤礦礦區(qū)，為評(píng)價(jià)煤礦礦區(qū)對(duì)鐵路的影響，本文通過(guò)移動(dòng)邊界法計(jì)算礦區(qū)最小評(píng)估距離，經(jīng)計(jì)算，擬建線路距離礦區(qū)煤層邊界最近距離大于計(jì)算最小評(píng)估距離。同時(shí)本文采用移動(dòng)盆地的算法對(duì)礦區(qū)進(jìn)行穩(wěn)定性分區(qū)，線路在此區(qū)段范圍內(nèi)位于基本穩(wěn)定區(qū)，礦區(qū)開(kāi)采對(duì)線路影響較小。

【關(guān)鍵詞】煤礦;礦區(qū);鐵路;移動(dòng)邊界法;移動(dòng)盆地;穩(wěn)定性分區(qū)

中圖分類號(hào)： U212.32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）08-0217-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.08.095

【Abstract】The proposed railway passes through the coal mine area.In order to evaluate the influence of the coal mine area on the railway，this paper calculates the minimum evaluation distance of the mining area by moving boundary method.After calculation，the nearest distance between the proposed railway line and the coal seam boundary of the mining area is larger than the minimum evaluation distance. At the same time，this paper uses the algorithm of moving basin to divide the stability of mining area.The line is located in the basic stable area within this area，and mining area has little influence on the line.

【Key words】Coal mine;Mining area;Railway;Moving boundary method;Mobile basin;Stability partition

1 工程概況

河南省擬建某鐵路沿線礦產(chǎn)資源較豐富，且大多為煤礦，在擬建鐵路CK221～CK222段線路左側(cè)存在三個(gè)煤礦，線路無(wú)法繞避，離線位最近的煤礦為順利煤礦，線路與其礦權(quán)東南拐點(diǎn)距離最近，約326m，根據(jù)規(guī)范要求，礦區(qū)與線路距離或礦區(qū)采空區(qū)與線路最近距離小于1km，需要專門評(píng)估分析煤礦礦區(qū)對(duì)鐵路影響。

收集到的采礦證批準(zhǔn)礦區(qū)范圍與線位走向關(guān)系如圖1所示。

2 礦區(qū)含煤地層工程地質(zhì)概況及礦體開(kāi)采情況

順利煤礦位于河南省郟縣城區(qū)附近，總體屬丘陵區(qū)，地勢(shì)西高東低，北高南低，區(qū)內(nèi)最高標(biāo)高為263m，最低標(biāo)高為220m，相對(duì)高差為43m。根據(jù)順利煤礦勘察報(bào)告，含煤地層主要為石炭系太原組和二疊系山西組，本礦主要含煤地層為二疊系山西組（P1sh），可采煤層為二1煤層，煤層厚約2.87～7.67m。未見(jiàn)明顯地質(zhì)構(gòu)造，礦區(qū)地下水類型主要為第四系孔隙水、碎屑巖基巖裂隙水及可溶巖巖溶裂隙水。

根據(jù)收集的既有礦區(qū)資料，順利井田二1煤層資源儲(chǔ)量估算范圍走向長(zhǎng)0.54～0.72km，傾向?qū)?29～0.39km，估算標(biāo)高為-38～-165m，資源儲(chǔ)量估算范圍面積為0.187km2。礦方提供的資源儲(chǔ)量報(bào)告顯示，采礦證及擴(kuò)界區(qū)范圍內(nèi)共估算二1煤層共有149.9萬(wàn)噸，其中采空區(qū)資源儲(chǔ)量為20.4萬(wàn)噸。礦區(qū)采礦許可證開(kāi)采標(biāo)高55～165m，開(kāi)采的含煤地層主要為二1煤層（山西組P1sh），其余煤層均不可采。該煤層厚2.87～7.67m，平均厚度為5.6m，全區(qū)發(fā)育，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不含夾矸。礦區(qū)內(nèi)煤層底板標(biāo)高為38～165m，埋深約120～200m。圖2為順利煤礦二1煤層與線位關(guān)系示意圖。

3 工程建設(shè)對(duì)區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源影響

3.1 采深與采厚、冒落帶判定

依據(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》第64條“符合下列條件者，鐵路允許采用全部垮落法進(jìn)行開(kāi)采：國(guó)家一級(jí)鐵路，：薄及中厚煤層的采深與單層采厚比大于或等于150;厚煤層及煤層群的采深與分層采厚比大于或等于200”以及第65條“在鐵路下采煤時(shí)，即使采深采厚比符合第63條、第64條的規(guī)定，但其最小深度中的基巖厚度必須大于垮落帶高度”（以下簡(jiǎn)稱三下采煤規(guī)程）的規(guī)定論證工程沿線煤礦資源是否適宜采用全部垮落法進(jìn)行開(kāi)采。

垮落帶高度計(jì)算公式為h=m/（（k-1）cosα）

其中，h為冒落帶高度，;k為巖石松散系數(shù);α為煤層傾角。

根據(jù)前述三下采煤規(guī)程第64、65條規(guī)定工程沿線采深與采厚比和冒落帶的高度計(jì)算如下：

經(jīng)計(jì)算可知，雖然冒落帶高度滿足三下采煤規(guī)程的規(guī)定，但是采深與采厚比不滿足三下采煤規(guī)程要求，不能采用全部垮落法進(jìn)行開(kāi)采。

3.2 移動(dòng)盆地邊界范圍計(jì)算

1）圍護(hù)寬度的確定

根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國(guó)土資源部、鐵道部關(guān)于發(fā)布《新建鐵路工程項(xiàng)目建設(shè)用地指標(biāo)》的通知及參照《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》第59條要求，每邊另加50m圍護(hù)帶寬度（按高于國(guó)家Ⅰ級(jí)鐵路等級(jí)確定）。礦區(qū)附近線位綜合考慮保護(hù)寬度取50m。

2）邊界角的確定

參照鐵道部第一勘測(cè)設(shè)計(jì)院主編的《鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)》表4-5-8，順利煤礦煤層走向約160～170°，傾向約230～245°，傾角約9～14°，貫通方案線路方向約94°，移動(dòng)角按下山移動(dòng)角考慮。

綜合考慮礦層產(chǎn)狀及線位走向，取β=70°-0.6α=64.6°，第四紀(jì)沖積層移動(dòng)角φ=45°。

根據(jù)《鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)》式4-5-27，邊界角β0=β-15°（1-0.01α）=50.95°。

3）評(píng)估距離確定

根據(jù)順利煤礦與線路走向關(guān)系，線位距離煤層邊界最近距離326m，礦區(qū)與線路最近點(diǎn)的標(biāo)高約為234m，根據(jù)礦方提供的二1煤層底板等高線及資源儲(chǔ)量圖可知，在最近點(diǎn)的煤層底板標(biāo)高為+40m，礦區(qū)采礦許可證開(kāi)采標(biāo)高55～-165m，因此擬開(kāi)采深度取234-55=179m。

（1）評(píng)估距離計(jì)算

根據(jù)所確定的參數(shù)，擬建鐵路段附近評(píng)估距離計(jì)算如下：

礦區(qū)上部第四系及第三系松散層厚度取45m，

松散層水平投影距：45/tgφ=45m;

礦區(qū)距離貫通方案最近處擬開(kāi)采深度取179m，基巖水平投影距：（179-45）/tgβ0=108m。

（2）礦區(qū)的評(píng)估距離

礦區(qū)的評(píng)估距離為：108（基巖水平投影距）+45（松散層水平投影距）+50（安全保護(hù)帶寬）=203m。

4 對(duì)擬建鐵路工程影響評(píng)價(jià)

根據(jù)三下采煤規(guī)程規(guī)定計(jì)算，雖然順利煤礦雖然冒落帶高度滿足規(guī)程規(guī)定，但是采深與采厚比不滿足三下采煤規(guī)程要求。

礦區(qū)煤層邊界擬開(kāi)采深度為179m，根據(jù)移動(dòng)邊界法計(jì)算可知礦區(qū)的評(píng)估距離為203m;擬建線路目前距離礦區(qū)煤層邊界最近距離為326m，滿足計(jì)算最小評(píng)估距離要求。

順利二礦、西黃道一礦與順利煤礦屬于同一地質(zhì)構(gòu)造單元中，大體上與順利煤礦相近，且三礦與線位的距離逐漸增大，且都大于經(jīng)驗(yàn)計(jì)算的評(píng)估距離，但根據(jù)三下采煤規(guī)程中規(guī)定的國(guó)家一級(jí)鐵路采深與采厚比的要求，采深與采厚比不滿足規(guī)程規(guī)定，存在一定的安全隱患，建議下一步進(jìn)行詳細(xì)的壓礦評(píng)估，且建議線路通過(guò)附近留設(shè)保留礦柱限制開(kāi)采，改進(jìn)或改變開(kāi)采的工藝或措施，或者降低線路行車速度，并建立長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，避免對(duì)鐵路施工、運(yùn)營(yíng)等造成影響。

5 礦區(qū)穩(wěn)定性分區(qū)

按照《鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程》（TB 10027-2012）的10.5.8條，采空區(qū)鐵路工程建設(shè)場(chǎng)地穩(wěn)定性分區(qū)對(duì)于現(xiàn)代采空區(qū)和未來(lái)采空區(qū)可分為可能塌陷區(qū)、可能變形區(qū)和基本穩(wěn)定區(qū)。

本次評(píng)估則根據(jù)移動(dòng)盆地的算法來(lái)對(duì)礦區(qū)的現(xiàn)代采空區(qū)以及未來(lái)采空區(qū)做定性的劃分。

根據(jù)《鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)》表4-5-8，移動(dòng)盆地邊界移動(dòng)角角度取值見(jiàn)下表：

其中α為煤層傾角。對(duì)應(yīng)的邊界角計(jì)算方法如下：

β0=β-15°（1-0.01α）

γ0=γ-15°

δ0=δ0-15°

對(duì)應(yīng)的分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)如下：根據(jù)移動(dòng)角所對(duì)應(yīng)的圈定邊界范圍初步判定為可能塌陷區(qū)，相應(yīng)的邊界角與移動(dòng)角所對(duì)應(yīng)的圈定范圍初步判定為可能變形區(qū)，可能變形區(qū)以外范圍初步判定為基本穩(wěn)定區(qū)。

順利煤礦與順利二礦、西黃道煤礦及金興煤礦等屬于同一地質(zhì)構(gòu)造單元中，大體上與順利煤礦相近，故判定以整體進(jìn)行穩(wěn)定性分區(qū)。

礦區(qū)范圍內(nèi)的走向約160～170°，傾向約230～245°，傾角約9～14°。根據(jù)礦區(qū)提供的煤層底板等高線及資源儲(chǔ)量圖可知，由南向北煤層埋深逐漸減少，相應(yīng)的頂板厚度也在減少，且某些礦區(qū)分區(qū)露天開(kāi)采。

礦區(qū)的分區(qū)移動(dòng)角、邊界角的取值根據(jù)上表以及上文中安全評(píng)估距離的計(jì)算中可得，礦區(qū)的上山移動(dòng)角為70°，下山移動(dòng)角為64.6°，對(duì)應(yīng)的上山的邊界角為55°，下山邊界角為50.95°。

對(duì)于整體礦區(qū)的下山部分，整體的礦區(qū)采深為220～-20，開(kāi)采煤層主要為二1煤層，地面標(biāo)高一般在230～270m，則相應(yīng)的擬開(kāi)采深度約為150～200m。根據(jù)上文計(jì)算評(píng)估距離的算法可以算出下山部分的移動(dòng)角邊界距離為140～170m，邊界角的邊界距離為180～220m。

對(duì)于上山部分，礦區(qū)的整體埋深較淺，且部分礦區(qū)的分區(qū)露天開(kāi)采，因此選擇擬開(kāi)采深度約為50～100m，根據(jù)上文計(jì)算評(píng)估距離的算法可以得出上山部分的移動(dòng)角邊界距離為95～115m，邊界角的邊界距離為100～135m。

綜合以上分析，線路在此區(qū)段位于基本穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，礦區(qū)開(kāi)采對(duì)線路影響較小。