大型運(yùn)煤鐵路壓覆多礦區(qū)煤炭資源評(píng)估分析

計(jì)江超

(西安源豐誠(chéng)工程咨詢有限公司，陜西 西安 710100)

0 引言

為有效保護(hù)和合理利用礦產(chǎn)資源，根據(jù)《中華人民共和國(guó)礦產(chǎn)資源法》第33條“ 在建設(shè)鐵路、工廠、水庫(kù)、輸油管道、輸電線路和大型建筑物或建筑群之前，建設(shè)單位必須到所在省、自治區(qū)、直轄市地質(zhì)礦產(chǎn)部門(mén)了解擬建工程所在地的礦產(chǎn)資源分布和開(kāi)采情況。按原國(guó)土資源部《關(guān)于進(jìn)一步做好建設(shè)項(xiàng)目壓覆重要礦產(chǎn)資源審批管理工作的通知》(國(guó)土資發(fā)〔2010〕137 號(hào))相關(guān)要求，為保證建設(shè)項(xiàng)目順利實(shí)施，需要對(duì)建設(shè)項(xiàng)目壓覆工程區(qū)礦產(chǎn)資源狀況進(jìn)行評(píng)估。

靖神鐵路是陜西省“十三五”規(guī)劃交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目；是榆林市境內(nèi)連接靖邊與神木的國(guó)鐵Ⅰ級(jí)電氣化鐵路，是中國(guó)“北煤南運(yùn)”戰(zhàn)略運(yùn)輸通道的組成部分，主要服務(wù)于神府、榆神、榆橫三大礦區(qū)和神府、榆神兩大工業(yè)園區(qū)。靖神鐵路貫穿榆林能源化工基地，鐵路設(shè)計(jì)宗旨為解決榆橫礦區(qū)和榆神礦區(qū)的煤炭外運(yùn)難題，由于該區(qū)煤炭資源豐富，煤炭資源分布范圍廣泛，靖神鐵路的建設(shè)必然會(huì)壓覆大量煤炭資源。筆者自參加工作以來(lái)，一直致力于陜西省境內(nèi)各類(lèi)建設(shè)項(xiàng)目的壓覆礦產(chǎn)資源評(píng)估工作，并主持完成了靖神鐵路初次及調(diào)整后的壓覆礦產(chǎn)評(píng)估報(bào)告的編寫(xiě)，積累了豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。本文以靖邊至神木集運(yùn)鐵路工程壓覆礦產(chǎn)資源為例，對(duì)連接多個(gè)礦區(qū)的運(yùn)煤鐵路專線壓覆其沿線多個(gè)礦區(qū)壓覆礦產(chǎn)評(píng)估工作的方法及難點(diǎn)進(jìn)行研究與分析。

1 建設(shè)項(xiàng)目及所在區(qū)概況

1.1 建設(shè)項(xiàng)目概況

靖邊至神木集運(yùn)鐵路工程作為榆神礦區(qū)和榆橫礦區(qū)的公共煤炭運(yùn)輸通道，通過(guò)本線可以將煤炭資源直接運(yùn)往榆橫工業(yè)園區(qū)和靖邊能源化工綜合利用產(chǎn)業(yè)園，形成一條內(nèi)部煤炭運(yùn)輸通道，同時(shí)可經(jīng)本線運(yùn)至蒙西至華中鐵路集運(yùn)，從而形成一條對(duì)內(nèi)對(duì)外貨物交流的運(yùn)輸通道，在地區(qū)路網(wǎng)上起著連接了包西、蒙西至華中通道與太中銀三大鐵路干線的重要煤炭運(yùn)輸作用。鐵路工程采用國(guó)鐵Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，項(xiàng)目全部位于陜西省榆林市境內(nèi)，北起神木市錦界鎮(zhèn)紅檸鐵路新設(shè)活力害兔線路所，經(jīng)榆陽(yáng)區(qū)、橫山縣，穿越榆神礦區(qū)、榆橫礦區(qū)，南端終于靖邊縣蒙華鐵路靖邊北站，正線鐵路長(zhǎng)度243.958 km。該工程還建設(shè)有小紀(jì)汗北至紅石橋和孟家灣至紅石峽2條聯(lián)絡(luò)線共計(jì)79.817 km，全線新設(shè)及改建車(chē)站18個(gè)，線路所5個(gè)。

1.2 項(xiàng)目所在區(qū)概況

項(xiàng)目沿線均位于毛烏素沙漠東南塬與黃土高原的接壤帶，地勢(shì)由西北向東南傾斜，海拔范圍在1 006～1 350 m間，其區(qū)域地貌為黃土梁峁溝壑和沙漠草灘及河谷區(qū)。全線主要跨越的河流有禿尾河、榆溪河、三道河、白河、無(wú)定河、蘆河等，各河流受季節(jié)影響很大，常年有水，侵蝕力強(qiáng)。項(xiàng)目區(qū)主要交通干線有包西鐵路、蒙華鐵路、太中銀鐵路、榆橫煤化工鐵路、包茂高速、青銀高速、榆神高速、210國(guó)道、204省道等，交通條件便利。

項(xiàng)目區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置處于鄂爾多斯盆地中部次級(jí)構(gòu)造單元陜北斜坡之上，為一單斜構(gòu)造，巖層向北西微傾，傾角1°左右，局部發(fā)育有寬緩的波狀起伏及鼻狀隆起等次級(jí)構(gòu)造，未發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大的褶皺、斷裂，亦無(wú)巖漿活動(dòng)痕跡。區(qū)內(nèi)地層由老至新為三疊系上統(tǒng)瓦窯堡組(T3w)、侏羅系下統(tǒng)富縣組(J1f)、侏羅系中統(tǒng)延安組(J2y)、侏羅系中統(tǒng)直羅組(J2z)、侏羅系中統(tǒng)安定組(J2a)、白堊系洛河組(K1l)及第四系黃土。項(xiàng)目區(qū)下部含水層主要為沖積砂礫石層孔隙潛水、沖湖積粉細(xì)砂層孔隙潛水、風(fēng)積黃土裂隙孔隙潛水和碎屑巖類(lèi)裂隙潛水。沿線地層按其工程地質(zhì)性質(zhì)分為堅(jiān)硬厚層-塊狀碎屑巖類(lèi)、軟硬相間互層狀含煤碎屑巖類(lèi)和半堅(jiān)硬厚層-塊狀碎屑巖類(lèi)及各類(lèi)土體。

2 壓覆礦產(chǎn)資源情況

2.1 項(xiàng)目沿線礦區(qū)分布情況

蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運(yùn)通道集疏運(yùn)系統(tǒng)靖邊至神木集運(yùn)鐵路工程建設(shè)旨在解決榆橫礦區(qū)和榆神礦區(qū)的煤炭外運(yùn)難題，鐵路主線及支線全部穿行于陜北侏羅紀(jì)煤田榆神礦區(qū)和榆橫礦區(qū)范圍內(nèi)，鐵路沿線下部基本全部都有已探明煤炭資源儲(chǔ)量分布，將不可避免地壓覆大量煤炭資源。為降低煤炭資源的浪費(fèi)和對(duì)礦山開(kāi)采規(guī)劃影響，鐵路在選線階段即對(duì)項(xiàng)目區(qū)礦權(quán)分布進(jìn)行了初步調(diào)查，鐵路大部分地段均沿各礦區(qū)邊界走線，并對(duì)各煤礦采空區(qū)范圍進(jìn)行了避讓，對(duì)已設(shè)的煤礦礦區(qū)開(kāi)采影響較小。由于該鐵路為運(yùn)煤鐵路專線，線路的建設(shè)實(shí)施也有助于各礦區(qū)煤炭外運(yùn)，該項(xiàng)目的建設(shè)取得了大部分礦業(yè)權(quán)人的支持，并最終與各個(gè)礦業(yè)權(quán)人簽署了同意項(xiàng)目建設(shè)并壓覆其礦產(chǎn)資源的協(xié)議。

項(xiàng)目評(píng)估工作首先根據(jù)項(xiàng)目坐標(biāo)在主管部門(mén)查詢上表礦區(qū)及礦業(yè)權(quán)分布情況，然后有針對(duì)性地收集各礦區(qū)及礦業(yè)權(quán)最近一次備案報(bào)告、礦業(yè)權(quán)信息以及礦山建設(shè)開(kāi)采現(xiàn)狀等資料，并在收集整理過(guò)程中及時(shí)查漏補(bǔ)缺。最終根據(jù)鐵路用地范圍及整理轉(zhuǎn)換后的沿線各礦區(qū)2 000國(guó)家大地坐標(biāo)系投影疊加后確定了鐵路自北向南涉及共計(jì)35個(gè)煤礦上表礦區(qū)、11個(gè)煤礦采礦權(quán)和11個(gè)煤礦探礦權(quán)。由于所涉及礦區(qū)較多，為便于報(bào)告敘述及相應(yīng)圖件制作，評(píng)估工作對(duì)這些上表礦區(qū)和礦業(yè)權(quán)均進(jìn)行了簡(jiǎn)單編號(hào)區(qū)分。

2.2 項(xiàng)目沿線礦產(chǎn)資源分布情況

靖神鐵路沿線涉及礦區(qū)較多，評(píng)估工作前后共收集整理了42份地質(zhì)勘查報(bào)告及26份壓覆礦產(chǎn)評(píng)估報(bào)告。壓覆地質(zhì)資料前后時(shí)間跨度大，坐標(biāo)系統(tǒng)，煤層編號(hào)系統(tǒng)各不相同。評(píng)估工作首先以榆神和榆橫兩大礦區(qū)為界將壓覆區(qū)分為南北2部分，然后根據(jù)原有地質(zhì)報(bào)告、煤系地層劃分及臨近鉆孔數(shù)據(jù)對(duì)不同礦區(qū)各個(gè)煤層進(jìn)行對(duì)比后重新統(tǒng)一編號(hào)，同時(shí)對(duì)與鐵路存在重疊壓覆的各壓覆評(píng)估報(bào)告中的壓覆煤層進(jìn)行了對(duì)比分析。對(duì)比后判定鐵路北部在榆神礦區(qū)涉及延安組1-1、1-2、2-2上、2-2、2-2中、2-2下、3-1、4-2、4-3、4-4、5-1、5-1下、5-2上、5-2、5-2下、5-4和富縣組f1共17層煤，南部在榆橫礦區(qū)涉及2、2下、3上、3、4-1、4-2、5上、5、5下、6、7、8、9和10號(hào)共14層煤。煤層編號(hào)對(duì)照見(jiàn)表1、表2。

表1 靖神鐵路北段榆神礦區(qū)煤層編號(hào)對(duì)照

表2 靖神鐵路南榆橫礦區(qū)煤層編號(hào)對(duì)照

評(píng)估報(bào)告在確定了鐵路沿線煤層分布情況后首先將所收集到的勘查報(bào)告及壓覆報(bào)告涉及到的各個(gè)煤層估算圖統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為2000國(guó)家大地坐標(biāo)系下111°投影帶圖件，然后根據(jù)礦區(qū)范圍拼接組合各個(gè)煤層分布圖及估算圖，在整理過(guò)程中對(duì)可采區(qū)距離鐵路項(xiàng)目較遠(yuǎn)的北部2-2上和南部5下及10號(hào)煤層予以剔除，最后根據(jù)原始地質(zhì)資料分析整理鐵路壓覆區(qū)內(nèi)各煤層賦存參數(shù)。該項(xiàng)目所壓覆各個(gè)煤層厚度在0.80～12.36 m之間，埋深80～780 m。榆神礦區(qū)各煤層主要為為特低灰、特低硫、低磷、特高熱值、富油的不粘煤31號(hào)(BN31)和長(zhǎng)焰煤41號(hào)(CY41)，榆橫礦區(qū)各煤層主要為特低低灰、特低中高硫、特低中磷、高特高熱值、較低中等軟化溫度灰的的長(zhǎng)焰煤。通過(guò)對(duì)地質(zhì)勘查資料的整理、調(diào)查分析，為項(xiàng)目建設(shè)提供了地質(zhì)依據(jù)。

3 保護(hù)煤柱留設(shè)

3.1 確定壓覆對(duì)象

靖神鐵路壓覆煤層范圍廣，涉及礦區(qū)及礦業(yè)權(quán)數(shù)量較大，壓覆區(qū)煤層數(shù)量較多。為相對(duì)準(zhǔn)確合理的確定鐵路對(duì)各個(gè)礦區(qū)及各個(gè)煤層的壓覆情況，項(xiàng)目評(píng)估工作首先根據(jù)鐵路走徑及沿線礦區(qū)及礦業(yè)權(quán)分布情況將鐵路壓覆區(qū)自北向南劃分為24個(gè)區(qū)段，然后分區(qū)段開(kāi)展對(duì)壓覆對(duì)象和保護(hù)煤柱寬度的計(jì)算工作。

考慮到鐵路沿線煤炭勘查工作程度較高，沿線各礦區(qū)內(nèi)鉆孔分布較為均勻，評(píng)估工作在鐵路兩側(cè)各礦區(qū)內(nèi)無(wú)差別選取了臨近的約250個(gè)鉆孔，然后根據(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)范》(后文簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)確定其鐵路保護(hù)等級(jí)為Ⅰ級(jí)，并根據(jù)各區(qū)段內(nèi)鉆孔數(shù)據(jù)計(jì)算確定鐵路各區(qū)段所壓覆的共計(jì)28個(gè)煤層采深采厚比區(qū)間值，對(duì)于采深采厚比區(qū)間值全部滿足可用全部垮落法試采的部分區(qū)段煤層不予留設(shè)保護(hù)煤柱，對(duì)其余不滿足全部垮落法試采的煤層留設(shè)保護(hù)煤柱并計(jì)算壓覆資源量，通過(guò)計(jì)算后共計(jì)對(duì)鐵路所壓覆北段1-1、1-2、2-2、3-1、4-2、4-3、5-1、5-2煤層和南段2、3上、3共11個(gè)可采煤層留設(shè)了保護(hù)煤柱。

3.2 確定保護(hù)煤柱范圍

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)煤層產(chǎn)狀平緩，煤層傾角一般在1°左右，可不考慮煤層傾角對(duì)保護(hù)煤柱的影響。其保護(hù)煤柱根據(jù)《規(guī)范》采用垂直剖面法選用移動(dòng)角留設(shè)。由于本區(qū)各煤層上覆松散層為沙層和土層，屬軟弱巖類(lèi)，上覆基巖為中細(xì)粒砂巖、粉砂巖及泥巖，工程性能屬中硬巖類(lèi)。評(píng)估工作以建設(shè)單位給定鐵路路基橋梁及隧道外輪廓范圍外推Ⅰ級(jí)保護(hù)對(duì)象的15 m圍護(hù)帶范圍，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)采指南》中鐵路所在榆神榆橫礦區(qū)多個(gè)煤礦移動(dòng)角數(shù)據(jù)加權(quán)平均后選用松散層移動(dòng)角φ=45°，基巖移動(dòng)角δ=70°外推留設(shè)保護(hù)煤柱。鐵路各區(qū)段壓覆各煤層的平均地面標(biāo)高、松散層厚度及煤層底板標(biāo)高、基巖厚度及埋深等數(shù)據(jù)均根據(jù)統(tǒng)計(jì)的各區(qū)段內(nèi)臨近鉆孔數(shù)據(jù)分析計(jì)算確定。最終根據(jù)計(jì)算確定鐵路壓覆各煤層保護(hù)寬度為其工程用地外輪廓外推84～268 m，再根據(jù)各已備案報(bào)告估算圖及制作形成的壓覆各煤層估算圖上外推保護(hù)煤柱寬度，扣除煤層不可采范圍、采空區(qū)及已核實(shí)備案的建設(shè)項(xiàng)目壓覆區(qū)后確定了本次鐵路所壓覆各煤層保護(hù)煤柱范圍。在軟件中投影疊加取最大外邊界后進(jìn)一步確定資源量估算范圍，如圖1、2所示。

圖1 靖神鐵路壓覆榆神礦區(qū)保護(hù)范圍剖面Fig.1 Sectional view of the protection area of the Yushen mining area covered by Jingshen Railway

圖2 靖神鐵路壓覆榆橫礦區(qū)保護(hù)范圍剖面Fig.2 Sectional view of the protection area of the Yuheng mining area covered by Jingshen Railway

3.3 估算壓覆資源量

壓覆資源量估算采用分割法在工程壓覆區(qū)所屬報(bào)告相應(yīng)煤層底板等高線及資源量估算圖上進(jìn)行分割估算。煤層視密度、煤層厚度均與已批準(zhǔn)原報(bào)告相應(yīng)區(qū)塊參數(shù)一致。塊段面積采用計(jì)算機(jī)在各煤層底板等高線及資源儲(chǔ)量估算圖上直接讀取。因壓覆礦區(qū)塊段數(shù)量過(guò)多，塊段編號(hào)采用其所屬礦區(qū)/礦權(quán)編號(hào)加該礦區(qū)內(nèi)塊段序號(hào)的編號(hào)方式進(jìn)行編排統(tǒng)計(jì)，塊段資源量類(lèi)型也根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行了轉(zhuǎn)換。靖神鐵路壓覆煤炭資源范圍示意圖，如圖3所示。

圖3 靖神鐵路壓覆煤炭資源范圍示意Fig.3 Schematic representation of the scope of coal resources covered by Jingshen Railway

經(jīng)估算，蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運(yùn)通道集疏運(yùn)系統(tǒng)靖邊至神木集運(yùn)鐵路工程共壓覆煤炭資源儲(chǔ)量總量共計(jì)68 610萬(wàn)t，所壓覆資源量分屬于25個(gè)勘查礦區(qū)(含7個(gè)探礦權(quán))和11個(gè)采礦權(quán)中。集運(yùn)鐵路工程壓覆煤炭資源量較多，但大部分地段位于采礦權(quán)及規(guī)劃礦區(qū)范圍的邊部，而且鐵路的建設(shè)有效的溝通了鐵路沿線已有礦山及規(guī)劃礦區(qū)，有效解決了礦區(qū)煤炭外運(yùn)的難題，最終從壓覆礦產(chǎn)角度評(píng)價(jià)該鐵路可行。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)壓覆評(píng)估報(bào)告的編制，為建設(shè)項(xiàng)目計(jì)算確定了保護(hù)煤柱范圍，為保護(hù)建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)運(yùn)行安全、被壓覆礦業(yè)權(quán)開(kāi)采規(guī)劃、主管部門(mén)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量登記以及建設(shè)項(xiàng)目壓覆礦產(chǎn)資源申報(bào)提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)。通過(guò)對(duì)以往地質(zhì)勘查資料的分析整理、綜合研究，以《構(gòu)筑物、水體、鐵路及主要巷道留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)范》為依據(jù)，對(duì)蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運(yùn)通道集疏運(yùn)系統(tǒng)靖邊至神木集運(yùn)鐵路工程壓覆重要礦產(chǎn)資源進(jìn)行了核實(shí)，確定了項(xiàng)目沿線礦區(qū)及礦業(yè)權(quán)分布情況，在整理了區(qū)內(nèi)以往地質(zhì)勘查報(bào)告后確定了項(xiàng)目下部涉及壓覆煤層，并根據(jù)《規(guī)范》計(jì)算鐵路各區(qū)段壓覆煤層采深采厚比后確定確定了壓覆保護(hù)對(duì)象并分段計(jì)算留設(shè)了保護(hù)煤柱?？鄢褌浒附ㄔO(shè)項(xiàng)目壓覆范圍后計(jì)算確定工程新增壓覆煤炭資源量68 610萬(wàn)t。

(2)工程所涉及礦業(yè)權(quán)及以往勘查成果較多，除收集各礦區(qū)及礦業(yè)權(quán)地質(zhì)信息資料、對(duì)多個(gè)礦區(qū)資料進(jìn)行整合對(duì)比分析等難點(diǎn)之外，工作的重點(diǎn)及難點(diǎn)在于摸清沿線數(shù)十個(gè)礦區(qū)以往勘查成果并從中合理整理篩選統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，項(xiàng)目整體評(píng)估工作量巨大，前后收集整理涉及礦區(qū)及礦業(yè)權(quán)信息57個(gè)、整理地質(zhì)勘查資料68份、分析統(tǒng)計(jì)鉆孔約250個(gè)、整理鉆孔勘查成果數(shù)據(jù)7 000多個(gè)，整理并讀取轉(zhuǎn)換各類(lèi)坐標(biāo)點(diǎn)28 000多個(gè)。評(píng)估工作對(duì)技術(shù)人員的技術(shù)水平以及工作精確細(xì)致程度均有較高要求，其靈活利用各類(lèi)辦公軟件、科學(xué)并準(zhǔn)確計(jì)算統(tǒng)計(jì)分析各類(lèi)數(shù)據(jù)以確保評(píng)估工作的準(zhǔn)確與可靠性是極具挑戰(zhàn)性的。