供水管線工程地質(zhì)環(huán)境影響及其防護(hù)措施

□楊序烈（貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院）

為了滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種長(zhǎng)距離的引、調(diào)水工程相繼施工上馬，因線路長(zhǎng)，不可避免的遭遇各種地質(zhì)問(wèn)題，其中地下煤礦采空的覆巖變形穩(wěn)定是比較常見的地質(zhì)問(wèn)題。為了確保供水管線的穩(wěn)定性與運(yùn)營(yíng)時(shí)的安全暢通,必須采取措施慎重處理采空區(qū)引起的一系列病害。鑒于水利工程的特殊性及煤礦采空區(qū)的復(fù)雜性，一般采取避讓的措施，如不能合理避讓，有必要對(duì)煤礦實(shí)施禁采措施。根據(jù)六枝特區(qū)舊院水庫(kù)供水管線6+952～供8+452段穿越川黔友誼煤礦礦區(qū)西南部情況，初步分析煤礦開采形成的地表變形對(duì)供水管線的影響，并據(jù)此提出合理的防護(hù)措施。

1.概況

六枝特區(qū)舊院水庫(kù)為中等規(guī)模供水工程，其灌區(qū)位于六枝特區(qū)新場(chǎng)鄉(xiāng)和巖腳鎮(zhèn)，灌溉輸水管材采用Φ700預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管，設(shè)計(jì)流量為2.617 m3/s，在預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管相鄰兩鎮(zhèn)墩之間每間隔5m設(shè)置一個(gè)支墩，支墩采用鞍式混凝土結(jié)構(gòu)。根據(jù)六枝舊院水庫(kù)供水管線平面布置圖，供水管線供6+952～供8+452段從川黔友誼礦區(qū)西南部附近穿過(guò)，穿越礦界范圍長(zhǎng)約743m。

供水管線穿越礦區(qū)段海拔在1290～1480m之間，地形起伏較大，為侵（剝）蝕中山地貌。受地層巖性及構(gòu)造影響，山脊與溝谷發(fā)育，地形復(fù)雜，起伏差大，地形坡度30°～65°。

礦區(qū)含煤地層為晚二疊世龍?zhí)督M（P31），為一套典型的海陸交互相碎屑巖含煤沉積，主要由灰、灰黃色細(xì)砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥巖組成，含煤層（線），含煤30～36層，一般35層，總厚27m左右，含煤系數(shù)6.7%。其中可采煤層9層,即M 2、M 3、M 7、M 18、M 19、M 20、M 21、M 29、M 30 號(hào),可采煤層總厚度 11.46m左右，煤層厚度變化不大。

川黔友誼煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力30萬(wàn)t/年，主采煤層M 2、M 3、M 7、M 18、M 19、M 20、M 21、M 29、M 30, 設(shè)計(jì)采用走向長(zhǎng)壁后退式采煤方法，目前已開采至+1226m高程，煤礦現(xiàn)狀開采形成的地表變形范圍未達(dá)供水管線保護(hù)范圍內(nèi)。

2.地下變形的計(jì)算

煤礦礦山開采塌陷工程的研究方法主要包括：地質(zhì)研究方法、室內(nèi)巖塊的物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究、力學(xué)分析、物理模擬分析法、過(guò)程辨識(shí)法、綜合分析法等。目前，實(shí)用性比較好的地表沉陷規(guī)律的研究方法大致可分為影響函數(shù)法、連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法、數(shù)值模擬和物理模擬法等。影響函數(shù)法中應(yīng)用比較廣的是概率積分法，概率積分法是以正態(tài)分布函數(shù)為影響函數(shù)用積分式表示地表下沉盆地的方法，適用于常規(guī)的地表移動(dòng)與變形計(jì)算。根據(jù)原國(guó)家煤炭工業(yè)局制定的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》就給出了地表移動(dòng)與變形值的預(yù)計(jì)及參數(shù)求取方法的概率積分法的具體計(jì)算公式。

傾斜：

式中：

x，y-計(jì)算點(diǎn)相對(duì)坐標(biāo)，m；

D-開采煤層區(qū)域；

t gβ- 主要影響角正切，t gβ=（D-0.0032H）（1-0.0038α）

D-巖性影響系數(shù)，按中硬巖夾軟質(zhì)類取2.7；

H-采深；

α-煤層傾角；取3°

3.開采塌陷盆地?cái)嗝娴挠?jì)算分析

根據(jù)以上參數(shù)和公式編制程序計(jì)算，計(jì)算剖面選用具有代表性的剖面，見下圖1。

圖1 計(jì)算剖面圖

根據(jù)以上參數(shù)和公式編制程序；

計(jì)算結(jié)果，見圖2、圖3。

圖2 地表傾斜曲線圖

圖3 地表下沉曲線圖

從圖2、圖3所示，地表沉陷在多煤層的聯(lián)合開采條件下，表現(xiàn)出明顯的不規(guī)律性，最大下沉盆地位于礦界范圍中部，最大下沉深度達(dá)0.9m左右；傾斜曲線圖顯示急傾斜煤層群開采沉陷盆地傾向斷面地表曲率曲線圖與單一煤層開采沉陷地表曲率變化比較有顯著的不同，在多煤層的聯(lián)合開采條件下，地表曲率變化劇烈，震蕩幅度加大，頻次增多，呈波浪狀發(fā)展，表明了開采沉陷盆地內(nèi)部的起伏變化快、多，呈明顯的不規(guī)律性，最大和最小水平變形在±30m m/m左右，遠(yuǎn)大于管線允許傾斜i=±5m m/m臨界變形值。

4.防護(hù)措施

六枝舊院水庫(kù)供水管線(供6+952～供8+452段)從擬建的煤礦礦界范圍內(nèi)南西側(cè)通過(guò)，若開采該范圍內(nèi)的煤礦，必然引發(fā)地表變形、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，嚴(yán)重影響六枝舊院水庫(kù)供水管線的安全運(yùn)行。為充分保證六枝舊院水庫(kù)供水管線的運(yùn)行安全，需對(duì)川黔友誼煤礦靠近供水管線位置設(shè)置一定范圍的禁采區(qū)，使采煤活動(dòng)形成的地表變形范圍退至供水管線維護(hù)帶保護(hù)范圍以外。

[1]趙旻 蔡耀軍 郭偉等，南水北調(diào)中線焦作煤礦采空區(qū)地表變形特征

[2]呂遠(yuǎn)強(qiáng) 欒長(zhǎng)青，煤礦采空區(qū)上覆巖（土）層變形特征分析