某煤運鐵路工程延安地區(qū)工程地質(zhì)選線

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，天津　300251)

1　概述

某擬建煤運鐵路工程自靖邊經(jīng)過安塞、姚店，進(jìn)入宜川，主要經(jīng)過延安、延長、宜川煤礦區(qū)。該區(qū)域東漢時就發(fā)現(xiàn)有石油，用以燃燈照明，采掘煤炭不晚于宋代。1936年本區(qū)域即有官辦采油廠1個，煤窯4個，解放后又建成了很多國有大型煤礦和其他中小型煤礦，再加上一些私自開采的掏煤洞，因此擬建鐵路方案受煤礦采空區(qū)的影響很大。另外該區(qū)還存在大量的黃土滑坡、錯落、崩塌等不良地質(zhì)和其他特殊巖土問題。如何通過合理的調(diào)繪和勘察手段進(jìn)行工程地質(zhì)選線，是該段線路選線的重要環(huán)節(jié)。

2　區(qū)域工程地質(zhì)特征

2.1　地形地貌

延安地區(qū)位于陜北黃土高原中部，黃河中游，屬黃土高原丘陵區(qū)。地勢西北高東南低，平均海拔在1 200 m。北部的白于山海拔1 600～1 800 m，全區(qū)最大高差達(dá)到1 400 m。北部以黃土梁峁、溝壑為主，南部以黃土塬為主。

2.2　地層

該區(qū)位于陜甘寧盆地東南斜坡，沒有中生代以前的老地層出露。自中生代以來，沉積了一套巨厚的陸相地層。自東而西依次出露三疊系紙坊群、延長群，侏羅系延安組、直羅組、安定組，白堊系志丹群，以及廣泛覆蓋在它們之上的第三系上新統(tǒng)、第四系更新統(tǒng)(黃土)和全新統(tǒng)(沖積層)地層，新黃土具濕陷性。

2.3　地質(zhì)構(gòu)造

該區(qū)屬陜甘寧臺坳I1，又稱鄂爾多斯盆地，是一個經(jīng)歷多旋回構(gòu)造發(fā)展，最終形成的具有多次坳陷疊加的中生代盆地，構(gòu)造相對簡單，褶皺和斷裂不發(fā)育。在單斜構(gòu)造的背景下，沉積巖層發(fā)育表現(xiàn)為東老西新，東薄西厚的特點。區(qū)域局部發(fā)育一些小型背斜、褶曲褶曲都是由一些面積不大，幅度很小，展布不定的穹窿、鼻狀、短軸背斜組成。褶曲大都為北北東或北東向，少量近東西向，個別北西向。他們的兩翼往往不對稱，多數(shù)西翼及西北翼陡，東翼及東南翼緩。翼部傾角一般1°～3°，陡的達(dá)5°～7°。

2.4　水文地質(zhì)

地面河流較發(fā)育，地表水流均屬于黃河水系，主要支流有洛河、延河、清澗河(在上游子長境內(nèi)稱秀延河)、汾川河、仕望河。地下水分為第四系全新統(tǒng)沖、洪積層孔隙弱富水含水層，第四系中上更新統(tǒng)黃土孔隙極弱富水含水層，新近系上新統(tǒng)靜樂組紅土隔水層，侏羅系下統(tǒng)延安組砂巖含水層，三疊系上統(tǒng)瓦窯堡組中部裂隙承壓含水層等五個含、隔水層。

3　影響線路方案的主要因素

3.1　煤礦采空區(qū)

延安地區(qū)煤礦具有多期多層多種方法開采的特點，勘探難度較大。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，確定了通過收集資料、現(xiàn)場調(diào)查后，對重要段落進(jìn)行物探、鉆探驗證，再對沿線煤礦及小煤窯采空情況進(jìn)行綜合分析研究的工作方法。

三疊系煤田主要分布在本區(qū)北部和中東部，煤層賦存于三疊系延長群瓦窯堡組。中心區(qū)(子長礦區(qū))已探明地質(zhì)儲量8.02億t，預(yù)測儲量達(dá)21.28億t。延長、安塞、甘泉、富縣、黃龍等縣分布的煤層厚度在1 m以下，俗稱尺八煤，探明儲量0.31億t，預(yù)測儲量44.36億t。三疊系延長群瓦窯堡組煤系地層一般出露于兩個地帶，其一子長至延川，呈西北至東南向伸展，其二自延安向北伸展，兩個地帶呈人字形交叉與子長以北地區(qū)。以子長為中心，延川和延安北部貫屯一帶為聚集中心區(qū)，含煤層數(shù)多，且厚度較大，向北、向東、向南，煤層皆變薄，且穩(wěn)定性也差。延安地區(qū)共含煤8～15層，普遍含8層，為1-6號及5-1、5-2號煤，其中3、4、6三個煤層最好，厚度和結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定。3號煤分布于青化砭以南的白坪、丈子溝清水溝一帶。4號煤主要分布在李渠、川口，從朱家溝到川口的馬四川溝的延河南岸較穩(wěn)定。6號煤分布在上部，由于后期剝蝕作用，在蟠龍瓷窯溝以南被剝蝕，僅存于北部。以上3個煤層為區(qū)內(nèi)主要產(chǎn)煤煤層，其余煤層均薄且不穩(wěn)定，僅局部開采。

延安地區(qū)的礦井及煤窯開拓采用豎井、斜井、平峒和露天開拓等形式。解放前開采的多為沿露頭平峒開挖，或用小斜井人力背，或者采用豎井，利用轱轆提絞出煤。20世紀(jì)60年代開采的煤窯主要采用平峒和豎井兩種，在埋藏淺、露頭發(fā)育的地方多采用平峒開采，如牛武、小寺莊、石馬科、清水溝等礦井，不適合采用平峒的則采用豎井；20世紀(jì)70年代開始利用斜井開采，如子長南家咀、欒家坪和車村、貫屯、黃陵南川一號等上規(guī)模的礦井。20世紀(jì)80、90年代絕大多數(shù)大礦都采用斜井開采，只有少數(shù)采用豎井；小礦及小煤窯則多采用豎井。

該區(qū)域采空區(qū)可分為兩類，一類是合法開采的大型煤礦，大部分目前仍在開采，線路附近主要煤礦有延長縣石馬科煤礦整合區(qū)、寶塔區(qū)建設(shè)煤礦整合區(qū)、寶塔區(qū)條則溝煤礦整合區(qū)、寶塔區(qū)青化砭鎮(zhèn)后丈子溝煤礦整合區(qū)、寶塔區(qū)青化砭鎮(zhèn)后林坪煤礦整合區(qū)、寶塔區(qū)四咀煤礦整合區(qū)、延安貫屯煤礦，多采用斜井方式開采。大型煤礦均有較為準(zhǔn)確的資料，能基本確定采空區(qū)位置范圍。蟠龍鎮(zhèn)取直方案斜切石馬科煤礦、林坪煤礦、四咀煤礦及貫屯煤礦一角。青化砭方案對上序煤礦全部予以繞行。

另一類是各個時期私采亂挖的掏煤洞、小煤窯，無采礦權(quán)及任何資料，多采用平峒及豎井方式開采。這類采空現(xiàn)在基本都已廢棄，多數(shù)地表已經(jīng)沒有痕跡，只能通過現(xiàn)場調(diào)查走訪了解大概情況。野外大面積排查了約120 km2，涉及121個村161個點，在物探成果的基礎(chǔ)上，布置了部分鉆探驗證工作，初步查明沿線小煤窯主要分布在姚店、青化砭、蟠龍3鎮(zhèn)，元龍寺鄉(xiāng)有少量小煤窯及掏煤洞點。線路兩側(cè)約有67個小煤窯、掏煤洞點。蟠龍鎮(zhèn)方案在賀家溝、東趙家溝、七郎廟村穿越部分小煤窯。青化砭方案在梁村一帶部分小煤窯。所穿越的小煤窯采空深度均不大，一般埋深小于15 m，可注漿處理。

3.2　黃土滑坡等其他不良地質(zhì)因素

鐵路走行于黃土高原區(qū)，發(fā)育淺層黃土滑坡、崩塌，多為中小型滑坡，延安寶塔區(qū),子洲縣，子長縣分布小—中型滑坡群、小滑坡群。在降雨、人工開挖情況下，易形成崩塌、錯落、滑坡等不良地質(zhì)，分布無明顯規(guī)律，且一般屬規(guī)模不大的淺表型。在暴雨作用下，沖溝和河谷中易發(fā)生稀性泥流。

3.3　其他控制因素

沿線分布延長、長慶的油氣井和輸送管道，對線路干擾較大。結(jié)合航飛，調(diào)繪油氣井位置，現(xiàn)場搜集資料，現(xiàn)場調(diào)查落實油氣井位置，根據(jù)《鐵路工程設(shè)計防火規(guī)范》的要求，線路應(yīng)以滿足防火安全距離通過。

4　線路方案研究

4.1　線路方案情況

該鐵路線路走向除受采空、滑坡等不良地質(zhì)控制外，還受油氣井田、站位選擇、橋隧比等制約因素控制。采空區(qū)段落選線一般對處理難度大的或者采空非常集中的，應(yīng)以一定安全距離繞避，受其他因素控制必須穿越的，應(yīng)該盡量避免以橋隧的形式通過。小型采空則可采取淺挖深注的方法進(jìn)行處理。在大的線路走行控制下，該段線路主要有繞避大型采空區(qū)青化砭方案及局部取直穿越大型采空區(qū)蟠龍鎮(zhèn)方案，兩個方案線位走向及比選情況如圖1所示。

4.2　地質(zhì)選線意見

地質(zhì)選線意見如表1所示。

圖1　延安礦區(qū)方案比選示意

表1　線路方案比選情況

兩個方各有優(yōu)缺點，相比之下青化砭方案雖然展線長度較蟠龍鎮(zhèn)方案略有增長，但是繞避了石馬科煤礦整合區(qū)、林坪煤礦及貫屯煤礦等大型煤礦，降低了運營風(fēng)險及大型采空區(qū)的處理和壓礦補(bǔ)償費用。

5　結(jié)論與建議

煤礦采空區(qū)對線路方案的影響很大，在在本項目的可研階段，采用調(diào)繪和綜合勘察手段查明了擬建鐵路附近的采空、滑坡等不良地質(zhì)問題，對于大型采空及滑坡，應(yīng)予以繞避。

延安地區(qū)的小煤窯及掏煤洞分布范圍廣，其采空埋深較淺，處理難度小，費用低，對于無法繞避的掏煤洞采空區(qū)建議采用相對簡單、易于修復(fù)的工程通過。

[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，1999

[2]TB10012—2007鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S]

[3]TB10027—2001鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程[S]

[4]TB10038—2012鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程[S]

[5]延安市煤炭工業(yè)局.延安煤炭志[R].延安：延安市煤炭工業(yè)局，2001

[6]鐵三院.延安地區(qū)采空區(qū)調(diào)查報告[R].天津：鐵三院，2012

[7]工程地質(zhì)手冊編寫委員會.工程地質(zhì)手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004

[8]GB50090—2006鐵路線路設(shè)計規(guī)范[S]