開采煤炭對豐城工業園區的影響分析

摘要：豐城工業園擬建區壓覆豐城礦務局尚莊煤礦、塢社里深部勘查區、江西豐龍礦業有限責任公司井田的煤炭資源各類儲量共計1964.66萬噸。本文通過對擬建區地層及地質條件的分析、壓覆煤層開采引起地表移動變形計算、壓覆煤層開采引起地表移動變形計算，就此得知在壓煤區內實現建（構）筑物下全煤層無煤柱開采是可行的，采后地面建（構）筑物的使用是安全的。

關鍵詞：煤炭開采;分析與計算;開采影響

一、概述

豐城工業園區占地范圍較大，北部處于豐城礦務局尚莊煤礦、塢社里深部勘查區范圍內，南部為江西豐龍礦業有限責任公司井田范圍。豐城工業園區壓覆豐城礦務局尚莊煤礦B4煤層共84.65萬t;壓覆塢社里深部井田B4煤層39.70萬t、C23煤層146.15萬t;壓覆江西豐龍礦業有限責任公司豐龍礦井B4煤層333類儲量776.27萬t，石上井田深部（-1300m）遠景資源量957.59萬t。豐城工業園區所壓覆的煤炭資源量占尚莊煤礦保有資源量的4.4%，占江西豐龍礦業有限責任公司保有儲量的8.6%。因此，豐城工業園區所壓覆的礦產資源量巨大，必須研究壓覆煤層開采對地表建（構）筑物的影響，以此避免建筑物遭受較大開采損害。

二、擬建區地層及地質條件

1、地層

豐城工業園區擬建區內出露的地層有：第四系、第三系始新統臨江組（F2l）、侏羅系下統門口山組（J1m）砂巖、三疊系下統大冶組灰巖（T1d）、二疊系上統長興組灰巖（P2c）、二疊系上統龍潭組砂巖（P2l）、二疊系下統茅口組灰巖（P1m）。現由新到老敘述如下。

根據各地層的巖性組合特征、巖石力學測試結果，可將各地層劃分為松散巖組、半堅硬巖組、半堅硬與軟質巖組互層、堅硬巖組。其中堅硬巖組為三疊系下統大冶組灰巖、二疊系上統長興組灰巖和二疊系上統龍潭組砂巖。擬建區地層堅硬巖層厚度較大，綜合分析，本區域地層條件為中等偏硬地層條件。

2、煤層及頂底板巖層

豐城工業園區擬建區主要含煤地層為二迭系龍潭組，含煤段是老山下亞段和王潘里段。

老山下亞段平均厚度89.06m，含煤1～4層，自下而上編號為B3、B4、B5、B6。煤層總厚0.77～4.98m，平均厚度2.76m。B3煤層為局部可采煤層，B4煤層為全區可采煤層，煤層厚度一般為1～2m。在西南部明顯加厚，有部分地方煤厚在4m左右。煤層在向斜北翼由南向北，在南翼由北向南，煤層厚度有變薄的趨勢。煤層傾角為17-21，平均約20。煤層頂底板較軟，煤層頂板為細砂巖，煤層底板為泥巖，王潘里段地層平均厚度93.83m，但由于該組的能開采的C23煤層的全硫量超過3%，所以，該組煤層不作為計量煤層。

煤層老頂為淺灰色細砂巖或細砂巖與粉砂巖互層。巖石致密堅硬，具緩波狀、水平狀層理。厚2.5～39.55m，一般厚13m左右。在向斜軸部較厚，向兩翼有變薄的趨勢。經采集巖石力學樣進行化驗測試，巖層最大抗壓強度150.88MPa，最大抗剪強度20.29MPa。老頂巖層巖性為堅硬巖層。

3、地質構造

擬建區豐龍礦井（石上井田）有一寬緩的向斜構造，井田區域基本構造特征簡單。只是在向斜的南翼西段有少量近南北向的小型斷裂，以及向斜西端近南北向的F9大斷層。F9斷層破壞了該向斜向西的延展性。

石上向斜為曲江向斜向西傾伏部分。傾伏的最深部位標高為-1600m。再向西至27線又逐漸抬起，該向斜的軸向由西而東為N75E～N60E，走向長約14km，寬約10km，為一短軸向斜構造。向斜兩翼地層傾角由東而西略增大，南、北翼傾角均在18～20上下，該向斜屬于寬緩的向斜構造，向斜南翼被第三系紅層以10～20的沖刷角將南翼600m以上的B4煤層全部剝蝕。

三、擬建區壓覆煤層開采引起地表移動變形計算

1、地表移動的計算方法

概率積分法的等價轉換線積分方法是納入新編《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》的地表移動計算方法，是《規程》中推薦的傾斜煤層計算方法，其計算與每一個計算點與工作面的相對位置有關，對于每一個不同的計算點都存在一個不同的等價計算工作面，通過等價影響原則將開采工作面轉換為等價工作面，以等價面進行移動與變形的計算。

2、煤礦開采引起的地表移動變形計算

為合理評價壓煤區煤層開采對豐城工業園擬建區的影響，根據各礦井和礦區采區開采規劃分別計算分析。

根據擬建區與壓煤區的相互關系，豐城工業園擬建區受豐龍礦井、石上井田深部區、尚莊煤礦、塢社里深部勘查區的開采影響，需要綜合分析各壓覆區內所有煤炭資源開采后豐城工業園擬建區所受的最終影響。將各壓煤區開采影響相互疊加，可得豐城工業園擬建區所受煤層開采影響的最終值。

四、擬建區建（構）筑物抗變形能力分析

根據豐城工業園擬建區規劃，擬建區建構筑物主要為廠房和高度小于三層的辦公用房。辦公用房一般為磚混結構，其抗采動變形能力可依據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》中規定的磚混結構采動損壞等級為I級時允許地表移動變形值（水平變形小于2.0mm/m、傾斜變形小于3.0mm/m、曲率變形小于0.2×10-3/m）確定。對于廠房，其結構為框架結構，抗采動變形能力要大于一般的磚混結構建筑物。對于廠房內的技術裝置，如常規管線、軌道、鍋爐、風機等，根據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》中有關“工業構筑物、技術裝置及暖衛工程管網地表（地基）的允許和極限變形值”參考標準，一般工業構筑物、技術裝置、供熱管道、自來水管道、排水管網、輸油管的允許變形值都大于磚混結構建筑物采動損壞等級為I級時允許地表移動變形值，但鋪設于地下的煤氣管道的地表允許變形值小于磚混結構建筑物采動損壞等級為I級時允許地表移動變形值。因此，對于一般廠房的抗變形能力，也采用辦公用房的地表允許變形值標準進行評價。

五、壓煤開采對建（構）筑物的影響

將豐龍礦井、石上深部區、尚莊煤礦、塢社里深部勘察區的壓煤開采影響綜合疊加后，可得到豐城工業園擬建區壓覆煤炭資源開采后的最終影響。根據計算，豐城工業園擬建區所有壓煤均開采后，擬建區地表的最大下沉為1440mm，最大水平拉伸變形為1.59mm/m，最大壓縮變形為-1.90mm/m，最大傾斜變形為2.90mm/m，最大曲率變形為0.027×10-3/m。上述移動變形值均小于擬建區建筑物允許變形值。

六、結論

豐城工業園擬建區所壓覆煤層埋深較大，煤層較簿，壓煤區煤層全部開采后引起的地表變形在擬建區建筑物允許變形范圍內。基于現有豐城工業園管委會提供的擬建區建筑物規劃資料分析，在壓煤區內實現建（構）筑物下全煤層無煤柱開采是可行的，采后地面建（構）筑物的使用是安全的。

參考文獻：

[1]王明立、胡炳南《江西省豐城工業園擬建區壓覆煤層開采影響論證報告》（2011.5）

[2]江西省煤田地質勘察研究院《江西豐城工業園區建設工程壓覆礦產資源評估報告》（2010.10）

[3]張華興.地表移動與變形的等價轉換線積分計算《煤礦開采》 1991年02期