甘肅301 省道海崗段壓覆煤炭資源評估范圍的確定方法

李文鑫

（甘肅煤田地質(zhì)局，甘肅 蘭州 730000）

我國壓覆礦產(chǎn)管理形式呈現(xiàn)積極變化，國家層面上，壓覆礦產(chǎn)資源評估向區(qū)域評估方式發(fā)展，壓覆礦產(chǎn)的占用補(bǔ)償制度建立和評審備案簡政放權(quán)改革需求進(jìn)一步受國家重視；地方層面上，進(jìn)一步向規(guī)范壓覆礦產(chǎn)管理、落實(shí)區(qū)域評估方式和推動壓覆礦產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)查詢方向發(fā)展[1]。隨著城市化、工業(yè)化進(jìn)程的加快，大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)高峰期的到來以及城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)的增多，水庫、廠房、鐵路、公路、油氣管道等帶動國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展項目的建設(shè)呈逐年增加的趨勢，建設(shè)項目壓覆礦產(chǎn)資源的現(xiàn)象同樣呈現(xiàn)增加趨勢[2-3]。評估擬建設(shè)項目對礦產(chǎn)資源的壓覆影響，可以達(dá)到既保護(hù)礦產(chǎn)資源，維護(hù)礦業(yè)權(quán)人合法權(quán)益，又確保建設(shè)項目順利實(shí)施，并為礦權(quán)擁有企業(yè)申請辦理壓覆礦產(chǎn)資源審批提供科學(xué)依據(jù)的目的。礦產(chǎn)資源壓覆評估報告的技術(shù)難點(diǎn)之一在于壓覆范圍的確定，陳遠(yuǎn)興等[3]曾以納雍至晴隆高速公路為例，探討了壓覆煤炭資源評估中壓覆范圍的確定。本文以二級公路甘肅301 省道海崗段為例，重點(diǎn)討論了對于其范圍內(nèi)煤炭資源壓覆范圍各項關(guān)鍵參數(shù)的確定方法，對于建設(shè)項目對礦產(chǎn)資源的壓覆影響研究有一定的實(shí)踐意義。

1 項目概況

甘肅301 省道海石灣至崗子溝公路段（簡稱海崗段）起點(diǎn)位于海石灣已建成的方正路終點(diǎn)，途經(jīng)窯街鎮(zhèn)、樂山、河橋鎮(zhèn)、查家莊、連城鎮(zhèn)、鐵合金廠、小杏兒溝，終點(diǎn)止于甘青交界的崗子溝，全長為61.6 km。項目設(shè)計路線K10+920～K16+960 段穿過窯街煤炭資源深部擴(kuò)大區(qū)范圍，并造成壓覆。區(qū)內(nèi)地層從下到上為：中元古界長城系湟源群變質(zhì)巖系，侏羅系炭洞溝組、窯街組、享堂組，下白堊統(tǒng)河口群，古近系以及第四系。在礦區(qū)，中侏羅統(tǒng)窯街組是區(qū)內(nèi)唯一的含煤地層，地層厚度為20.65～285.76 m，平均133.57 m。區(qū)內(nèi)共含煤五層，自上而下為煤A、煤1、煤B、煤2、煤3 層。煤層總平均厚度16.53 m，含煤系數(shù)12.38%。其中煤1 和煤2 層屬較穩(wěn)定的大部分可采煤層，其余均為不可采煤層。煤2 層是主要可采煤層，為不粘煤，厚度占窯街組煤層總厚度的89.66%。

2 壓覆評估范圍的計算模型及參數(shù)

圖1 為水平影響范圍計算原理圖，圖中S 為公路壓覆煤炭資源的水平影響范圍，單位為m；D 為路堤寬度，單位為m，二級公路路基采用12 m，路堤寬度兩側(cè)分別往外推1 m，共14 m；L 為維護(hù)帶，單位為m，二級公路的保護(hù)級別設(shè)為Ⅳ級，維護(hù)帶寬度采用5 m；HQ為第四系厚度，單位為m；H1為下山方向的基巖厚度，單位為m；H2為上山方向的基巖厚度，單位為m，根據(jù)煤2 底板等高線估算；ψ 為第四系移動角，β 為下山基巖移動角，γ 為上山基巖移動角，δ 為煤層走向的移動角，α 為煤層傾角。

移動角對劃定煤柱范圍起著決定性作用，區(qū)域內(nèi)的地層巖性以中硬砂巖、砂質(zhì)頁巖為主，覆巖分類為中硬。本文從礦區(qū)實(shí)測和覆巖性質(zhì)兩方面進(jìn)行分析。

窯街煤電集團(tuán)三礦曾做過關(guān)于移動角的實(shí)測報告，提供的數(shù)據(jù)為走向移動角δ 為77°37′，基巖下山移動角β 為38°52′，上山移動角未提供，煤層傾角范圍是34°～55°，平均44.5°。地層條件與窯街煤電深部擴(kuò)大區(qū)類似的有華亭礦區(qū)和阜新礦區(qū)，華亭礦區(qū)煤系地層屬侏羅系，上覆巖層以砂巖為主，煤層采厚為2.2 m，阜新礦區(qū)煤系地層屬晚侏羅系，上覆巖層以頁巖、砂質(zhì)頁巖、砂巖為主，堅固性系數(shù)f=1～5，可采煤層總厚22 m，傾角10°～30°，具體參數(shù)詳見表1。從全國礦區(qū)經(jīng)驗數(shù)據(jù)來看，礦區(qū)煤層上覆巖層如果以中生代地層中硬砂巖、石灰?guī)r、砂質(zhì)頁巖為主，則覆巖為中硬巖石，移動角經(jīng)驗公式為β=δ-（0.6～0.7）α，γ=70°～75°，δ=70°～75°。

圖1 水平影響范圍計算原理圖

表1 壓覆范圍參數(shù)

3 壓覆評估范圍的相關(guān)參數(shù)討論與確定

窯街集團(tuán)三礦六采區(qū)煤層的上覆地層為上侏羅享堂組（砂巖，平均134 m）和第四系，窯街深部擴(kuò)大區(qū)煤層的上覆地層為上侏羅享堂組（砂巖，平均384.94 m）、下白堊河口群（平均288.71 m）和第四系。三礦六采區(qū)由于缺下白堊河口群，自煤層頂板以上綜合地層硬度要大于窯街深部擴(kuò)大區(qū)地層硬度，所以窯街深部擴(kuò)大區(qū)的走向移動角應(yīng)小于三礦六采區(qū)的77°37′。

根據(jù)《甘肅省窯街煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司三礦六采區(qū)地表移動觀測站分析總結(jié)報告》，窯街三礦六采區(qū)的5624-5 的煤層傾角范圍是34°～55°，平均44.5°，煤層傾角較大，而窯街深部擴(kuò)大區(qū)的煤層傾角多在12°～19°，下山移動角β 與煤層傾角α 為負(fù)相關(guān)關(guān)系，所以其測定的下山移動角38°52′相對于窯街深部擴(kuò)大區(qū)而言偏小，且根據(jù)全國礦區(qū)的經(jīng)驗公式：β=δ-（0.6～0.7）α，不同煤層方向、不同煤層傾角處下山移動角是不同的，下山移動角不是一個固定值，本文采用安全參數(shù)0.7，用公式：β=δ-0.7α 來計算各剖面的下山移動角。

表2 地表充分采動下的巖體移動角（部分）

全蘇礦山測量研究所的《巖移參數(shù)確定方法》依據(jù)大量的實(shí)測結(jié)果提出了走向移動角（δ）、上山移動角（γ）和下山移動角（β）的關(guān)系見表2，巖石硬度的普氏系數(shù)f 的計算公式為：

f= σ/10 （1）

式中：σ 為巖石單軸抗壓強(qiáng)度，單位為MPa。窯街深部擴(kuò)大區(qū)σ 為30 MPa 左右，所以研究區(qū)域的f 為3。從表2 可以看出當(dāng)巖石普氏系數(shù)f ≤5 時，礦體傾角在0～45°時，上山基巖移動角γ 與煤層走向的移動角δ 的關(guān)系為γ=δ，窯街深部擴(kuò)大區(qū)的煤層傾角α 大多在12°～19°之間，且華亭礦區(qū)上山基巖移動角γ 實(shí)測值為69°，本文采用安全參數(shù)68°，所以窯街深部擴(kuò)大區(qū)采用參數(shù)為γ=δ=68°。

另外，本區(qū)第四系松散層較薄，在15 m 以內(nèi)，第四系移動角統(tǒng)一采用ψ=45°。

由于建筑物會與煤層傾向有一個夾角，并不是完全重合，所以需要對移動角進(jìn)行校正，校正后的移動角稱為斜向移動角。β＇為矯正后的下山方向的斜向移動角，γ＇為矯正后的上山方向的斜向移動角，其計算公式為

式中，θ 為擬建公路與煤層底板等高線所夾的銳角。

4 壓覆評估范圍的確定

本工作沿省道301 線做了10 條剖面線，剖面與公路垂直，使用上述參數(shù)進(jìn)行計算，確定了影響界限范圍，并做出影響界限圖。L1為上山影響范圍，L2為下山影響范圍，單位為m，影響范圍確定公式如下

剖面位置及最終確定的壓覆范圍請參照圖2。

圖2 剖面位置與礦產(chǎn)資源壓覆范圍圖

5 結(jié)論

二級公路甘肅301 省道海崗段對窯街煤炭資源深部擴(kuò)大區(qū)范圍造成壓覆，本文構(gòu)建了確定壓覆評估范圍的計算模型，通過對比其他礦區(qū)情況，并結(jié)合窯街煤炭資源深部擴(kuò)大區(qū)地質(zhì)條件，確定了基巖移動角，并通過計算模型確定了壓覆評估范圍。