大型運煤鐵路壓覆多礦區煤炭資源評估分析

計江超

(西安源豐誠工程咨詢有限公司，陜西 西安 710100)

0 引言

為有效保護和合理利用礦產資源，根據《中華人民共和國礦產資源法》第33條“ 在建設鐵路、工廠、水庫、輸油管道、輸電線路和大型建筑物或建筑群之前，建設單位必須到所在省、自治區、直轄市地質礦產部門了解擬建工程所在地的礦產資源分布和開采情況。按原國土資源部《關于進一步做好建設項目壓覆重要礦產資源審批管理工作的通知》(國土資發〔2010〕137 號)相關要求，為保證建設項目順利實施，需要對建設項目壓覆工程區礦產資源狀況進行評估。

靖神鐵路是陜西省“十三五”規劃交通運輸基礎設施重點建設項目；是榆林市境內連接靖邊與神木的國鐵Ⅰ級電氣化鐵路，是中國“北煤南運”戰略運輸通道的組成部分，主要服務于神府、榆神、榆橫三大礦區和神府、榆神兩大工業園區。靖神鐵路貫穿榆林能源化工基地，鐵路設計宗旨為解決榆橫礦區和榆神礦區的煤炭外運難題，由于該區煤炭資源豐富，煤炭資源分布范圍廣泛，靖神鐵路的建設必然會壓覆大量煤炭資源。筆者自參加工作以來，一直致力于陜西省境內各類建設項目的壓覆礦產資源評估工作，并主持完成了靖神鐵路初次及調整后的壓覆礦產評估報告的編寫，積累了豐富的行業經驗。本文以靖邊至神木集運鐵路工程壓覆礦產資源為例，對連接多個礦區的運煤鐵路專線壓覆其沿線多個礦區壓覆礦產評估工作的方法及難點進行研究與分析。

1 建設項目及所在區概況

1.1 建設項目概況

靖邊至神木集運鐵路工程作為榆神礦區和榆橫礦區的公共煤炭運輸通道，通過本線可以將煤炭資源直接運往榆橫工業園區和靖邊能源化工綜合利用產業園，形成一條內部煤炭運輸通道，同時可經本線運至蒙西至華中鐵路集運，從而形成一條對內對外貨物交流的運輸通道，在地區路網上起著連接了包西、蒙西至華中通道與太中銀三大鐵路干線的重要煤炭運輸作用。鐵路工程采用國鐵Ⅰ級標準，項目全部位于陜西省榆林市境內，北起神木市錦界鎮紅檸鐵路新設活力害兔線路所，經榆陽區、橫山縣，穿越榆神礦區、榆橫礦區，南端終于靖邊縣蒙華鐵路靖邊北站，正線鐵路長度243.958 km。該工程還建設有小紀汗北至紅石橋和孟家灣至紅石峽2條聯絡線共計79.817 km，全線新設及改建車站18個，線路所5個。

1.2 項目所在區概況

項目沿線均位于毛烏素沙漠東南塬與黃土高原的接壤帶，地勢由西北向東南傾斜，海拔范圍在1 006～1 350 m間，其區域地貌為黃土梁峁溝壑和沙漠草灘及河谷區。全線主要跨越的河流有禿尾河、榆溪河、三道河、白河、無定河、蘆河等，各河流受季節影響很大，常年有水，侵蝕力強。項目區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國道、204省道等，交通條件便利。

項目區區域構造位置處于鄂爾多斯盆地中部次級構造單元陜北斜坡之上，為一單斜構造，巖層向北西微傾，傾角1°左右，局部發育有寬緩的波狀起伏及鼻狀隆起等次級構造，未發現規模較大的褶皺、斷裂，亦無巖漿活動痕跡。區內地層由老至新為三疊系上統瓦窯堡組(T3w)、侏羅系下統富縣組(J1f)、侏羅系中統延安組(J2y)、侏羅系中統直羅組(J2z)、侏羅系中統安定組(J2a)、白堊系洛河組(K1l)及第四系黃土。項目區下部含水層主要為沖積砂礫石層孔隙潛水、沖湖積粉細砂層孔隙潛水、風積黃土裂隙孔隙潛水和碎屑巖類裂隙潛水。沿線地層按其工程地質性質分為堅硬厚層-塊狀碎屑巖類、軟硬相間互層狀含煤碎屑巖類和半堅硬厚層-塊狀碎屑巖類及各類土體。

2 壓覆礦產資源情況

2.1 項目沿線礦區分布情況

蒙西至華中地區鐵路煤運通道集疏運系統靖邊至神木集運鐵路工程建設旨在解決榆橫礦區和榆神礦區的煤炭外運難題，鐵路主線及支線全部穿行于陜北侏羅紀煤田榆神礦區和榆橫礦區范圍內，鐵路沿線下部基本全部都有已探明煤炭資源儲量分布，將不可避免地壓覆大量煤炭資源。為降低煤炭資源的浪費和對礦山開采規劃影響，鐵路在選線階段即對項目區礦權分布進行了初步調查，鐵路大部分地段均沿各礦區邊界走線，并對各煤礦采空區范圍進行了避讓，對已設的煤礦礦區開采影響較小。由于該鐵路為運煤鐵路專線，線路的建設實施也有助于各礦區煤炭外運，該項目的建設取得了大部分礦業權人的支持，并最終與各個礦業權人簽署了同意項目建設并壓覆其礦產資源的協議。

項目評估工作首先根據項目坐標在主管部門查詢上表礦區及礦業權分布情況，然后有針對性地收集各礦區及礦業權最近一次備案報告、礦業權信息以及礦山建設開采現狀等資料，并在收集整理過程中及時查漏補缺。最終根據鐵路用地范圍及整理轉換后的沿線各礦區2 000國家大地坐標系投影疊加后確定了鐵路自北向南涉及共計35個煤礦上表礦區、11個煤礦采礦權和11個煤礦探礦權。由于所涉及礦區較多，為便于報告敘述及相應圖件制作，評估工作對這些上表礦區和礦業權均進行了簡單編號區分。

2.2 項目沿線礦產資源分布情況

靖神鐵路沿線涉及礦區較多，評估工作前后共收集整理了42份地質勘查報告及26份壓覆礦產評估報告。壓覆地質資料前后時間跨度大，坐標系統，煤層編號系統各不相同。評估工作首先以榆神和榆橫兩大礦區為界將壓覆區分為南北2部分，然后根據原有地質報告、煤系地層劃分及臨近鉆孔數據對不同礦區各個煤層進行對比后重新統一編號，同時對與鐵路存在重疊壓覆的各壓覆評估報告中的壓覆煤層進行了對比分析。對比后判定鐵路北部在榆神礦區涉及延安組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，南部在榆橫礦區涉及2、2下、3上、3、4-1、4-2、5上、5、5下、6、7、8、9和10號共14層煤。煤層編號對照見表1、表2。

表1 靖神鐵路北段榆神礦區煤層編號對照

表2 靖神鐵路南榆橫礦區煤層編號對照

評估報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告及壓覆報告涉及到的各個煤層估算圖統一轉換為2000國家大地坐標系下111°投影帶圖件，然后根據礦區范圍拼接組合各個煤層分布圖及估算圖，在整理過程中對可采區距離鐵路項目較遠的北部2-2上和南部5下及10號煤層予以剔除，最后根據原始地質資料分析整理鐵路壓覆區內各煤層賦存參數。該項目所壓覆各個煤層厚度在0.80～12.36 m之間，埋深80～780 m。榆神礦區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(BN31)和長焰煤41號(CY41)，榆橫礦區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焰煤。通過對地質勘查資料的整理、調查分析，為項目建設提供了地質依據。

3 保護煤柱留設

3.1 確定壓覆對象

靖神鐵路壓覆煤層范圍廣，涉及礦區及礦業權數量較大，壓覆區煤層數量較多。為相對準確合理的確定鐵路對各個礦區及各個煤層的壓覆情況，項目評估工作首先根據鐵路走徑及沿線礦區及礦業權分布情況將鐵路壓覆區自北向南劃分為24個區段，然后分區段開展對壓覆對象和保護煤柱寬度的計算工作。

考慮到鐵路沿線煤炭勘查工作程度較高，沿線各礦區內鉆孔分布較為均勻，評估工作在鐵路兩側各礦區內無差別選取了臨近的約250個鉆孔，然后根據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規范》(后文簡稱《規范》)確定其鐵路保護等級為Ⅰ級，并根據各區段內鉆孔數據計算確定鐵路各區段所壓覆的共計28個煤層采深采厚比區間值，對于采深采厚比區間值全部滿足可用全部垮落法試采的部分區段煤層不予留設保護煤柱，對其余不滿足全部垮落法試采的煤層留設保護煤柱并計算壓覆資源量，通過計算后共計對鐵路所壓覆北段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個可采煤層留設了保護煤柱。

3.2 確定保護煤柱范圍

項目區內煤層產狀平緩，煤層傾角一般在1°左右，可不考慮煤層傾角對保護煤柱的影響。其保護煤柱根據《規范》采用垂直剖面法選用移動角留設。由于本區各煤層上覆松散層為沙層和土層，屬軟弱巖類，上覆基巖為中細粒砂巖、粉砂巖及泥巖，工程性能屬中硬巖類。評估工作以建設單位給定鐵路路基橋梁及隧道外輪廓范圍外推Ⅰ級保護對象的15 m圍護帶范圍，根據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采指南》中鐵路所在榆神榆橫礦區多個煤礦移動角數據加權平均后選用松散層移動角φ=45°，基巖移動角δ=70°外推留設保護煤柱。鐵路各區段壓覆各煤層的平均地面標高、松散層厚度及煤層底板標高、基巖厚度及埋深等數據均根據統計的各區段內臨近鉆孔數據分析計算確定。最終根據計算確定鐵路壓覆各煤層保護寬度為其工程用地外輪廓外推84～268 m，再根據各已備案報告估算圖及制作形成的壓覆各煤層估算圖上外推保護煤柱寬度，扣除煤層不可采范圍、采空區及已核實備案的建設項目壓覆區后確定了本次鐵路所壓覆各煤層保護煤柱范圍。在軟件中投影疊加取最大外邊界后進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保護范圍剖面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保護范圍剖面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所屬報告相應煤層底板等高線及資源量估算圖上進行分割估算。煤層視密度、煤層厚度均與已批準原報告相應區塊參數一致。塊段面積采用計算機在各煤層底板等高線及資源儲量估算圖上直接讀取。因壓覆礦區塊段數量過多，塊段編號采用其所屬礦區/礦權編號加該礦區內塊段序號的編號方式進行編排統計，塊段資源量類型也根據現行規范進行了轉換。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

經估算，蒙西至華中地區鐵路煤運通道集疏運系統靖邊至神木集運鐵路工程共壓覆煤炭資源儲量總量共計68 610萬t，所壓覆資源量分屬于25個勘查礦區(含7個探礦權)和11個采礦權中。集運鐵路工程壓覆煤炭資源量較多，但大部分地段位于采礦權及規劃礦區范圍的邊部，而且鐵路的建設有效的溝通了鐵路沿線已有礦山及規劃礦區，有效解決了礦區煤炭外運的難題，最終從壓覆礦產角度評價該鐵路可行。

4 結語

(1)壓覆評估報告的編制，為建設項目計算確定了保護煤柱范圍，為保護建設項目建設運行安全、被壓覆礦業權開采規劃、主管部門礦產資源儲量登記以及建設項目壓覆礦產資源申報提供了可靠的地質依據。通過對以往地質勘查資料的分析整理、綜合研究，以《構筑物、水體、鐵路及主要巷道留設與壓煤開采規范》為依據，對蒙西至華中地區鐵路煤運通道集疏運系統靖邊至神木集運鐵路工程壓覆重要礦產資源進行了核實，確定了項目沿線礦區及礦業權分布情況，在整理了區內以往地質勘查報告后確定了項目下部涉及壓覆煤層，并根據《規范》計算鐵路各區段壓覆煤層采深采厚比后確定確定了壓覆保護對象并分段計算留設了保護煤柱。扣除已備案建設項目壓覆范圍后計算確定工程新增壓覆煤炭資源量68 610萬t。

(2)工程所涉及礦業權及以往勘查成果較多，除收集各礦區及礦業權地質信息資料、對多個礦區資料進行整合對比分析等難點之外，工作的重點及難點在于摸清沿線數十個礦區以往勘查成果并從中合理整理篩選統計數據，項目整體評估工作量巨大，前后收集整理涉及礦區及礦業權信息57個、整理地質勘查資料68份、分析統計鉆孔約250個、整理鉆孔勘查成果數據7 000多個，整理并讀取轉換各類坐標點28 000多個。評估工作對技術人員的技術水平以及工作精確細致程度均有較高要求，其靈活利用各類辦公軟件、科學并準確計算統計分析各類數據以確保評估工作的準確與可靠性是極具挑戰性的。