供水管线工程地质环境影响及其防护措施

□杨序烈（贵州省水利水电勘测设计研究院）

为了满足国民经济的发展，各种长距离的引、调水工程相继施工上马，因线路长，不可避免的遭遇各种地质问题，其中地下煤矿采空的覆岩变形稳定是比较常见的地质问题。为了确保供水管线的稳定性与运营时的安全畅通,必须采取措施慎重处理采空区引起的一系列病害。鉴于水利工程的特殊性及煤矿采空区的复杂性，一般采取避让的措施，如不能合理避让，有必要对煤矿实施禁采措施。根据六枝特区旧院水库供水管线6+952～供8+452段穿越川黔友谊煤矿矿区西南部情况，初步分析煤矿开采形成的地表变形对供水管线的影响，并据此提出合理的防护措施。

1.概况

六枝特区旧院水库为中等规模供水工程，其灌区位于六枝特区新场乡和岩脚镇，灌溉输水管材采用Φ700预应力钢筋混凝土管，设计流量为2.617 m3/s，在预应力钢筋混凝土管相邻两镇墩之间每间隔5m设置一个支墩，支墩采用鞍式混凝土结构。根据六枝旧院水库供水管线平面布置图，供水管线供6+952～供8+452段从川黔友谊矿区西南部附近穿过，穿越矿界范围长约743m。

供水管线穿越矿区段海拔在1290～1480m之间，地形起伏较大，为侵（剥）蚀中山地貌。受地层岩性及构造影响，山脊与沟谷发育，地形复杂，起伏差大，地形坡度30°～65°。

矿区含煤地层为晚二叠世龙潭组（P31），为一套典型的海陆交互相碎屑岩含煤沉积，主要由灰、灰黄色细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩组成，含煤层（线），含煤30～36层，一般35层，总厚27m左右，含煤系数6.7%。其中可采煤层9层,即M 2、M 3、M 7、M 18、M 19、M 20、M 21、M 29、M 30 号,可采煤层总厚度 11.46m左右，煤层厚度变化不大。

川黔友谊煤矿设计生产能力30万t/年，主采煤层M 2、M 3、M 7、M 18、M 19、M 20、M 21、M 29、M 30, 设计采用走向长壁后退式采煤方法，目前已开采至+1226m高程，煤矿现状开采形成的地表变形范围未达供水管线保护范围内。

2.地下变形的计算

煤矿矿山开采塌陷工程的研究方法主要包括：地质研究方法、室内岩块的物理力学性质测试、现场实测研究、力学分析、物理模拟分析法、过程辨识法、综合分析法等。目前，实用性比较好的地表沉陷规律的研究方法大致可分为影响函数法、连续介质力学方法、数值模拟和物理模拟法等。影响函数法中应用比较广的是概率积分法，概率积分法是以正态分布函数为影响函数用积分式表示地表下沉盆地的方法，适用于常规的地表移动与变形计算。根据原国家煤炭工业局制定的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》就给出了地表移动与变形值的预计及参数求取方法的概率积分法的具体计算公式。

倾斜：

式中：

x，y-计算点相对坐标，m；

D-开采煤层区域；

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

D-岩性影响系数，按中硬岩夹软质类取2.7；

H-采深；

α-煤层倾角；取3°

3.开采塌陷盆地断面的计算分析

根据以上参数和公式编制程序计算，计算剖面选用具有代表性的剖面，见下图1。

图1 计算剖面图

根据以上参数和公式编制程序；

计算结果，见图2、图3。

图2 地表倾斜曲线图

图3 地表下沉曲线图

从图2、图3所示，地表沉陷在多煤层的联合开采条件下，表现出明显的不规律性，最大下沉盆地位于矿界范围中部，最大下沉深度达0.9m左右；倾斜曲线图显示急倾斜煤层群开采沉陷盆地倾向断面地表曲率曲线图与单一煤层开采沉陷地表曲率变化比较有显著的不同，在多煤层的联合开采条件下，地表曲率变化剧烈，震荡幅度加大，频次增多，呈波浪状发展，表明了开采沉陷盆地内部的起伏变化快、多，呈明显的不规律性，最大和最小水平变形在±30m m/m左右，远大于管线允许倾斜i=±5m m/m临界变形值。

4.防护措施

六枝旧院水库供水管线(供6+952～供8+452段)从拟建的煤矿矿界范围内南西侧通过，若开采该范围内的煤矿，必然引发地表变形、塌陷等地质灾害发育，严重影响六枝旧院水库供水管线的安全运行。为充分保证六枝旧院水库供水管线的运行安全，需对川黔友谊煤矿靠近供水管线位置设置一定范围的禁采区，使采煤活动形成的地表变形范围退至供水管线维护带保护范围以外。

[1]赵旻 蔡耀军 郭伟等，南水北调中线焦作煤矿采空区地表变形特征

[2]吕远强 栾长青，煤矿采空区上覆岩（土）层变形特征分析