新建巴新铁路新邱矿区采空区评价研究

2016-10-14王明

铁道勘察 2016年4期

关键词：铁道物探采空区

王　明

(锦州铁道勘察设计院有限公司，辽宁锦州　121000)

新建巴新铁路新邱矿区采空区评价研究

王明

(锦州铁道勘察设计院有限公司，辽宁锦州121000)

新建巴彦乌拉至新邱地方铁路工程新邱车站附近分布有煤炭采空区，通过收集分析当地煤矿的采空区资料，结合高密度地震法，对巴新线新建新邱车站进行采空区的稳定性评价并分析采空区对铁路选线的影响。

采空区高密度地震法铁路选线

新建巴彦乌拉至新邱铁路工程为地方一级铁路，起点位于新邱车站，车站附存在较多的煤矿。在预可研阶段初步了解采空区范围基础上，收集和访问沿线采空区和小煤窑相关资料，对铁路通过采空区的地质选线、评价标准进行探讨[1]。

经现场调查，采空区主要分布于新邱车站东侧，其主要为：阜新市新邱东兴煤矿、新邱区长营子镇长金煤矿、新邱多种经营公司六部井、新邱多种经营公司五七井、阜新市新邱区新新露天煤矿、阜新市富山煤矿、新邱区全兴煤矿扩界井、阜新市德盛明煤矿及阜新市新邱区盛大煤矿。

1　自然地理

煤田位于新邱区，在新邱区政府东侧，新义线国铁东南侧。地理位置为东经y9694至y11256之间，北纬x12504至x14600之间。

该地区为缓丘陵山区，处于(南)医巫闾山脉和(北)小松岭山脉之间，其海拔高程为183～238m。

该区属大陆性气候，冬、夏温差大，变化在-28 ℃至39 ℃之间，年平均气温为8 ℃；每年10月至次年4月为结冰期，土壤冻结深度为1.3～1.5m；冬季多西北风，春季多西南风，风沙大，风速1.0～4.1m/s，最大风速21.2m/s。春季风力大，可达5～7级，其它季节2～4级。

2　工程地质条件

2.1区域地质

新邱煤产地属阜新煤田，地处阜新煤田的东北端，就大地构造而言，位于内蒙地轴的东南缘，系大陆型台地堑盆地，呈北东—南西方向延长。盆地的东南部下沉幅度较西北部大，在白垩纪末期，相当于燕山运动的尾幕，地堑盆地受到侧压力的作用，形成了缓缓的北东-南西向的背向斜褶皱，同时产生了走向逆断层及横向正断层以及其他形式的构造断裂。

中生代侏罗系为主要的成煤期，主要地层为砂岩、砾岩、砂砾岩、页岩、砂质页岩、泥岩及煤层。

2.2矿区地质条件

新邱多种经营公司五七井紧邻新邱站场，南北长约2km，东西宽1km。煤层出露较好，倾角较小，矿区北部为大致东西向宽缓向斜。地层时代为侏罗系，煤层赋存距离地表0～180m。

该段含煤地层属于上侏罗系上统阜新组，其上覆第四系表土与含煤地层呈平行不整合接触，含煤地层为阜新组新邱矿区的中层群、下层群；煤层有中二层、下层群、下组煤、盘下层煤和最下层煤，共有5个分层，但主采层只有下层群、下组煤，其它层局部可采。但露天开采时薄层也可采出，煤层累计厚度平均5.0m。煤系地层由浅灰色、灰色、黑灰色砂岩，砂质页岩，页岩组成。受燕山造山运动，形成了一向斜构造，一般倾角在6°～13°

第四系表土层与含煤地层呈不整合接触，是水平状覆盖在含煤地层之上，厚度在6～10m之间。

2.3水文地质

本区段无大的含水导层、第四系冲积层，洪积物含水，水量不大。

另外，矿区中存在一断层，其中有裂隙水。

3　勘探方法及外业资料分析

高密度地震法被应用于探测采空区、断层等取得了良好的效果[3]。本次物探采用高密度地震法开展工作，锤击震源，点距2m，偏移距2m，采用美国产R24地震仪及配套设备进行数据采集，采样率0.25ms，记录长度512ms，为提高信噪比，采用5个检波器组合检波。受地形及现场地物条件限制，沿既有铁路东侧及村边小路布设3条物探横测线，编号为：ZF-1、ZF-6、ZF-7；在村中小路布设4条纵测线，编号为：ZF-2、ZF-3、F-4、ZF-5，测线总长2 550m(见图1)。

图1　物探平面成果

将每条测线测点单炮记录连接起来形成各测线的反射时间剖面，对各反射时间具体分析如下。

(1)ZF-1、ZF-2、ZF-4、ZF-6、ZF-7测线：从时间剖面看， 80～90ms左右有一反射波同相轴，结合煤层埋深情况推断为来自煤层的反射波。该反射波同相轴连续，未见采空。

(2)ZF-3测线：从时间剖面看，80～90ms左右有一反射波同相轴，结合煤层埋深情况推断为来自煤层的反射波。26～36号点间反射波同相轴中断或连续性差，推断可能为采空区。

(3)ZF-5测线：从时间剖面看，80～90ms左右有一反射波同相轴，结合煤层埋深情况推断为来自煤层的反射波。5～20号点间反射波同相轴中断或连续性差，并伴有绕射现象，推断可能为采空区。

4　采空区范围界定及评价

天旭煤矿开采范围由当地国土以及矿产部门提供。

矿区面积1.066 7km2，开采方式为地下开采，生产规模10万t/a。

根据新邱多种经营公司五七井井上下对照图，煤田整体存在于一向斜构造中，呈西东走向，北翼岩层产状153°∠9.5°～10.5°，南翼岩层产状78°～87°∠9.5°～10.5°。主要地层为砂岩、砾岩、砂砾岩、页岩、砂质页岩、泥岩及煤层，表土层厚度在6～10m之间。

分析收集的采空资料，并结合物探多次解析的报告成果划出了采空边界。依据《铁路工程不良地质勘察规程》[11]TB10027─2012说明表9.5.3-5我国某些煤矿移动盆地数值，结合该矿井煤层采厚、倾角、采深，选用参数：走向移动角δ=78°、上山移动角γ=78°、下山移动角β=78°。走向移动边界角δ0=78°-15°=63°、上山移动角边界角γ0=78°-15°=63°、下山移动角边界角β0=78°-15×(1-0.01×10°)=64.5°

4.1危险变形区边界计算

如图2、表1计算危险变形区边界L=L1+L2+L3

4.2轻微变形区边界计算

如图3、表2计算轻微变形区边界L=L1+L2+L4。

注：L1—路基半幅，取7 m；L2—维护带宽度，15 m；L3—危险变形区边界；L5—岩层厚度。图2　危险变形区边界计算

注：L1—路基半幅，取7 m；L2—维护带宽度，取15 m；L4—轻微变形区边界；L5—岩层厚度。图3　轻微变形区边界计算

矿名天旭煤矿位置β0/(°)θ/(°)δ0/(°)γ0/(°)路基半幅/m围护带/m土层厚/m下山岩层厚/mctgβ0ctgγ'0边界(L)/mA78307878715000.210.2122B78177878715040.210.2123C781778787150560.210.2134D786678787150580.210.2134E78078787150830.210.2140F783778787150920.210.2141G783778787150400.210.2131