煤矿矿区对铁路影响分析评价

黎梦军

【摘 要】拟建铁路经过煤矿矿区，为评价煤矿矿区对铁路的影响，本文通过移动边界法计算矿区最小评估距离，经计算，拟建线路距离矿区煤层边界最近距离大于计算最小评估距离。同时本文采用移动盆地的算法对矿区进行稳定性分区，线路在此区段范围内位于基本稳定区，矿区开采对线路影响较小。

【关键词】煤矿;矿区;铁路;移动边界法;移动盆地;稳定性分区

中图分类号： U212.32 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）08-0217-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.08.095

【Abstract】The proposed railway passes through the coal mine area.In order to evaluate the influence of the coal mine area on the railway，this paper calculates the minimum evaluation distance of the mining area by moving boundary method.After calculation，the nearest distance between the proposed railway line and the coal seam boundary of the mining area is larger than the minimum evaluation distance. At the same time，this paper uses the algorithm of moving basin to divide the stability of mining area.The line is located in the basic stable area within this area，and mining area has little influence on the line.

【Key words】Coal mine;Mining area;Railway;Moving boundary method;Mobile basin;Stability partition

1 工程概況

河南省拟建某铁路沿线矿产资源较丰富，且大多为煤矿，在拟建铁路CK221～CK222段线路左侧存在三个煤矿，线路无法绕避，离线位最近的煤矿为顺利煤矿，线路与其矿权东南拐点距离最近，约326m，根据规范要求，矿区与线路距离或矿区采空区与线路最近距离小于1km，需要专门评估分析煤矿矿区对铁路影响。

收集到的采矿证批准矿区范围与线位走向关系如图1所示。

2 矿区含煤地层工程地质概况及矿体开采情况

顺利煤矿位于河南省郏县城区附近，总体属丘陵区，地势西高东低，北高南低，区内最高标高为263m，最低标高为220m，相对高差为43m。根据顺利煤矿勘察报告，含煤地层主要为石炭系太原组和二叠系山西组，本矿主要含煤地层为二叠系山西组（P1sh），可采煤层为二1煤层，煤层厚约2.87～7.67m。未见明显地质构造，矿区地下水类型主要为第四系孔隙水、碎屑岩基岩裂隙水及可溶岩岩溶裂隙水。

根据收集的既有矿区资料，顺利井田二1煤层资源储量估算范围走向长0.54～0.72km，倾向宽029～0.39km，估算标高为-38～-165m，资源储量估算范围面积为0.187km2。矿方提供的资源储量报告显示，采矿证及扩界区范围内共估算二1煤层共有149.9万吨，其中采空区资源储量为20.4万吨。矿区采矿许可证开采标高55～165m，开采的含煤地层主要为二1煤层（山西组P1sh），其余煤层均不可采。该煤层厚2.87～7.67m，平均厚度为5.6m，全区发育，结构简单，不含夹矸。矿区内煤层底板标高为38～165m，埋深约120～200m。图2为顺利煤矿二1煤层与线位关系示意图。

3 工程建设对区内矿产资源影响

3.1 采深与采厚、冒落带判定

依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》第64条“符合下列条件者，铁路允许采用全部垮落法进行开采：国家一级铁路，：薄及中厚煤层的采深与单层采厚比大于或等于150;厚煤层及煤层群的采深与分层采厚比大于或等于200”以及第65条“在铁路下采煤时，即使采深采厚比符合第63条、第64条的规定，但其最小深度中的基岩厚度必须大于垮落带高度”（以下简称三下采煤规程）的规定论证工程沿线煤矿资源是否适宜采用全部垮落法进行开采。

垮落带高度计算公式为h=m/（（k-1）cosα）

其中，h为冒落带高度，;k为岩石松散系数;α为煤层倾角。

根据前述三下采煤规程第64、65条规定工程沿线采深与采厚比和冒落带的高度计算如下：

经计算可知，虽然冒落带高度满足三下采煤规程的规定，但是采深与采厚比不满足三下采煤规程要求，不能采用全部垮落法进行开采。

3.2 移动盆地边界范围计算

1）围护宽度的确定

根据住房和城乡建设部、国土资源部、铁道部关于发布《新建铁路工程项目建设用地指标》的通知及参照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》第59条要求，每边另加50m围护带宽度（按高于国家Ⅰ级铁路等级确定）。矿区附近线位综合考虑保护宽度取50m。

2）边界角的确定

参照铁道部第一勘测设计院主编的《铁路工程地质手册》表4-5-8，顺利煤矿煤层走向约160～170°，倾向约230～245°，倾角约9～14°，贯通方案线路方向约94°，移动角按下山移动角考虑。

综合考虑矿层产状及线位走向，取β=70°-0.6α=64.6°，第四纪冲积层移动角φ=45°。

根据《铁路工程地质手册》式4-5-27，边界角β0=β-15°（1-0.01α）=50.95°。

3）评估距离确定

根据顺利煤矿与线路走向关系，线位距离煤层边界最近距离326m，矿区与线路最近点的标高约为234m，根据矿方提供的二1煤层底板等高线及资源储量图可知，在最近点的煤层底板标高为+40m，矿区采矿许可证开采标高55～-165m，因此拟开采深度取234-55=179m。

（1）评估距离计算

根据所确定的參数，拟建铁路段附近评估距离计算如下：

矿区上部第四系及第三系松散层厚度取45m，

松散层水平投影距：45/tgφ=45m;

矿区距离贯通方案最近处拟开采深度取179m，基岩水平投影距：（179-45）/tgβ0=108m。

（2）矿区的评估距离

矿区的评估距离为：108（基岩水平投影距）+45（松散层水平投影距）+50（安全保护带宽）=203m。

4 对拟建铁路工程影响评价

根据三下采煤规程规定计算，虽然顺利煤矿虽然冒落带高度满足规程规定，但是采深与采厚比不满足三下采煤规程要求。

矿区煤层边界拟开采深度为179m，根据移动边界法计算可知矿区的评估距离为203m;拟建线路目前距离矿区煤层边界最近距离为326m，满足计算最小评估距离要求。

顺利二矿、西黄道一矿与顺利煤矿属于同一地质构造单元中，大体上与顺利煤矿相近，且三矿与线位的距离逐渐增大，且都大于经验计算的评估距离，但根据三下采煤规程中规定的国家一级铁路采深与采厚比的要求，采深与采厚比不满足规程规定，存在一定的安全隐患，建议下一步进行详细的压矿评估，且建议线路通过附近留设保留矿柱限制开采，改进或改变开采的工艺或措施，或者降低线路行车速度，并建立长期的监测系统进行监测，避免对铁路施工、运营等造成影响。

5 矿区稳定性分区

按照《铁路工程不良地质勘察规程》（TB 10027-2012）的10.5.8条，采空区铁路工程建设场地稳定性分区对于现代采空区和未来采空区可分为可能塌陷区、可能变形区和基本稳定区。

本次评估则根据移动盆地的算法来对矿区的现代采空区以及未来采空区做定性的划分。

根据《铁路工程地质手册》表4-5-8，移动盆地边界移动角角度取值见下表：

其中α为煤层倾角。对应的边界角计算方法如下：

β0=β-15°（1-0.01α）

γ0=γ-15°

δ0=δ0-15°

对应的分区标准如下：根据移动角所对应的圈定边界范围初步判定为可能塌陷区，相应的边界角与移动角所对应的圈定范围初步判定为可能变形区，可能变形区以外范围初步判定为基本稳定区。

顺利煤矿与顺利二矿、西黄道煤矿及金兴煤矿等属于同一地质构造单元中，大体上与顺利煤矿相近，故判定以整体进行稳定性分区。

矿区范围内的走向约160～170°，倾向约230～245°，倾角约9～14°。根据矿区提供的煤层底板等高线及资源储量图可知，由南向北煤层埋深逐渐减少，相应的顶板厚度也在减少，且某些矿区分区露天开采。

矿区的分区移动角、边界角的取值根据上表以及上文中安全评估距离的计算中可得，矿区的上山移动角为70°，下山移动角为64.6°，对应的上山的边界角为55°，下山边界角为50.95°。

对于整体矿区的下山部分，整体的矿区采深为220～-20，开采煤层主要为二1煤层，地面标高一般在230～270m，则相应的拟开采深度约为150～200m。根据上文计算评估距离的算法可以算出下山部分的移动角边界距离为140～170m，边界角的边界距离为180～220m。

对于上山部分，矿区的整体埋深较浅，且部分矿区的分区露天开采，因此选择拟开采深度约为50～100m，根据上文计算评估距离的算法可以得出上山部分的移动角边界距离为95～115m，边界角的边界距离为100～135m。

综合以上分析，线路在此区段位于基本稳定区内，矿区开采对线路影响较小。