宁夏羊场湾煤矿通风优化系统压覆矿产资源评估

2022-07-11董泽宝

当代化工研究 2022年12期

＊董泽宝

（中国建筑材料工业地质勘查中心宁夏总队宁夏 750021）

1.项目基本情况

(1)项目概况

宁夏宁东镇煤矿从资源条件、开发建设的外部条件、煤炭资源形势分析及经济效益评价分析，具备进一步勘探开发的条件，在当前宁东经济发展趋势下，建设项目压覆查明的矿产资源的现象也就越来越多。特别是当前不断有新的或待批项目的建设基地落地宁夏宁东，进而不可避免的与现有矿业权发生冲突，故本文在总结自治区内建设项目压覆矿产资源评估的基础上，以羊场湾煤矿通风优化系统项目作为实例分析，总结建设项目压覆矿产资源评估。

羊场湾煤矿为小型矿井经过多次扩能改造而来，现有井筒服务年限较长，主要回风井筒当初设计断面较小且变形严重，导致矿井通风局部阻力过大。随着开拓延深，矿井用风量增大，矿井负压进一步升高，本矿井主要开采煤层为容易自燃或自燃煤层，通风负压较大时容易造成采空区一氧化碳向采掘区域扩散，不利于安全生产管理。

为给工人营造一个舒适的工作环境，保证矿井的正常接续及生产，通过加大通风量改善作业环境，降低工作面温度，给工人创造一个舒适健康的工作环境。因此，对矿井通风系统的优化改造项目场地的建设是非常有必要的，迫在眉睫，必须尽快进行。

根据《初步设计》，拟建工程及预留场地围护体总面积为27408.50m2。包含一对进回风立井、连接道路及附属预留场地。相关参数如下：

①一对进回风立井：立井井口房、配电室、风门绞车房、电机室、消防水池和生活水池建筑占地面积为1017.80m2。

②连接道路：道路长500m，宽7m，占地面积为3500m2。

图1 拟建项目示意图

(2)目的任务

根据《中华人民共和国矿产资源法》第三十三条规定：“在建设拟建项目位置、工厂、水库、输油管道、输电线路和大型建筑物或建筑群之前，建设单位必须向所在省、自治区、直辖市地质矿产部门了解拟建工程所在地的矿产资源分布和开采情况，非经国务院授权部门的批准，不得压覆重要矿产”的规定；为保证国家能源集团宁夏煤业有限责任公司羊场湾煤矿通风系统优化项目顺利实施，对本次压覆矿产资源评估目的是查明拟建项目压覆矿产的位置、种类、分布面积、矿产特征和储量，并对开采情况进行调查，达到工程选址服务的目的。

(3)建设项目所在地概况

拟建项目位于宁夏回族自治区东部宁东羊场湾煤矿内，行政区划属宁夏灵武市宁东镇管辖。拟建项目交通网络较为发达，磁马公路南北向从矿区中部穿过，压覆区内部与外部联系的运输系统已形成公路网，交通便利。

(4)资源量估算方法的选择

压覆区范围是确定压覆资源储量的工作重点和参数核心，压覆区范围要根据压覆类型、地质条件、地质构造等综合因素确定。压覆类型根据建设项目占用土地范围，分为点、线和面压覆项目。根据经验，拟建项目压覆评估范围要根据建设项目范围和压覆矿产资源范围的实际情况及影响情况确定，需利用该压覆矿区的矿产资源类型和特点计算得出。

该工程涉及两种形态，建筑群形态的是工业场地，线状的是道路工程；因此，本次采用垂线法设计建筑群保护煤柱，采用垂直剖面法设计道路保护煤柱。

工业广场：建筑群等级的确定：根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》，拟建项目为工业广场建筑物，属Ⅰ级保护等级，围护带范围取20m；本次报告中拟建项目保护煤柱等级属Ⅰ级，沿保护带边界向外留设围护带为20m，在围护带边界按宽度s=h×ctgψ向外划出受护带边界，由于本区第四系和第三系厚度分别为h1，h2；安息角分别为45°和70°，因此s=s1+s2，在此基础上建筑群保护煤柱用垂线法设计。

首先据各受护带边界与煤系地层的几何关系，计算出各斜交剖面移动角β’、γ’和各垂线（由建筑群受护带边界各拐点做各边的垂线）长度q、l。依据原煤层底板等高线图、维护带边界和垂线q、l长度。在各煤层底板等高线及资源储量估算平面图上，划出建筑群保护区边界。资源储量类别依从原图件中标绘的类别，不作变动。

道路：连接道路压覆煤层边界按移动角采用垂直剖面法设计，按煤层的不同构造部位(向斜轴、浅部、深部)作垂直于拟建项目（道路）边界的垂直图切剖面图，再根据拟建连接道路与煤系地层的几何关系，计算出各垂直剖面上的斜交剖面边界角β′、γ′。

根据道路宽度，在拟建道路两侧界限以内的范围为受护对象。拟建道路属三级及以下级公路设施，采用等级为Ⅳ级，可以按照最大煤组（煤层）厚度60倍确定压覆深度，估算压覆煤层资源量；其围护带宽度为5m。拟建连接道路边界的垂直图切剖面图上，在受护带边界外围划出围护带5m边界，由围护带边界点以下伏岩层边界角作直线与煤层底板相交，得交点。在垂直剖面图上，将交点投影到地面上，得出该剖面上各煤层项目区位置保护煤柱边界在地表的投影点，以确定拟建项目各煤层保护煤柱的平面边界。

图件编制、资源量估算：

①利用计算机绘制垂直剖面图；

②在拟建项目煤层底板等高线图上圈定压覆范围，圈定估算面积，估算煤炭资源量。计算机成图，编制文字报告。

2.建设项目压覆重要矿产资源必然性论证

(1)建设项目必要性论证

①该煤矿现有井筒服务年限较长，主要回风井筒当初设计断面较小且变形严重，导致矿井通风局部阻力过大。随着开拓延深，矿井用风量增大，矿井负压进一步升高，本矿井主要开采煤层为容易自燃或自燃煤层，通风负压较大时容易造成采空区一氧化碳向采掘区域扩散，不利于安全生产管理。

②目前开采工作面温度已达到30℃以上，严重影响安全生产和工人健康。为给工人营造一个舒适的工作环境，保证矿井的正常接续及生产，通过加大通风量改善作业环境，降低工作面温度，给工人创造一个舒适健康的工作环境。因此，对矿井通风系统的优化改造项目场地的建设是非常有必要的。

(2)建设项目压覆煤炭资源不可避免性论证

在项目选址方案的优化过程中，设计贯穿以人为本的思想，坚持自然和谐的理念，努力实现为环境而设计的精神。针对工程的客观事实以及环境的变迁，综合考虑自然条件、人文社会、经济发展等因素，确定项目选址优化原则。

(3)项目社会经济效益评价

该煤矿通风系统优化项目的建设，带动了工业经济发展。总的来看被压覆煤炭资源储量的价值与拟建项目带来的巨大而长远的经济效益和社会效益相比较小。

3.压覆矿产资源影响评价

(1)拟建项目保护范围

依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》（2017版）第33条，拟建工业广场保护等级为Ⅰ级；拟建道路为四级及以下级公路，保护等级为Ⅳ级；根据35条，Ⅰ级围护带范围为20m；Ⅳ级围护带范围为5m。

(2)采深采厚比方法评价

①拟建设项目为矿井主要通风机房项目：保护等级属Ⅰ级。依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》（安监总煤装〔2017〕66号）第60条，国家重要建筑物压煤允许采用全部垮落法进行试采的相关煤层采深采厚比之规定。拟建项目比照国家Ⅰ级铁路（薄及中厚单一煤层的采深与单层采厚比大于或者等于150；厚煤层及煤层群的采深与分层采厚比大于或者等于200），按采深采厚比200倍计算确定最大压覆深度，即煤层埋藏深度在采厚200倍以浅范围构成压覆资源量关系。拟建项目范围压覆羊场湾煤矿煤层群最厚厚度为10.64m，预测影响最大深度为2128m，根据煤层赋存情况，压覆最深煤层海拔为+1351.5～1364.8m，确定拟建项目范围影响最大深度为714.3m，羊场湾煤矿开采影响的最低海拔为+638.20m，故拟建项目压覆羊场湾煤矿的最低开采标高均在+638.20m以上，羊场湾煤矿开采对拟建项目有影响。

②拟建连接道路：保护等级属Ⅳ级。依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》（安监总煤装〔2017〕66号）第60条，国家重要建筑物压煤允许采用全部垮落法进行试采的相关煤层采深采厚比之规定。连接道路比照国家Ⅳ级铁路（薄及中厚单一煤层的采深与单层采厚比大于或者等于20，小于40；厚煤层及煤层群的采深与分层采厚比大于或者等于40，小于60），按采深采厚比60倍计算确定最大压覆深度，即煤层埋藏深度在采厚60倍以浅范围构成压覆资源量关系。连接道路压覆羊场湾煤矿煤层群最厚厚度为10.64m，影响深度为638.4m，连接道路区地表标高为+1350.0～1354.5m，确定羊场湾煤矿开采影响的最低海拔为+711.6m，故连接道路区压覆羊场湾煤矿的最低开采标高均在+711.6m以上，羊场湾煤矿开采对连接道路有影响。

在各煤层充分采动情况下，概率积分法评价压覆羊场湾煤矿采空区塌陷预测最大下沉值7460mm、最大倾斜值14.80mm/m、最大曲率值0.04mm/m2、最大水平变形值6.75mm/m；通过计算和分析，羊场湾煤矿主要矿层采矿对地表影响程度为强，现状条件下评估范围内无地面塌陷，后期煤层开采产生地面塌陷可能对建设工程场地造成不均匀地面沉降及地裂缝。

4.拟建项目压覆区地质特征

(1)拟建项目压覆区地层

根据地质报告确定拟建项目地表被第四系风积沙和粉土所覆盖，检查孔揭露的地层有第四系（Q）、侏罗系中统直罗组（J2z）、侏罗系中统延安组（J2y）。

(2)含煤性煤层及煤质特征

羊场湾煤矿范围含可采煤层12层（煤层编号一、二、二下、五、六、七、九、十一、十二、十四、十五、十六煤），最大单层或小煤组厚度9.68m，累计可采煤厚平均28.58m。

在压覆范围内，一、二、五、六、九、十二、十四、十五、十六煤层等6层有可采地段分布；在压覆范围内，二下、七、十一煤层为羊场湾煤矿无煤区。

5.建设项目压覆矿产资源储量估算

(1)资源储量估算工业指标及其依据

①工业指标

拟建项目内煤层倾角较缓，一般均小于25°，煤类以不粘煤为主。确定本次资源量估算指标：煤层有益厚度≥0.80m；最高灰分（Ad）：40%；最高硫分（St,d）：3%；最低发热量（Qnet,d）：17MJ/kg。

②资源储量估算依据

本次拟建项目资源储量估算块段划分原则沿用储量核实报告成果资料。拟建项目参与资源量估算的煤层主要有9层，编号为一、二、五、六、九、十二、十四、十五、十六煤。工业广场内二下、七、十一煤层为羊场湾煤矿无煤区，连接道路根据采深采厚比计算，参与资源量估算的煤层主要有8层，编号为一、二、五、六、九、十二、十四、十五煤。拟建项目内二下、七、十一煤层为羊场湾煤矿无煤区。

③资源储量估算方法的选择

本次拟建项目域只是对原块段面积进行分割，其余资源储量估算参数均沿用原储量核实报告资料，故本次采用块段面积分割法，利用拟建项目界线分割原估算图上块段资源储量，计算公式如下：

块段压覆资源储量=原块段资源储量×块段压覆面积/原块段面积。

④资源储量估算范围

拟建项目资源量估算范围为：采用垂直剖面法在煤层底板等高线图上圈定保护煤柱范围，连接每个剖面上保护煤柱边界最大范围，即为每一层煤资源储量估算范围。

⑤拟建项目煤层底板等高线及资源储量估算图的编制

编制依据主要有原勘探线剖面图、原煤层底板等高线及资源储量估算图、拟建项目垂直剖面图等。在各煤层底板等高线及资源储量估算图上，画出拟建项目边界的两条垂直图、拟建项目中线、围护带边界和羊场湾煤矿矿井界线，并投影出保护煤柱边界，编制建设项目各煤层底板等高线及资源储量估算图。

⑥地形地质及最大压覆范围图

将矿区各煤层资源储量估算范围叠加投影到地形地质图上，连接各煤层资源储量估算最大范围拐点，编制而成。