大型运煤铁路压覆多矿区煤炭资源评估分析

计江超

(西安源丰诚工程咨询有限公司，陕西 西安 710100)

0 引言

为有效保护和合理利用矿产资源，根据《中华人民共和国矿产资源法》第33条“ 在建设铁路、工厂、水库、输油管道、输电线路和大型建筑物或建筑群之前，建设单位必须到所在省、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。按原国土资源部《关于进一步做好建设项目压覆重要矿产资源审批管理工作的通知》(国土资发〔2010〕137 号)相关要求，为保证建设项目顺利实施，需要对建设项目压覆工程区矿产资源状况进行评估。

靖神铁路是陕西省“十三五”规划交通运输基础设施重点建设项目；是榆林市境内连接靖边与神木的国铁Ⅰ级电气化铁路，是中国“北煤南运”战略运输通道的组成部分，主要服务于神府、榆神、榆横三大矿区和神府、榆神两大工业园区。靖神铁路贯穿榆林能源化工基地，铁路设计宗旨为解决榆横矿区和榆神矿区的煤炭外运难题，由于该区煤炭资源丰富，煤炭资源分布范围广泛，靖神铁路的建设必然会压覆大量煤炭资源。笔者自参加工作以来，一直致力于陕西省境内各类建设项目的压覆矿产资源评估工作，并主持完成了靖神铁路初次及调整后的压覆矿产评估报告的编写，积累了丰富的行业经验。本文以靖边至神木集运铁路工程压覆矿产资源为例，对连接多个矿区的运煤铁路专线压覆其沿线多个矿区压覆矿产评估工作的方法及难点进行研究与分析。

1 建设项目及所在区概况

1.1 建设项目概况

靖边至神木集运铁路工程作为榆神矿区和榆横矿区的公共煤炭运输通道，通过本线可以将煤炭资源直接运往榆横工业园区和靖边能源化工综合利用产业园，形成一条内部煤炭运输通道，同时可经本线运至蒙西至华中铁路集运，从而形成一条对内对外货物交流的运输通道，在地区路网上起着连接了包西、蒙西至华中通道与太中银三大铁路干线的重要煤炭运输作用。铁路工程采用国铁Ⅰ级标准，项目全部位于陕西省榆林市境内，北起神木市锦界镇红柠铁路新设活力害兔线路所，经榆阳区、横山县，穿越榆神矿区、榆横矿区，南端终于靖边县蒙华铁路靖边北站，正线铁路长度243.958 km。该工程还建设有小纪汗北至红石桥和孟家湾至红石峡2条联络线共计79.817 km，全线新设及改建车站18个，线路所5个。

1.2 项目所在区概况

项目沿线均位于毛乌素沙漠东南塬与黄土高原的接壤带，地势由西北向东南倾斜，海拔范围在1 006～1 350 m间，其区域地貌为黄土梁峁沟壑和沙漠草滩及河谷区。全线主要跨越的河流有秃尾河、榆溪河、三道河、白河、无定河、芦河等，各河流受季节影响很大，常年有水，侵蚀力强。项目区主要交通干线有包西铁路、蒙华铁路、太中银铁路、榆横煤化工铁路、包茂高速、青银高速、榆神高速、210国道、204省道等，交通条件便利。

项目区区域构造位置处于鄂尔多斯盆地中部次级构造单元陕北斜坡之上，为一单斜构造，岩层向北西微倾，倾角1°左右，局部发育有宽缓的波状起伏及鼻状隆起等次级构造，未发现规模较大的褶皱、断裂，亦无岩浆活动痕迹。区内地层由老至新为三叠系上统瓦窑堡组(T3w)、侏罗系下统富县组(J1f)、侏罗系中统延安组(J2y)、侏罗系中统直罗组(J2z)、侏罗系中统安定组(J2a)、白垩系洛河组(K1l)及第四系黄土。项目区下部含水层主要为冲积砂砾石层孔隙潜水、冲湖积粉细砂层孔隙潜水、风积黄土裂隙孔隙潜水和碎屑岩类裂隙潜水。沿线地层按其工程地质性质分为坚硬厚层-块状碎屑岩类、软硬相间互层状含煤碎屑岩类和半坚硬厚层-块状碎屑岩类及各类土体。

2 压覆矿产资源情况

2.1 项目沿线矿区分布情况

蒙西至华中地区铁路煤运通道集疏运系统靖边至神木集运铁路工程建设旨在解决榆横矿区和榆神矿区的煤炭外运难题，铁路主线及支线全部穿行于陕北侏罗纪煤田榆神矿区和榆横矿区范围内，铁路沿线下部基本全部都有已探明煤炭资源储量分布，将不可避免地压覆大量煤炭资源。为降低煤炭资源的浪费和对矿山开采规划影响，铁路在选线阶段即对项目区矿权分布进行了初步调查，铁路大部分地段均沿各矿区边界走线，并对各煤矿采空区范围进行了避让，对已设的煤矿矿区开采影响较小。由于该铁路为运煤铁路专线，线路的建设实施也有助于各矿区煤炭外运，该项目的建设取得了大部分矿业权人的支持，并最终与各个矿业权人签署了同意项目建设并压覆其矿产资源的协议。

项目评估工作首先根据项目坐标在主管部门查询上表矿区及矿业权分布情况，然后有针对性地收集各矿区及矿业权最近一次备案报告、矿业权信息以及矿山建设开采现状等资料，并在收集整理过程中及时查漏补缺。最终根据铁路用地范围及整理转换后的沿线各矿区2 000国家大地坐标系投影叠加后确定了铁路自北向南涉及共计35个煤矿上表矿区、11个煤矿采矿权和11个煤矿探矿权。由于所涉及矿区较多，为便于报告叙述及相应图件制作，评估工作对这些上表矿区和矿业权均进行了简单编号区分。

2.2 项目沿线矿产资源分布情况

靖神铁路沿线涉及矿区较多，评估工作前后共收集整理了42份地质勘查报告及26份压覆矿产评估报告。压覆地质资料前后时间跨度大，坐标系统，煤层编号系统各不相同。评估工作首先以榆神和榆横两大矿区为界将压覆区分为南北2部分，然后根据原有地质报告、煤系地层划分及临近钻孔数据对不同矿区各个煤层进行对比后重新统一编号，同时对与铁路存在重叠压覆的各压覆评估报告中的压覆煤层进行了对比分析。对比后判定铁路北部在榆神矿区涉及延安组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和富县组f1共17层煤，南部在榆横矿区涉及2、2下、3上、3、4-1、4-2、5上、5、5下、6、7、8、9和10号共14层煤。煤层编号对照见表1、表2。

表1 靖神铁路北段榆神矿区煤层编号对照

表2 靖神铁路南榆横矿区煤层编号对照

评估报告在确定了铁路沿线煤层分布情况后首先将所收集到的勘查报告及压覆报告涉及到的各个煤层估算图统一转换为2000国家大地坐标系下111°投影带图件，然后根据矿区范围拼接组合各个煤层分布图及估算图，在整理过程中对可采区距离铁路项目较远的北部2-2上和南部5下及10号煤层予以剔除，最后根据原始地质资料分析整理铁路压覆区内各煤层赋存参数。该项目所压覆各个煤层厚度在0.80～12.36 m之间，埋深80～780 m。榆神矿区各煤层主要为为特低灰、特低硫、低磷、特高热值、富油的不粘煤31号(BN31)和长焰煤41号(CY41)，榆横矿区各煤层主要为特低低灰、特低中高硫、特低中磷、高特高热值、较低中等软化温度灰的的长焰煤。通过对地质勘查资料的整理、调查分析，为项目建设提供了地质依据。

3 保护煤柱留设

3.1 确定压覆对象

靖神铁路压覆煤层范围广，涉及矿区及矿业权数量较大，压覆区煤层数量较多。为相对准确合理的确定铁路对各个矿区及各个煤层的压覆情况，项目评估工作首先根据铁路走径及沿线矿区及矿业权分布情况将铁路压覆区自北向南划分为24个区段，然后分区段开展对压覆对象和保护煤柱宽度的计算工作。

考虑到铁路沿线煤炭勘查工作程度较高，沿线各矿区内钻孔分布较为均匀，评估工作在铁路两侧各矿区内无差别选取了临近的约250个钻孔，然后根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》(后文简称《规范》)确定其铁路保护等级为Ⅰ级，并根据各区段内钻孔数据计算确定铁路各区段所压覆的共计28个煤层采深采厚比区间值，对于采深采厚比区间值全部满足可用全部垮落法试采的部分区段煤层不予留设保护煤柱，对其余不满足全部垮落法试采的煤层留设保护煤柱并计算压覆资源量，通过计算后共计对铁路所压覆北段1-1、1-2、2-2、3-1、4-2、4-3、5-1、5-2煤层和南段2、3上、3共11个可采煤层留设了保护煤柱。

3.2 确定保护煤柱范围

项目区内煤层产状平缓，煤层倾角一般在1°左右，可不考虑煤层倾角对保护煤柱的影响。其保护煤柱根据《规范》采用垂直剖面法选用移动角留设。由于本区各煤层上覆松散层为沙层和土层，属软弱岩类，上覆基岩为中细粒砂岩、粉砂岩及泥岩，工程性能属中硬岩类。评估工作以建设单位给定铁路路基桥梁及隧道外轮廓范围外推Ⅰ级保护对象的15 m围护带范围，根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采指南》中铁路所在榆神榆横矿区多个煤矿移动角数据加权平均后选用松散层移动角φ=45°，基岩移动角δ=70°外推留设保护煤柱。铁路各区段压覆各煤层的平均地面标高、松散层厚度及煤层底板标高、基岩厚度及埋深等数据均根据统计的各区段内临近钻孔数据分析计算确定。最终根据计算确定铁路压覆各煤层保护宽度为其工程用地外轮廓外推84～268 m，再根据各已备案报告估算图及制作形成的压覆各煤层估算图上外推保护煤柱宽度，扣除煤层不可采范围、采空区及已核实备案的建设项目压覆区后确定了本次铁路所压覆各煤层保护煤柱范围。在软件中投影叠加取最大外边界后进一步确定资源量估算范围，如图1、2所示。

图1 靖神铁路压覆榆神矿区保护范围剖面Fig.1 Sectional view of the protection area of the Yushen mining area covered by Jingshen Railway

图2 靖神铁路压覆榆横矿区保护范围剖面Fig.2 Sectional view of the protection area of the Yuheng mining area covered by Jingshen Railway

3.3 估算压覆资源量

压覆资源量估算采用分割法在工程压覆区所属报告相应煤层底板等高线及资源量估算图上进行分割估算。煤层视密度、煤层厚度均与已批准原报告相应区块参数一致。块段面积采用计算机在各煤层底板等高线及资源储量估算图上直接读取。因压覆矿区块段数量过多，块段编号采用其所属矿区/矿权编号加该矿区内块段序号的编号方式进行编排统计，块段资源量类型也根据现行规范进行了转换。靖神铁路压覆煤炭资源范围示意图，如图3所示。

图3 靖神铁路压覆煤炭资源范围示意Fig.3 Schematic representation of the scope of coal resources covered by Jingshen Railway

经估算，蒙西至华中地区铁路煤运通道集疏运系统靖边至神木集运铁路工程共压覆煤炭资源储量总量共计68 610万t，所压覆资源量分属于25个勘查矿区(含7个探矿权)和11个采矿权中。集运铁路工程压覆煤炭资源量较多，但大部分地段位于采矿权及规划矿区范围的边部，而且铁路的建设有效的沟通了铁路沿线已有矿山及规划矿区，有效解决了矿区煤炭外运的难题，最终从压覆矿产角度评价该铁路可行。

4 结语

(1)压覆评估报告的编制，为建设项目计算确定了保护煤柱范围，为保护建设项目建设运行安全、被压覆矿业权开采规划、主管部门矿产资源储量登记以及建设项目压覆矿产资源申报提供了可靠的地质依据。通过对以往地质勘查资料的分析整理、综合研究，以《构筑物、水体、铁路及主要巷道留设与压煤开采规范》为依据，对蒙西至华中地区铁路煤运通道集疏运系统靖边至神木集运铁路工程压覆重要矿产资源进行了核实，确定了项目沿线矿区及矿业权分布情况，在整理了区内以往地质勘查报告后确定了项目下部涉及压覆煤层，并根据《规范》计算铁路各区段压覆煤层采深采厚比后确定确定了压覆保护对象并分段计算留设了保护煤柱。扣除已备案建设项目压覆范围后计算确定工程新增压覆煤炭资源量68 610万t。

(2)工程所涉及矿业权及以往勘查成果较多，除收集各矿区及矿业权地质信息资料、对多个矿区资料进行整合对比分析等难点之外，工作的重点及难点在于摸清沿线数十个矿区以往勘查成果并从中合理整理筛选统计数据，项目整体评估工作量巨大，前后收集整理涉及矿区及矿业权信息57个、整理地质勘查资料68份、分析统计钻孔约250个、整理钻孔勘查成果数据7 000多个，整理并读取转换各类坐标点28 000多个。评估工作对技术人员的技术水平以及工作精确细致程度均有较高要求，其灵活利用各类办公软件、科学并准确计算统计分析各类数据以确保评估工作的准确与可靠性是极具挑战性的。