吉林至珲春铁路蛟河煤矿区工程地质选线

张 健

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

吉林至珲春铁路西起吉林市，东至延边朝鲜族自治州珲春市，途径吉林市、蛟河、敦化、延吉、图们、珲春等市县。吉珲铁路的建设是促进延边州开放，带动长吉图区域、图们江流域的开发，实施长吉图区域规划的先行和启动。蛟河煤炭工业区分布于蛟河市奶子山镇北部，煤矿开采历史悠久，已有120多年历史，面积近40 km2，累计采出煤炭近7 000万t，由于资源枯竭，2002年6月，蛟河煤矿正式破产。矿区内20多km2土地地表下沉，房屋受损，基础设施被破坏，精确确定蛟河煤矿采空区分布成为控制线路方案选择的决定性节点。

1 线位方案

线路出吉林市区向东时有两个大的方案，南绕煤矿采空区方案从长吉城际铁路吉林站引出，向东跨越松花江、龙丰线、长图高速公路后，穿越太平山，跨过拉法河，于蛟河市西南侧设蛟河西站。出站后沿国道302行至白石山镇，之后两跨既有长图线至威虎岭，再沿302国道经黄泥河镇、秋泥沟镇至敦化市设敦化北站。主要比选方案是沿高速公路走廊比较方案，该方案从长吉城际铁路吉林站引出，向东跨越松花江、龙丰线、长图高速公路后，向东北方向与长吉图高速公路沿牤牛河河谷并行，横穿蛟河天岗大理石工业园区后，穿越拉法山于蛟河北设站，出站后继续与长吉图高速公路并行，在黄泥河镇南双泉上村与南绕煤矿采空区方案相会。该方案在蛟河煤矿采空区附近派生出两个局部方案:沿高速公路走廊方案和沿高速公路走廊绕采空区方案。其中沿高速公路走廊方案距离采空区边界较近，有采空区处理和压覆煤矿的问题(见图1)。

图1 蛟河煤矿区方案比选示意

2 工程地质特征

2.1 地形地貌

线位通过处为一向斜构造盆地(蛟河盆地)，盆地长约42 km，宽约18 km呈北北东向展布，中部河流宽浅，两岸阶地发育，自河谷向东西两侧，地势逐渐抬高以低缓丘陵为主，海拔260～340 m，相对高差5～30 m，河谷地带村镇密布，多为农田，丘陵地带林木茂密。

2.2 气象特征

蛟河市属北亚温带湿润半湿润大陆性季风气候。按照对铁路工程影响的气候分区标准，该区为严寒地区。夏季短促温暖，冬季漫长酷寒，春季干旱多风，秋季凉爽，四季分明。年平均气温4℃，极端最高气温34.9℃，极端最低气温－41.8℃，年平均降水量651.4 mm，主要集中于6～8月;年平均蒸发量948.9 mm;平均相对湿度76%，全年平均风速约2.6 m/s，最大风速31.3 m/s。土壤最大冻结深度167 cm。

3 地层及构造

3.1 地层岩性

区内地层主要有晚古生界二叠系、中生界侏罗系及白垩系、新生界第三系和第四系地层，期间发生过多期岩浆侵入。煤系地层自下而上分别为侏罗系上统奶子山组(J3n)、白垩系下统乌林组(K1w)。

(1)华力西晚期花岗岩类侵入岩(γ43):与晚二叠世及其以前的地层呈侵入接触关系，其下限为晚二叠世，多出露于煤田四周。

(2)煤田底板为二叠系板岩:受海西运动影响，岩层多呈波浪式起伏，形成了强烈的褶皱带，板岩产状:N40°～50°W/5°～8°S。

(3)侏罗系上统奶子山组(J3n):侏罗系上统地层广布于整个蛟河盆地，与下伏二叠系板岩为角度不整合接触，为区内主要的含煤地层，总厚度156～420 m。岩层走向大体为北东向，向西倾斜。岩性主要为含砾砂岩、砂岩、砂质页岩和三个煤组，共计7层煤，分别为3号、3 号a、3 号b、4 号、4 号 a、5 号、5 号 a。其中3 号、4号、5号是采煤的主要对象。3号煤层最稳定，分布最广，煤质最好，距离地表深度151.2～263.0 m，最大厚度为6.813 m，最薄为0.047 m，平均厚度2.393 m;4号煤层埋深179.7～313 m，最大厚度2.164 m，最薄0.098 m，平均厚度0.963 m;5号煤层埋深209.35～385.2 m，平均厚度在1 m左右。其余煤层局部可采。

(4)白垩系下统乌林组(K1w):主要分布在蛟河盆地东部边缘，出露在柳树林子、奶子山镇、煤窑屯、平安堡一带，呈条带状展布。本组岩性特征明显，主要为一套粗碎屑堆积，为灰黄色、灰白色砾岩，砂岩，青灰色细砂岩夹灰黑—灰绿色粉砂岩，夹1号、2号两个煤层。1号、2号煤层为本区内最差煤层，煤层埋深浅，1号煤层埋深48～99 m，2号煤层埋深60.22～124.2 m，主要为个体私采的小煤窑，多分布于大矿周边，构成一个由粗到细的比较完整的沉积旋回。其中斜层理及交错层理发育，反映了由河流相向湖沼相逐渐过渡的特点。煤层主要分布于苇塘、奶子山、乌林一带，由此向其他方向煤层很快变薄尖灭。本组地层厚度103～250 m，与下伏上侏罗统奶子山组呈平行不整合关系。

(5)第四系地层(Q4):以冲洪积黏性土、砂土为主，厚2～10 m。

3.2 地质构造

蛟河煤矿位于张广才岭的西南部，属中朝地块。

乌林矿区在地质构造上属于蛟河煤田盆状向斜构造之北东边缘部分，在生成煤田之前因造山运动影响，使古生代石炭二叠系地层形成波浪式褶皱，与煤系地层底部形成角度不整合关系。另详查报告中已查明断层大小共计5个，多为规则的高角度正断层，走向由南北转向北东方向，反应出该区域地质构造比较复杂，煤层沉积变化较大，歼灭现象比较普遍。

4 采空区对线位影响及现状调查

比较方案沿高速公路南方案，处于矿区边界及高速公路之间，受蛟河矿区大面积采空区(蛟河煤矿乌林塌陷区)及小煤窑采空区的影响较大。根据蛟河煤矿乌林矿区的精查报告，蛟河煤矿塌陷区、老矿区采矿权及新的小煤矿采矿权拐点坐标，并通过调查访问及物探，在图上反应了分布于大矿周边的井口，及小煤窑采空区的边界。

蛟河煤矿采空区主要由两部分组成:(1)大面积采空区(蛟河煤矿乌林塌陷区)分布于线位西南方向，其边界距离线位190 m。主要为国营大矿开采，目前资源已枯竭，形成塌陷区。(2)小煤窑采空区:分布于多属个体、集体私采或历史遗留造成的，无采矿权、无规划及勘查资料。小煤窑采空区地表一般都有裂缝(见图2)，局部已产生塌陷(见图3)。通过收集资料、调查访问及布设物探工作，基本查清了其分布范围，线路距小煤窑采空区最近距离位30 m。沿高速公路南方案行走于原宏达矿区边界外194 m，距小煤窑采空区边界194 m，处于采空区安全距离以内。同时据访问当地居民该处线位C13K80+040右184 m为一处较老的J3矿口(已经废弃)，是建国初期的私采小煤窑，根据物探资料显示C13K80+040右30 m处为采空区;另外，根据访问，线路里程C13K80+800右350 m、C13K81+000右400 m为复兴煤矿J5矿口和龙凤煤矿J6矿口，由于开采能力小，储量小，投资大等原因均已停业，矿井均废弃，根据物探资料显示C13K80+800右130 m、C13K81+000右120 m处为采空区。其余J1、J2、J7属宏达煤矿和平安煤矿矿口(见图4)。

图2 蛟河煤矿采空区房屋裂缝

图3 蛟河煤矿采空区地表沉陷

5 线路方案比选情况

线路方案比选情况如表1所示。

表1 线路方案比选情况分析

6 结论

综合分析认为，大面积采空区及小煤窑采空区均对线位有影响。

大面积采空区(乌林塌陷区)，埋深约在200～400 m之间，新建铁路位于其北部安全距离内，采空区埋深大，处理困难，存在较大的安全隐患。

小煤窑采空区，埋深20～120 m，开采深度较浅，但开采年度久远，勘探处理工程投资大，施工质量难以保证，安全问题亦难以解决。

图4 蛟河煤矿矿区平面示意

通过对三个方案的比选，确定了最终的推荐方案为南绕煤矿采空区方案，该方案在进行优化后作为吉珲铁路最终的线路设计方案。

[1]铁道部第一勘测设计院.铁路工程地质手册[M］.北京:中国铁道出版社，1999

[2]TB10012—2007 铁路工程地质勘察规范[S］

[3]TB10027—2001 铁路工程不良地质勘察规程[S］