铁山背斜煤层采空区特征及高铁通道选择评价

张虎，甘辉

铁山背斜煤层采空区特征及高铁通道选择评价

张虎，甘辉

（四川省煤田地质局一三七队，四川 达州 635006）

以煤矿资料分析铁山背斜两翼煤层采空区特征，采空区平面分布服从煤层展布特点，立面图在走向上呈阶梯分布。走向无煤区、薄化区、未开采段、开采标高相对较高段落是通道选择的条件，选择了3个高铁通道。从采空区情况、变形特征对通道进行评价：1、2号备选通道不适宜，3号备选通道具备适宜条件。

铁山背斜；采空区；通道选择；通道评价

在川东地区高铁选线势必穿越一些背斜构造。背斜两翼分布煤矿经多年开采形成大量采空区。对高铁的稳定性有重大影响（陈则连，2005；张津卫，2014），对选线提出挑战。本文以铁山背斜为研究对象，在分析煤层采空区分布基础上，提出高铁通道选择适宜性评价，为背斜采空区地区高铁选线提供参考。

1 地质背景

铁山背斜属四川盆地川东褶皱带次级褶皱，轴向北东20°，背斜为西翼陡，东翼较缓的不对称背斜。轴部出露上三叠统须家河组，轴线与铁山山岭基本吻合，两翼出露下侏罗统自流井组至中侏罗统沙溪庙组。含煤地层为须家河组，可采煤层17层，但不连续。

2 采空区特征

2.1 平面特征

铁山背斜分布14个煤矿，东、西翼均有分布，个别跨两翼。准采煤层有多层，采空区是所有准采煤层采空区的并集。平面上，由于背斜西翼陡、东翼较缓，煤层采空区西翼投影面积小，东翼采空区投影面积较大；采空区与煤层沿两翼其本连续分布，个别薄化区或未采区分布不连续（图1）。

图1 修复治理区位置图

1-行政界线；2-修复治理区及编号；3-铁路；4-高速公路；5-普通道路修复治理区位置图

2.2 立面特征

煤层（多层煤取并集）采空区投到立面图：单个煤矿由于煤层厚度、开采情况变化，煤矿最低采空标高不一定在矿权范围是贯通的(同一高程)，即走向上不同段呈阶梯状；多个煤矿对比不同煤矿最低开采标高不完全一致；某翼煤层走向上采空区呈台阶式高低起伏，局部段未开采，或是薄化区；从两翼（垂直轴部方向）对比来看，煤层开采最低标高不一致，煤层薄化区(所有煤层在该区域都薄化)在两翼不同时存在（图2）。

图2 铁山背斜煤层采空区立面示意图

3 高铁通道选择评价

3.1 选择思路及结果

优先选择薄化区、无煤区，称为A段；其次选择未开采段，称为B段；再次选择某翼开采标高相对较高段落，称为C段。以其中一翼的某一段为基础，在满足高铁转弯半径范围内，看另一翼是否有A、B、C段，有则作为一个高铁备选通道。共选出1号、2号、3号通道。

3.2 通道评价

1）背斜两翼通道位置均无煤层采空区的通道为适宜铁路通道；

2）背斜一翼或两翼通道位置有采空区，采空标高在铁路设计标高以上，铁路从采空区下部通过，评价为基本适宜通道；

3）其一：背斜一翼无煤层采空区，另一翼有采空区，采空区标高在铁路设计标高以下，铁路从采空区通过；其二：背斜两翼采空区标高均在铁路设计标高以下，评价为不适宜作为铁路通道。

3.2.1 高铁1号通道

1）采空情况。①背斜西翼采空情况。通道位置煤层+260m以上为老窑采空区，通道北侧煤层+190m以上为采空区，1煤矿靠州河段煤层+250m以上为老窑采空区。（图3）。②背斜东翼采空情况。1号通道在背斜东翼走向长约670m。通道段位于采矿权建设煤矿南矿界以处。通道范围内煤层+256m以上为老窑采空区，通道南、北测采空区标高为-100m和+403m（图3）。

图3 铁山背斜1号通道东翼采空立面示意图

2）采空区变形情况。铁山背斜1号通道西翼采空区净宽分别为0.32～1.12m、0.19～0.77m和0.30～0.83m，煤层倾角一般70°；东翼采空区净宽分别为0.50～1.30m和0.30～0.75m，煤层倾角一般50°。铁山背斜1号通道东、西两翼通道内采空区形成时间于70年代以前，距今50多年。区内含煤岩组多为泥岩、砂质泥岩，一般岩层厚（顶、底板）1～5m，少数7～20m，老顶、底多为厚层状硬质石英砂岩。顶、底板一般平直，较完整，不易冒落。开采工作面采用坑木支护，一般不作回收，采用全部陷落法处理采空区，自然垮落法管理顶板。煤层采空后多数段顶板不立即冒落，局部煤层薄化未开采起到支撑作用，采空区来压周期规律不明显，一般5～8天，在有坑木或局部充填物支撑的情况下，顶板悬空。因此，采空区为由破碎岩块、碎屑和弃渣组成的倾斜状破碎带，岩块呈架空结构，破碎带之外为完整稳定岩体；采空区局部因木柱支护可能存在空腔。采空区为未完全垮塌的空腔，内有少量充填物，积水不明。

3）通道适宜性评价。铁山背斜东、西两翼通道采空区均为老窑采空区，垮落不充分，采空区可能存在空腔，采空区形成时间长达五十年。根据《煤矿采空区岩土工程勘察规范》确定采空区场地目前无扰动情况下稳定。根据拟设铁路通过铁山背斜设计标高（约300m），拟设线路将在铁山背斜两翼从采空区通过，1号通道不适宜作高铁通道。

3.2.2 高铁2号通道

1）采空情况。①背斜西翼煤层采空情况。2号通道位于4煤矿矿区南部，走向长约670m（图4）。通道范围内4煤矿范围煤层+250m标高以上采空，通道南侧3煤矿范围煤层+302m标高以上采空。②背斜东翼煤层采空情况。2号通道位于6煤矿矿区南部，走向长约700m（图4）。通道范围内6煤矿浅部+400m标高以上采空，深部薄化不可采；通道北侧煤层+120m以上采空；通道南侧8煤矿范围煤层+290m标高以上采空。

图4 铁山背斜2号通道东翼采空立面示意图

2）采空区变形情况。根据调查，铁山背斜2号通道西翼采空区净宽分别为0.33～0.55m、0.30～0.51m和0.40～0.80m，煤层倾角一般82°；东翼采空区净宽为0.29～0.37m，煤层倾角一般27°。铁山背斜2号通道西翼通道内采空区形成时间为近1～5年，东翼采空区形成时间为80、90年代。区内含煤岩组多为泥岩、砂质泥岩，一般岩层厚（顶、底板）1～5m，少数7～20m，老顶、底多为厚层状硬质石英砂岩。顶、底板一般平直，较完整，不易冒落。开采工作面采用坑木支护，一般不作回收，采用全部陷落法处理采空区，自然垮落法管理顶板。煤层采空后多数段顶板不立即冒落，局部煤层薄化未开采起到支撑作用，采空区来压周期规律不明显，一般5～8天，在有坑木或局部充填物支撑的情况下，顶板悬空。因此，采空区为由破碎岩块、碎屑和弃渣组成的倾斜状破碎带，岩块呈架空结构，破碎带之外为完整稳定岩体，采空区局部因木柱支护可能存在空腔。采空区为未完全垮塌的空腔，内有少量充填物，积水不明。

图5 铁山背斜3号通道东翼采空立面示意图

3）通道适宜性评价。背斜西翼通道采空区为新形成的采空区，东翼采空为老采空，采空区垮落不充分，采空区存在空腔。根据《煤矿采空区岩土工程勘察规范》确定采空区场地不稳定。根据拟设铁路通过铁山背斜设计标高，拟设线路将从背斜西翼采空区通过。2号通道不适宜作高铁通道。

3.2.3 高铁3号通道

3号通道内为无煤区和未采区，背斜两翼通道内均无煤层采空区，评价适宜作为高铁通道（图5）。

4 结论

针对铁山背斜两翼采空区最低采高顺煤层走向呈阶梯分布，选择了三个高铁备选通道，根据通道采空情况、稳定性等，结合高铁设计标高，进行评价比选；认为1、2号为不适宜的高铁通道，3号通道适宜作为高铁通道。

陈则连. 2005.煤矿采空区地基变形及对铁路工程影响评价研究[D]. 成都:西南交通大学.

张津卫. 2014.某石棉矿采空区对铁路的稳定影响分析[J].铁道勘察，5：58-60.

Characteristics of Mined-Out Area of the Tieshan Anticline Coal Bed and Selection of High-Speed Rail Access

ZHANG Hu GAN Hui

(The 137th Geological Team, Sichuan Bureau of Coal Geology, Dazhou, Sichuan 635006)

This paper makes an approach to characteristics of mined-out area of coal bed in two wings of the Tieshan anticline on the basis of data of the Tieshan coal mine. The plane distribution of the mined-out area is the same as that of coal bed, while longitudinally, the mined-out area is distributed in a step pattern. Coal-free zone, coal bed thinning zone, unexploited section and mined-out zone with high altitude are available for the construction of high-speed rail access. The alternate access 3 is available.

Tieshan anticline; mined-out area; access selection; evaluation

2020-04-10

张虎（1986—），男，四川达州人，工程师，研究方向主要为矿产地质

U212.22

A

1006-0995（2021）01-0086-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.01.017