长昆客专通过盘县煤田的线路方案研究

长昆客专通过盘县煤田的线路方案研究

郑亚飞，杨举明

（中铁二院工程集团有限责任公司 四川成都 610031）

作者简介：郑亚飞（1972-），男，汉族，云南弥勒人。本科，高级工程师，主要从事铁道工程总体设计。

【摘要】长沙至昆明铁路客运专线经六盘水盘县至昆明，无法绕避南北约60km范围的盘县煤田，只能选择含煤地层较窄处、无采空区或线路在采空区下方安全位置通过。在勘察设计过程中，煤矿方提供资料缺失或不准确，下井实测安全得不到保障，给勘察设计工作带来了极其不利的影响。文章通过各阶段的勘察设计情况，从资料收集、方案选择、地方及煤矿企业意见、社会影响等方面进行分析说明，总结出煤矿采空区勘察设计中应注意的问题，可为其他类似项目提供借鉴和参考。

【关键词】高速铁路 富煤地层 线路方案

1引言

盘县至富源之间，与该段线路垂直的南北走向60多公里长范围，穿越多段富煤地层，其间分布有为数众多的煤矿及小煤窑，尤以火烧铺、金佳、仲恒等大型矿区为代表，线路无法绕避煤系地层和矿区，只能选择含煤地层较窄处、无采空区或线路在采空区下方安全位置通过。

2预可行性研究阶段

在预可研阶段，通过走访调查和资料收集，研究了紧邻高速公路穿仲恒矿区和紧邻盘西铁路穿金佳矿区两个方案，针对穿仲恒矿区方案隧道长，施工风险大，进一步研究了绕避矿区的方案，如图1。因绕避矿区方案线路长，工程投资增加约8亿元，且线路穿越城区，与城市规划不符，结合盘县站位，推荐紧邻盘西线保安煤柱上方通过火烧铺煤矿的方案。

图1 盘县至富源预可研阶段线路方案示意图

3可行性研究阶段

经详细初测，发现火烧铺煤矿盘西铁路保安煤柱两侧地表已经发生塌陷，现有保安煤柱已不能保证客运专线安全，穿金佳矿区方案不可行。故重点研究穿仲恒煤矿方案。

既有曲胜高速公路东西向跨越仲恒煤矿，为保证高速公路安全，煤矿在其下方留有保安煤柱。经贵州省煤矿设计研究院安全评估分析，认为仲恒煤矿现有采空区对本线安全不构成威胁，但必须控制开采范围。因此，在对矿区开采范围进行必要限制的前提下，穿仲恒矿区方案是可行的。在此过程中，盘县地方政府及仲恒煤矿业主提出，由于铁路于仲恒煤矿北开采区通过，压矿多，煤矿北采区可采范围有限，现政府已要求北采区停产，煤矿1000多工人失业，为维护稳定，建议线路方案向北偏移约1km，于仲恒煤矿与上纸厂煤矿之间通过，认为此处煤层陡，压矿相对较少。同时指出仲恒煤矿范围高速公路北侧约90m外存在原区办厂煤矿采空区，原区办厂煤矿为盘县特区原亦资孔区政府所办煤矿，建于1986年，90年代转让给个体经营户，2003年作为无证煤矿关闭，目前已废弃多年，现纳入取得矿权的仲恒煤矿。

由于区办厂开采长达17年，且已封闭，采空区具体情况难以查清，若地方介绍情况属实，则区办厂采空区对铁路影响极大，需采取措施落实区办厂的实际开采情况。由于穿仲恒煤矿方案穿越原区办煤矿采空的问题需要进一步核实，方案可行性存在不确定性，为确保经盘县取直方案可行，同时补充研究了其它可能的通道方案。

4初步设计阶段

经调查，仲恒煤矿与上纸厂煤矿之间采空区已贯通，开采标高约1700m，线路无法通过；上纸厂煤矿和中纸厂煤矿之间原矿权边界相距约900m，上纸厂煤矿2007年底、中纸厂煤矿2008年底才进行扩能扩界，两矿之间可能存在安全通道。因此，重点组织人员对两矿详细的开采资料进行搜集、调查和测量，同时对可能的穿仲恒矿区方案和上、中纸厂煤矿间通过的方案开展了同精度加深地质勘探工作，并从安全、压覆矿藏、施工工期、投资等方面进行综合比选，线路走向方案如图2。

图2 盘县至富源初步设计设阶段线路走向方案示意图

4.1方案综合比选

（1）安全方面分析

1）穿仲恒矿区方案

在仲恒煤矿共布置纵向物探剖面2条，横向物探剖面3条，物探结果显示，中线CK974+640～+790高程1570~1620m有物探Ⅰ类异常区，CK974+340～+780右100m剖面（2-2′）分别在高程1580～1640m和1685～1730m存在两层物探Ⅰ类异常区，3-3′剖面在线路右侧60m以外高程1560～1610m存在物探Ⅰ类异常区，4-4′剖面在线路左侧100～右侧130m高程1590~1695m存在物探Ⅰ类异常区，5-5′剖面在线路左侧20m~右侧高程1640~1750m存在物探Ⅰ类异常区，此外，在地表浅层还存在部分小范围的异常区，物探Ⅰ类异常区推测为采空区或煤层，物探揭示采空区位置与盘县地方政府、仲恒煤矿提供的资料以及现场调查访问的区办煤厂采空区位置大致吻合，经布置6个深孔对物探Ⅰ类异常区进行验证，其中BCZ-ZH-02钻孔在高程1633.54~1631.54m（孔深138~140.1m）处揭示一高2.10m的采空区，BCZ-ZH-04钻至50多米时，孔内出现承压水，水自孔口冒出地面约4米多，1个多小时后才逐渐消退，分析认为可能为老煤窑内积水通过裂隙进入孔内。因此，该段采空区对线路影响极大。

图3 仲恒煤矿采空区示意图

在此情况下，盘县地方政府进一步委托贵州省煤矿设计研究院再次对仲恒煤矿进行了安全评估，评估认为：仲恒煤矿现有采空区对拟建长昆铁路不会产生不良影响，原区办厂煤矿采空区对拟建长昆铁路基本不影响（但报告未确定区办厂位置），线路右侧物探揭示的异常区内经钻孔已揭露的采空区，对拟建铁路存在安全隐患，铁路压覆范围必须禁采。

2）上纸厂、中纸厂煤矿间通过方案

上纸厂煤矿于1998年取得采矿许可证，生产能力6万吨/年，扩能后年生产能力30万吨/年，主要开采3、12、15-1、18、20-1号煤层，开采标高至1750m；目前主要开采3及20-1两个煤层，主采煤层方向为南侧煤层。经实测，上纸厂煤矿主斜井长约180m，方向大致为由北向南，坡度约22°，斜井底往北有一采煤巷道已封闭，采空区无法进行实测，根据煤矿扩能改建采掘工程平面图，该采空区平面位置已到主斜井下方，长度约200m，开采标高最低为1720m，宽约40m，高度不详；主斜井底往东约170m处有一巷道往北掘进，实测巷道长度约62m时，矿方因前方正进行放炮开采作业，禁止进入，据其介绍，该支巷道长约300m，前方巷道宽2.2m、高2m。

中纸厂煤矿于1998年取得采矿许可证，生产能力6万吨/年，2008年进行扩界扩能后生产能力45万吨/年，煤矿可采及局部可采煤层9层。经从南副斜井（风井）进行实测，斜井长约302m，方向由西向东，与岩层走向基本垂直，坡度15~40°由缓变陡至井底，向南开采的巷道有三处，一为在斜井中部1663m标高有一向南水平支巷道，可见长度约40m，矿方介绍该巷道为原上水平面开采主巷道，目前上水平面各煤层已采空，巷道已封闭，支巷道进入约10m并有一次级支巷道由西向东延伸，长度约50m，掌子面未见封闭痕迹；二为斜井再向前延伸长约75m处有一向南支巷道，长约7m，矿方介绍前方为采空区，目前已封闭，无法实测；三为斜井尽头向南巷道，实测至扩能前煤矿边界长度为215m，矿方介绍前方为巷道回采区，回采长度已近600m，并因前方采空区无支撑防护，有掉块，未能进一步进入实测。据矿方介绍及其提供的资料，上水平开采面1663m各煤层已基本开采完毕，目前进行中水平面1600m附近的煤层回采，下水平面1550m标高还未开采。经布置7个深孔对物探Ⅰ类异常区进行验证，物探异常区为煤层或为玄武岩接触带的岩性差异所致，未发现采空区。

经委托四川省煤田地质工程勘察设计研究院对线路通过矿区的安全性进行评估，该单位进一步到现场调查访问，并从矿方了解到新的情况，上纸厂煤矿介绍其开采的3号煤层、20-1号煤层开采标高为1725m，已形成工作面进行回采，其中3号煤层采空区距线路83-27m，但根据2008年及2009年初矿方提供的采掘平面图显示，3号煤层采空区距线路约250m，与评估调查资料出入较大，经在DK977+260左38m和DK977+274.30左60m矿方新提供的3号煤层采空区位置钻2孔，均未揭示有采空区；20-1号煤层已与中纸厂煤矿贯通，据其介绍该层煤煤层厚、煤质好，该地区顺该层煤北至打牛厂煤矿南至火铺均已进行了开采，线路通过该地区均将受其影响，其采空区大致位于DK977+405-DK977+430段，经布置钻孔验证，DZ-HJD-12-1号孔（DK977+415中心）在高程1731.65~1729.55m（孔深52~54.1m）揭示一高约2.10m的采空区，DZ-SZC-01-3号孔（DK977+447左23m）在高程1741.00~1739.20m（孔深37.9~39.7m）揭示一高约1.80m的采空区，DZ-SZC-01-2号孔（DK977+433.80左1.70m）在孔深38.23m处出现漏水现象，其余钻孔均示揭示有采空区和异常现象，综合矿方提供的资料以及物探、钻探结果分析，3号煤层采空区开采范围、开采标高有限，其最低标高按1725m考虑，按此标高进行分析，其顺线路方向对地面可能形成的移动盆地范围约135m。中纸厂煤矿介绍矿区南侧12、14、15-1、20-1号煤层1583m以上已经完成回采，1、3号煤层1658m水平已经回采完毕，正回采1583水平煤层，22、23、24号煤未形成采面，其中3号煤层采空区距线路最近为156m，评估认为对目前线位基本无影响。

综上所述，根据四川省煤田地质工程勘察设计研究院的评估报告及勘探资料，中纸厂煤矿采空区对线路基本无影响，上纸厂煤矿3号煤层采空区对工程有一定影响，但线路影响范围内钻探未揭示有采空区存在，20-1号煤层采空区位于铁路下方，对工程影响较大，为确保工程安全，可采用大跨跨越DK977+405-DK977+430段采空区及其可能形成的移动盆地范围。

图4 中纸厂、上纸厂采空区平面示意图

（2）从压覆矿藏方面分析

根据用地压覆矿产资源评估报告，穿仲恒矿区方案

压覆仲恒煤矿资源543.69万吨，根据四川省煤田地质工程勘察设计研究院对上纸厂煤矿、中纸厂煤矿压覆煤矿的初步估算，拟建铁路压覆上纸厂煤矿矿权内资源168.02万吨，压覆中纸厂煤矿矿权内资源106.89万吨，合计压覆煤矿资源274.91万吨。穿仲恒煤矿方案较上纸厂、中纸厂间通过方案压覆矿藏资源多268.78万吨。

（3）从隧道工期方面分析

穿仲恒煤矿方案壁板坡隧道长12.49km，隧道工期52个月，贵昆段总工期66个月；中纸厂、上纸厂间通过方案壁板坡隧道长14.788km，隧道工期57个月，为贵昆段控制工程。

（4）从盘县车站条件方面分析

穿仲恒煤矿方案盘县车站位于沙坡，距新县城约5km，位于高速公路出口附近，符合地方规划意见；上纸厂、中纸厂间方案盘县车站位于两河镇的冯家庄，距新县城约14km，有省道、高速公路相通。

（5）从工程数量及投资方面分析

穿仲恒煤矿方案线路长57m，投资多36828.01万元。

综上所述，穿仲恒煤矿方案线路下方存在采空区，对线路运营安全影响较大，且压覆矿产资源多268.78万吨；上纸厂20-1号煤层采空区位于铁路下方，设计采用128m跨度桥梁可跨越该段采空区及其可能形成的移动盆地范围，采用大跨桥梁增加投资约1000万元，较穿仲恒矿区方案仍少35828万元，故推荐采用中纸厂、上纸厂之间的方案。

5研究结论

（1）线路方案原则上应绕避采空区，若无法绕避时，需进行多方案比较，特别是前期方案研究阶段，应对可能的通道进行详细调查和资料收集。

（2）因存在偷采、超采、乱采等资源开采现象，因此，对通过保安煤柱方案要慎重，特别是对沉降和变形要求较高的高速铁路。

（3）在调查勘察收集资料期间，首先必须取得地方政府的积极支持和配合，为了避免人为主观因素的影响，各方案与地方密切相关的信息资料应注意保留和求证。

（4）因线路通过矿区涉及到矿主的利益，矿主方提供信息不一定完全反应真实情况，需通过多种方式进行分析甄别，同时应采用综合勘探手段进行验证。

（5）对于垂直线路走向较窄的采空区，可考虑研究大跨桥梁跨越的方案，并对其可行性和合理性进行综合分析比较。

参考文献

[1]中铁二院工程集团有限责任公司.新建铁路沪昆客运专线长沙至昆明段可行性研究总说明书(下册)[R].成都.2009.

[2]中铁二院工程集团有限责任公司.新建铁路沪昆客运专线长沙至昆明段初步设计总说明书(下册)[R].成都.2010.

[3]贵州省煤矿设计研究院.仲恒煤矿对岗寨大桥的安全性评价书[R].贵阳.2009.

[4] 四川省煤田地质工程勘察设计研究院.中纸厂、上纸厂煤矿采空区专题报告2010

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