供水管線工程地質環境影響及其防護措施

□楊序烈（貴州省水利水電勘測設計研究院）

為了滿足國民經濟的發展，各種長距離的引、調水工程相繼施工上馬，因線路長，不可避免的遭遇各種地質問題，其中地下煤礦采空的覆巖變形穩定是比較常見的地質問題。為了確保供水管線的穩定性與運營時的安全暢通,必須采取措施慎重處理采空區引起的一系列病害。鑒于水利工程的特殊性及煤礦采空區的復雜性，一般采取避讓的措施，如不能合理避讓，有必要對煤礦實施禁采措施。根據六枝特區舊院水庫供水管線6+952～供8+452段穿越川黔友誼煤礦礦區西南部情況，初步分析煤礦開采形成的地表變形對供水管線的影響，并據此提出合理的防護措施。

1.概況

六枝特區舊院水庫為中等規模供水工程，其灌區位于六枝特區新場鄉和巖腳鎮，灌溉輸水管材采用Φ700預應力鋼筋混凝土管，設計流量為2.617 m3/s，在預應力鋼筋混凝土管相鄰兩鎮墩之間每間隔5m設置一個支墩，支墩采用鞍式混凝土結構。根據六枝舊院水庫供水管線平面布置圖，供水管線供6+952～供8+452段從川黔友誼礦區西南部附近穿過，穿越礦界范圍長約743m。

供水管線穿越礦區段海拔在1290～1480m之間，地形起伏較大，為侵（剝）蝕中山地貌。受地層巖性及構造影響，山脊與溝谷發育，地形復雜，起伏差大，地形坡度30°～65°。

礦區含煤地層為晚二疊世龍潭組（P31），為一套典型的海陸交互相碎屑巖含煤沉積，主要由灰、灰黃色細砂巖、粉砂巖、粉砂質泥巖和泥巖組成，含煤層（線），含煤30～36層，一般35層，總厚27m左右，含煤系數6.7%。其中可采煤層9層,即M 2、M 3、M 7、M 18、M 19、M 20、M 21、M 29、M 30 號,可采煤層總厚度 11.46m左右，煤層厚度變化不大。

川黔友誼煤礦設計生產能力30萬t/年，主采煤層M 2、M 3、M 7、M 18、M 19、M 20、M 21、M 29、M 30, 設計采用走向長壁后退式采煤方法，目前已開采至+1226m高程，煤礦現狀開采形成的地表變形范圍未達供水管線保護范圍內。

2.地下變形的計算

煤礦礦山開采塌陷工程的研究方法主要包括：地質研究方法、室內巖塊的物理力學性質測試、現場實測研究、力學分析、物理模擬分析法、過程辨識法、綜合分析法等。目前，實用性比較好的地表沉陷規律的研究方法大致可分為影響函數法、連續介質力學方法、數值模擬和物理模擬法等。影響函數法中應用比較廣的是概率積分法，概率積分法是以正態分布函數為影響函數用積分式表示地表下沉盆地的方法，適用于常規的地表移動與變形計算。根據原國家煤炭工業局制定的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》就給出了地表移動與變形值的預計及參數求取方法的概率積分法的具體計算公式。

傾斜：

式中：

x，y-計算點相對坐標，m；

D-開采煤層區域；

t gβ- 主要影響角正切，t gβ=（D-0.0032H）（1-0.0038α）

D-巖性影響系數，按中硬巖夾軟質類取2.7；

H-采深；

α-煤層傾角；取3°

3.開采塌陷盆地斷面的計算分析

根據以上參數和公式編制程序計算，計算剖面選用具有代表性的剖面，見下圖1。

圖1 計算剖面圖

根據以上參數和公式編制程序；

計算結果，見圖2、圖3。

圖2 地表傾斜曲線圖

圖3 地表下沉曲線圖

從圖2、圖3所示，地表沉陷在多煤層的聯合開采條件下，表現出明顯的不規律性，最大下沉盆地位于礦界范圍中部，最大下沉深度達0.9m左右；傾斜曲線圖顯示急傾斜煤層群開采沉陷盆地傾向斷面地表曲率曲線圖與單一煤層開采沉陷地表曲率變化比較有顯著的不同，在多煤層的聯合開采條件下，地表曲率變化劇烈，震蕩幅度加大，頻次增多，呈波浪狀發展，表明了開采沉陷盆地內部的起伏變化快、多，呈明顯的不規律性，最大和最小水平變形在±30m m/m左右，遠大于管線允許傾斜i=±5m m/m臨界變形值。

4.防護措施

六枝舊院水庫供水管線(供6+952～供8+452段)從擬建的煤礦礦界范圍內南西側通過，若開采該范圍內的煤礦，必然引發地表變形、塌陷等地質災害發育，嚴重影響六枝舊院水庫供水管線的安全運行。為充分保證六枝舊院水庫供水管線的運行安全，需對川黔友誼煤礦靠近供水管線位置設置一定范圍的禁采區，使采煤活動形成的地表變形范圍退至供水管線維護帶保護范圍以外。

[1]趙旻 蔡耀軍 郭偉等，南水北調中線焦作煤礦采空區地表變形特征

[2]呂遠強 欒長青，煤礦采空區上覆巖（土）層變形特征分析