吉林至琿春鐵路蛟河煤礦區工程地質選線

張 健

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055)

吉林至琿春鐵路西起吉林市，東至延邊朝鮮族自治州琿春市，途徑吉林市、蛟河、敦化、延吉、圖們、琿春等市縣。吉琿鐵路的建設是促進延邊州開放，帶動長吉圖區域、圖們江流域的開發，實施長吉圖區域規劃的先行和啟動。蛟河煤炭工業區分布于蛟河市奶子山鎮北部，煤礦開采歷史悠久，已有120多年歷史，面積近40 km2，累計采出煤炭近7 000萬t，由于資源枯竭，2002年6月，蛟河煤礦正式破產。礦區內20多km2土地地表下沉，房屋受損，基礎設施被破壞，精確確定蛟河煤礦采空區分布成為控制線路方案選擇的決定性節點。

1 線位方案

線路出吉林市區向東時有兩個大的方案，南繞煤礦采空區方案從長吉城際鐵路吉林站引出，向東跨越松花江、龍豐線、長圖高速公路后，穿越太平山，跨過拉法河，于蛟河市西南側設蛟河西站。出站后沿國道302行至白石山鎮，之后兩跨既有長圖線至威虎嶺，再沿302國道經黃泥河鎮、秋泥溝鎮至敦化市設敦化北站。主要比選方案是沿高速公路走廊比較方案，該方案從長吉城際鐵路吉林站引出，向東跨越松花江、龍豐線、長圖高速公路后，向東北方向與長吉圖高速公路沿牤牛河河谷并行，橫穿蛟河天崗大理石工業園區后，穿越拉法山于蛟河北設站，出站后繼續與長吉圖高速公路并行，在黃泥河鎮南雙泉上村與南繞煤礦采空區方案相會。該方案在蛟河煤礦采空區附近派生出兩個局部方案:沿高速公路走廊方案和沿高速公路走廊繞采空區方案。其中沿高速公路走廊方案距離采空區邊界較近，有采空區處理和壓覆煤礦的問題(見圖1)。

圖1 蛟河煤礦區方案比選示意

2 工程地質特征

2.1 地形地貌

線位通過處為一向斜構造盆地(蛟河盆地)，盆地長約42 km，寬約18 km呈北北東向展布，中部河流寬淺，兩岸階地發育，自河谷向東西兩側，地勢逐漸抬高以低緩丘陵為主，海拔260～340 m，相對高差5～30 m，河谷地帶村鎮密布，多為農田，丘陵地帶林木茂密。

2.2 氣象特征

蛟河市屬北亞溫帶濕潤半濕潤大陸性季風氣候。按照對鐵路工程影響的氣候分區標準，該區為嚴寒地區。夏季短促溫暖，冬季漫長酷寒，春季干旱多風，秋季涼爽，四季分明。年平均氣溫4℃，極端最高氣溫34.9℃，極端最低氣溫－41.8℃，年平均降水量651.4 mm，主要集中于6～8月;年平均蒸發量948.9 mm;平均相對濕度76%，全年平均風速約2.6 m/s，最大風速31.3 m/s。土壤最大凍結深度167 cm。

3 地層及構造

3.1 地層巖性

區內地層主要有晚古生界二疊系、中生界侏羅系及白堊系、新生界第三系和第四系地層，期間發生過多期巖漿侵入。煤系地層自下而上分別為侏羅系上統奶子山組(J3n)、白堊系下統烏林組(K1w)。

(1)華力西晚期花崗巖類侵入巖(γ43):與晚二疊世及其以前的地層呈侵入接觸關系，其下限為晚二疊世，多出露于煤田四周。

(2)煤田底板為二疊系板巖:受海西運動影響，巖層多呈波浪式起伏，形成了強烈的褶皺帶，板巖產狀:N40°～50°W/5°～8°S。

(3)侏羅系上統奶子山組(J3n):侏羅系上統地層廣布于整個蛟河盆地，與下伏二疊系板巖為角度不整合接觸，為區內主要的含煤地層，總厚度156～420 m。巖層走向大體為北東向，向西傾斜。巖性主要為含礫砂巖、砂巖、砂質頁巖和三個煤組，共計7層煤，分別為3號、3 號a、3 號b、4 號、4 號 a、5 號、5 號 a。其中3 號、4號、5號是采煤的主要對象。3號煤層最穩定，分布最廣，煤質最好，距離地表深度151.2～263.0 m，最大厚度為6.813 m，最薄為0.047 m，平均厚度2.393 m;4號煤層埋深179.7～313 m，最大厚度2.164 m，最薄0.098 m，平均厚度0.963 m;5號煤層埋深209.35～385.2 m，平均厚度在1 m左右。其余煤層局部可采。

(4)白堊系下統烏林組(K1w):主要分布在蛟河盆地東部邊緣，出露在柳樹林子、奶子山鎮、煤窯屯、平安堡一帶，呈條帶狀展布。本組巖性特征明顯，主要為一套粗碎屑堆積，為灰黃色、灰白色礫巖，砂巖，青灰色細砂巖夾灰黑—灰綠色粉砂巖，夾1號、2號兩個煤層。1號、2號煤層為本區內最差煤層，煤層埋深淺，1號煤層埋深48～99 m，2號煤層埋深60.22～124.2 m，主要為個體私采的小煤窯，多分布于大礦周邊，構成一個由粗到細的比較完整的沉積旋回。其中斜層理及交錯層理發育，反映了由河流相向湖沼相逐漸過渡的特點。煤層主要分布于葦塘、奶子山、烏林一帶，由此向其他方向煤層很快變薄尖滅。本組地層厚度103～250 m，與下伏上侏羅統奶子山組呈平行不整合關系。

(5)第四系地層(Q4):以沖洪積黏性土、砂土為主，厚2～10 m。

3.2 地質構造

蛟河煤礦位于張廣才嶺的西南部，屬中朝地塊。

烏林礦區在地質構造上屬于蛟河煤田盆狀向斜構造之北東邊緣部分，在生成煤田之前因造山運動影響，使古生代石炭二疊系地層形成波浪式褶皺，與煤系地層底部形成角度不整合關系。另詳查報告中已查明斷層大小共計5個，多為規則的高角度正斷層，走向由南北轉向北東方向，反應出該區域地質構造比較復雜，煤層沉積變化較大，殲滅現象比較普遍。

4 采空區對線位影響及現狀調查

比較方案沿高速公路南方案，處于礦區邊界及高速公路之間，受蛟河礦區大面積采空區(蛟河煤礦烏林塌陷區)及小煤窯采空區的影響較大。根據蛟河煤礦烏林礦區的精查報告，蛟河煤礦塌陷區、老礦區采礦權及新的小煤礦采礦權拐點坐標，并通過調查訪問及物探，在圖上反應了分布于大礦周邊的井口，及小煤窯采空區的邊界。

蛟河煤礦采空區主要由兩部分組成:(1)大面積采空區(蛟河煤礦烏林塌陷區)分布于線位西南方向，其邊界距離線位190 m。主要為國營大礦開采，目前資源已枯竭，形成塌陷區。(2)小煤窯采空區:分布于多屬個體、集體私采或歷史遺留造成的，無采礦權、無規劃及勘查資料。小煤窯采空區地表一般都有裂縫(見圖2)，局部已產生塌陷(見圖3)。通過收集資料、調查訪問及布設物探工作，基本查清了其分布范圍，線路距小煤窯采空區最近距離位30 m。沿高速公路南方案行走于原宏達礦區邊界外194 m，距小煤窯采空區邊界194 m，處于采空區安全距離以內。同時據訪問當地居民該處線位C13K80+040右184 m為一處較老的J3礦口(已經廢棄)，是建國初期的私采小煤窯，根據物探資料顯示C13K80+040右30 m處為采空區;另外，根據訪問，線路里程C13K80+800右350 m、C13K81+000右400 m為復興煤礦J5礦口和龍鳳煤礦J6礦口，由于開采能力小，儲量小，投資大等原因均已停業，礦井均廢棄，根據物探資料顯示C13K80+800右130 m、C13K81+000右120 m處為采空區。其余J1、J2、J7屬宏達煤礦和平安煤礦礦口(見圖4)。

圖2 蛟河煤礦采空區房屋裂縫

圖3 蛟河煤礦采空區地表沉陷

5 線路方案比選情況

線路方案比選情況如表1所示。

表1 線路方案比選情況分析

6 結論

綜合分析認為，大面積采空區及小煤窯采空區均對線位有影響。

大面積采空區(烏林塌陷區)，埋深約在200～400 m之間，新建鐵路位于其北部安全距離內，采空區埋深大，處理困難，存在較大的安全隱患。

小煤窯采空區，埋深20～120 m，開采深度較淺，但開采年度久遠，勘探處理工程投資大，施工質量難以保證，安全問題亦難以解決。

圖4 蛟河煤礦礦區平面示意

通過對三個方案的比選，確定了最終的推薦方案為南繞煤礦采空區方案，該方案在進行優化后作為吉琿鐵路最終的線路設計方案。

[1]鐵道部第一勘測設計院.鐵路工程地質手冊[M］.北京:中國鐵道出版社，1999

[2]TB10012—2007 鐵路工程地質勘察規范[S］

[3]TB10027—2001 鐵路工程不良地質勘察規程[S］