線性工程壓覆礦產資源儲量計算的應用

王才川 周曉萌

(1.中地地礦建設有限公司，北京 100101； 2.北京巖土工程勘察院，北京 100083)

線性工程壓覆礦產資源儲量計算的應用

王才川1周曉萌2

(1.中地地礦建設有限公司，北京 100101； 2.北京巖土工程勘察院，北京 100083)

以國道216線五彩灣—大黃山公路項目為例，針對露天開采和地下開采方式分別采用不同方法計算國道216線五彩灣—大黃山公路項目壓覆(五彩灣礦區)礦產資源儲量，并分析了存在的問題，對同類工程有一定的參考價值。

壓覆礦產，線性工程，剖面法，地下開采

鐵路、公路、油氣管線等線性工程，短則上百千米，長則上千千米。線性地理范圍跨度大，往往涉及礦權多、多礦種及多重開采方式等多樣性；又因其建設周期長，建設方案在建設過程中存在不確定性，因此線性工程在建設項目壓覆礦產資源評估工作中歷時較長、難度較大。

本文以國道216線五彩灣—大黃山公路項目為例，根據《關于印發建設項目壓覆礦產資源評估報告編寫提綱的通知》(新國土資函[2014]699號)，并結合相關的行業規范合理估算不同開發方式的壓覆礦產資源儲量計算方法。

1 項目概況

國道216線五彩灣—大黃山段公路建設項目位于新疆維吾爾自治區昌吉回族自治州的阜康市及吉木薩爾縣境內,路線走向由北向南，起點位于G216老路里程K450+400處，終點與幸福路口互通式立交相銜接，里程樁號為K551+207，建設里程100.81 km。本項目走向由北向南，推薦方案路線全長100.81 km，其中K536+491～K542+718段(三臺油庫—滋泥泉子)采用分離式斷面，路段長6.23 km；其余段落采用整體式斷面，路段長94.58 km。路線主要中間控制點為：火燒山、五彩灣、公鐵立交、幸福路口互通式立交。

國道216線五彩灣—大黃山段公路建設項目是新疆公路網規劃“三橫兩縱兩環八通道”主骨架網“縱二”的重要組成部分，是北疆通往南疆東部的重要干線，項目的實施將在天山北麓五彩灣至大黃山段形成高速公路通道，優化區域公路路網格局，且能夠承擔項目區域內的中長距離運輸，為沿線經濟社會發展提供安全、舒適、高效的運輸服務。

2 地質背景

國道216線五彩灣—大黃山公路建設項目用地大片分布著下白堊統吐谷魯群地層，南部為第四系覆蓋，僅在北部起點附近有小片侏羅系地層露頭。評估區出露地層有第四系、白堊系、侏羅系地層。

評估區地處準噶爾坳陷的次級構造單元將軍戈壁坳陷，其南為烏魯木齊山前坳陷的東部邊緣，北部為卡拉麥里過渡帶，構造單元屬準噶爾坳陷區的破房子凹陷。

根據以往資料，項目沿線的礦產主要為煤礦，涉及的勘查區為五彩灣礦區蘆草溝煤炭勘查區,區內煤層賦存在侏羅系下統八道灣組和中統西山窯組地層中，前者稱為A煤組，后者稱為B煤組，其間相隔三工河組不含煤地層。B煤組煤層分布集中，厚度大，層位在A煤組之上，埋深相對較淺，A煤組煤層垂向分散，厚度較小，埋深大。

3 五彩灣礦區總體規劃

根據2010年2月20日國家發展和改革委員會向新疆自治區發展和改革委員會下發《國家發展和改革委員會關于新疆準東五彩灣礦區總體規劃的批復》(發改能源[2010]283號文)。批復礦區東西長9.35 km～36.39 km，南北寬10.59 km～38.75 km，面積901 km2，資源儲量303億t。五彩灣礦區規劃總規模為11 500萬t/年，礦區B煤層開發劃分為5個露天礦，1個礦井，1個勘查區。

根據《準東煤田五彩灣礦區煤炭礦業權整合方案》，整合后的五彩灣礦區設置5個露天礦、3個井工礦、3個后備區。國道216線五彩灣—大黃山公路項目穿越5號露天煤礦、蘆草溝勘查區，涉及4號露天煤礦(見圖1)。

4 壓覆礦產資源儲量估算

4.1 資源儲量估算工業指標

項目區內煤類以不粘煤為主，其次為長焰煤，勘查區內煤層傾角較緩，大多在2°～5°，據此確定資源量估算的工業指標為：

煤層厚度(m)不小于0.80 m。

最高灰分(Ad)40%。

最高硫分(St.d)3%。

最低發熱量(Qnet.d)17 MJ/kg。

4.2 資源儲量估算方法

評估區煤層傾角較緩，大多在2°～5°間，以煤層底板等高線水平投影圖作為煤層資源量估算底圖，比例尺為1∶10 000，B1,B2,B0煤層底板等高距為20 m，A2,A1煤層底板等高距為50 m，分塊段、分類別、分水平估算資源量。

其中，Q為塊段煤層資源量，萬t；S為塊段平面積，萬m2;m為塊段平均真厚度，m;d為視相對密度，t/m3；α為塊段平均傾角，(°)。

4.3 資源儲量估算范圍

根據《新疆準東五彩灣礦區總體規劃》，擬建公路穿越5號露天煤礦、蘆草溝勘查區，涉及4號露天煤礦。因此壓覆范圍的計算須分為露天開采和井工開采，故采用相關的規范規程計算壓覆范圍。

壓覆范圍的確定：

1)露天開采。

本項目露天煤礦安全煤柱，采用GB6722—2011爆破安全規程露天深孔臺階爆破200m的安全允許距離作為每個煤層的煤柱留設邊界。

2)地下開采。

以建設項目為受護對象，采用剖面法參照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》的技術性文件中保護煤柱留設的計算。

根據項目用地及周邊地層巖性及煤層頂底板巖石工程地質穩定性，上山移動角取γ=70°、下山移動角取β=70°-0.7a、走向移動角δ=γ=70°，表土層移動角φ=50°。

a.圍護帶的確定。

本項目屬高速公路，根據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》，本項目的保護等級為Ⅰ級，圍護帶寬度為20m。

b.松散層外擴邊界。

本項目沿線建設用地及第四系周邊松散層厚度0m～8m，地表松散移動角φ=50°，在圍護帶邊界按距離d外擴，即得松散層外擴邊界，d按下式計算：

d=hctgφ。

其中，h為松散層厚度；φ為松散層移動角。

c.根據公路同剖面線的交互點及公路整體走向性質，一共選取10個剖面計算煤層的保護煤柱(見圖2)。走向與煤層走向斜交時，以斜交剖面移動角β′,γ′代替β,γ角劃直線。直線與煤層底板的交點即為保護煤柱在煤層該斜交剖面上的上下邊界。具體換算公式為：

其中，β為煤層下山移動角；γ為煤層上山移動角；δ為煤層走向移動角；θ為建筑物長軸方向與煤層走向線的夾角。

在平面圖上量出各剖面上圍護帶邊界與煤層走向線之間的夾角θ。

在剖面圖上，從受護對象邊界分別以松散層移動角φ=50°作直線至基巖面，然后從基巖分別以β′，γ′做直線與煤層底板相交，將交點垂直投影至地表，即為該剖面上壓煤邊界在地表的投影(見圖3)，該部分資源量為直接壓覆資源量。各煤層直接壓覆邊界至評估區邊界之間的資源量為影響資源量。

d.將所有剖面上的投影點投影到平面圖上，將投影點逐個連接的范圍為此次項目壓煤范圍。

壓覆區評估區范圍確定主要原則為：根據規范文件確定的煤層煤柱留設垂直投影至地表的最大范圍如果大于公路外緣起向外兩側100m的保護范圍，則評估區范圍為最深煤層的受護邊界垂直投影至地表的范圍；否則評估區范圍為公路外緣起向外兩側100m的范圍。

本項目壓覆區評估區范圍：

根據計算結果，壓覆區最深A1煤層保護煤柱邊界垂直投影地表范圍至公路邊界均大于100m。

4.4 資源能量估算結果

經估算，項目評估區范圍直接壓覆煤炭資源量(331+332+333)為39 477萬t，其中探明的內蘊經濟資源量(331)3 373萬t、控制的內蘊經濟資源量(332)21 209萬t、推斷的內蘊經濟資源量(333)14 895萬t；另外還有預測的資源量(334)？2 748萬t。

項目評估區范圍影響資源量(331+332+333)為12 738萬t。其中探明的內蘊經濟資源量(331)1 485萬t、控制的內蘊經濟資源量(332)6 873萬t、推斷的內蘊經濟資源量(333)4 380萬t。

5 結語

1)地下開采中，采用剖面法應用在線性工程估算壓覆資源儲量中，比垂線法更加簡單易懂。

2)線性工程特別是公路項目中，從可研階段、初步設計階段、施工圖階段、施工階段中均可能存在局部線位變更或調整，對評估工作存在較大影響。

3)實踐證明，本文根據行業技術規范不同開采方式確定壓覆范圍和壓覆資源儲量估算，參數確定依據充分、方法可行、結果可靠。

[1] 金連生，牟金鎖.建筑物水體鐵路及主要井巷煤柱留設及壓煤開采規程[M].北京:煤炭工業出版社，2000.

[2] 劉東華，邢永強.建設項目壓覆礦產資源儲量技術方法研究——以南水北調中線一期工程總干渠為例[J].河南科學，2010(9):1182-1188.

Application of linear engineering in calculation of mineral resources reserves below construction

Wang Caichuan1Zhou Xiaomeng2

(1.ZhongdiMineConstructionCo.,Ltd，Beijing100101,China; 2.BeijingGeo.&Inv.EngineeringInstitute，Beijing100083,China)

Taking Wucaiwan-Dahuangshan Project on China National Highway 216 as an example, different calculation methods were used in this paper to calculate mineral resources reserves below construction of Wucaiwan-Dahuangshan Project on China National Highway 216(Wucaiwan Mine Lot) based on open pit mining and underground mining and the problems were analyzed, for reference.

mineral resources below construction, linear engineering, profile method, underground mining

1009-6825(2017)20-0076-03

2017-05-05

王才川(1985- ),男,工程師

P642

A