西部某水庫大壩壩基保護煤柱范圍的確定

張麗艷，劉芙榮

（中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津300222）

1 概述

西部某水庫為大（Ⅱ）型工程，具有水量調蓄、沉沙、防洪、灌溉和供水等綜合重要功能，采用均質土壩。 因其下部埋藏大量的煤炭資源，為確保庫壩的安全穩定， 對庫壩周邊開采范圍進行一定限制， 也就是說要對庫壩壩基留設一定的安全保護煤柱。

2 地層巖性及煤層分布

太原組為海陸交互相沉積，有5～7層含煤，可采煤層為8，9層煤；山西組地層為純陸相含煤沉積， 有3～7層含煤，可采煤層為1，3，5層煤。

3 大壩保護煤柱邊界線計算

3.1 計算方法

《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》規定：應由邊界角確定地表沉陷盆地的范圍，采用移動角計算保護煤柱的范圍。邊界角確定的沉陷盆地邊界線仍有10mm的沉降值，而由移動角圈定的范圍內地表變形更大。

由于水工建筑物的特殊性， 大壩不允許有不均勻沉降或變形發生， 采用移動角計算的保護煤柱范圍不能滿足大壩對變形的要求。因此，在計算大壩保護煤柱的范圍時， 采用地表零傾斜和零沉降標準控制，即假定一個地下采空區范圍，根據地表沉陷規律和實測的沉陷參數計算采空區地表變形， 通過反演計算， 使煤層開采地表沉陷和傾斜變形零線接近大壩保護范圍邊界線， 這種情況下所對應的留設煤柱范圍即為大壩保護煤柱范圍。

3.2 大壩保護范圍

根據SL106—96《水庫工程管理設計規范》規定，大型水庫工程的管理范圍為： 上游從壩軸線向上不少于150m，下游從壩腳線向下不少于200m，大壩兩端以第一道分水嶺為界或距壩端不少于200m。 工程保護范圍在工程管理范圍邊界線外延， 主要建筑物應不少于200m。 根據水庫實際情況確定大壩保護帶寬度：大壩下游保護帶寬度自下游壩腳向下200m，上游大壩保護帶寬度自壩軸線起150m， 兩側壩肩保護帶寬度分別從壩頭外延200m。

3.3 巖體參數

計算模型中工作面頂底板主要地層為粉砂巖組、細砂巖組、泥巖組、灰巖和煤層群組成，基本物理力學參數如表1。

表1 主采煤層頂底板主要地層基本物理力學參數

3.4 保護煤柱計算結果

大壩保護煤柱的計算， 按照各種工況進行了分析計算：垂直剖面法計算：分別按照20m圍護帶寬度和200m工程保護范圍、中硬頂板和軟弱頂板、全采各煤層、 移動角和邊界角計算大壩下游的保護煤柱范圍；反演預算：分別按照20m圍護帶寬度和200m工程保護范圍、全采各煤層、軟弱頂板和零沉降反演預算大壩下游的保護煤柱范圍。

五煤層重復采動通過按200m工程保護范圍、軟弱頂板和零沉降概率積分法反演計算大壩下游的保護煤柱范圍，大壩南側保護煤柱寬度平均值為0.9km。

4 水庫周邊煤礦禁采區范圍的確定

4.1 劃定水庫周邊煤礦禁采區范圍考慮的因素

水庫周邊煤礦禁采區范圍的劃定除考慮大壩保護煤柱計算成果外，還需要考慮以下因素：

（1） 計算結果是把大壩壩基作為一個理想的完整地質體考慮，但到目前為止，大壩下伏深埋地層的地質結構尚未搞清。而且但由于勘察深度有限，是否可能還存在其他的地質構造等異常情況尚不得知。因此劃分煤礦禁采區時需要考慮一定的安全余度。

（2）采空區存在長期蠕變變形

（3）工程類比，《“三下”開采規程》中按照移動角、垂直剖面法計算的保護煤柱范圍值并不完全適宜該水庫。參考岳城水庫等其他工程類同問題的處理方式。

（4）必須考慮保護煤柱自身的長期風化剝蝕情況。

（5）考慮水利水電工程的特殊性。

4.2 煤礦禁采區范圍

類比其他工程， 大壩下游保護范圍以壩腳線向下200m進行計算、按照概率積分法反演預算計算（采用零沉降范圍線趨近保護帶寬度外邊界線），考慮煤層全采后工況及2.5倍的擴大系數，自壩軸線至下游1.8km范圍為保護大壩的臨時禁采區范圍，如表2。

表2 全采各煤層反演預算禁采區范圍成果

5 結語

西部某水庫是一座具有供水等功能的大型水庫，其下部埋藏大量的煤炭資源。 為保證大壩安全，綜合研究成果，最終采用2.5倍的安全系數劃定煤礦禁采區的范圍。通過反演計算，確定自西部某水庫壩軸線至下游1.8km范圍為禁采區范圍。