開采煤炭對豐城工業(yè)園區(qū)的影響分析

摘要：豐城工業(yè)園擬建區(qū)壓覆豐城礦務(wù)局尚莊煤礦、塢社里深部勘查區(qū)、江西豐龍礦業(yè)有限責任公司井田的煤炭資源各類儲量共計1964.66萬噸。本文通過對擬建區(qū)地層及地質(zhì)條件的分析、壓覆煤層開采引起地表移動變形計算、壓覆煤層開采引起地表移動變形計算，就此得知在壓煤區(qū)內(nèi)實現(xiàn)建（構(gòu)）筑物下全煤層無煤柱開采是可行的，采后地面建（構(gòu)）筑物的使用是安全的。

關(guān)鍵詞：煤炭開采;分析與計算;開采影響

一、概述

豐城工業(yè)園區(qū)占地范圍較大，北部處于豐城礦務(wù)局尚莊煤礦、塢社里深部勘查區(qū)范圍內(nèi)，南部為江西豐龍礦業(yè)有限責任公司井田范圍。豐城工業(yè)園區(qū)壓覆豐城礦務(wù)局尚莊煤礦B4煤層共84.65萬t;壓覆塢社里深部井田B4煤層39.70萬t、C23煤層146.15萬t;壓覆江西豐龍礦業(yè)有限責任公司豐龍礦井B4煤層333類儲量776.27萬t，石上井田深部（-1300m）遠景資源量957.59萬t。豐城工業(yè)園區(qū)所壓覆的煤炭資源量占尚莊煤礦保有資源量的4.4%，占江西豐龍礦業(yè)有限責任公司保有儲量的8.6%。因此，豐城工業(yè)園區(qū)所壓覆的礦產(chǎn)資源量巨大，必須研究壓覆煤層開采對地表建（構(gòu)）筑物的影響，以此避免建筑物遭受較大開采損害。

二、擬建區(qū)地層及地質(zhì)條件

1、地層

豐城工業(yè)園區(qū)擬建區(qū)內(nèi)出露的地層有：第四系、第三系始新統(tǒng)臨江組（F2l）、侏羅系下統(tǒng)門口山組（J1m）砂巖、三疊系下統(tǒng)大冶組灰?guī)r（T1d）、二疊系上統(tǒng)長興組灰?guī)r（P2c）、二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M砂巖（P2l）、二疊系下統(tǒng)茅口組灰?guī)r（P1m）?，F(xiàn)由新到老敘述如下。

根據(jù)各地層的巖性組合特征、巖石力學(xué)測試結(jié)果，可將各地層劃分為松散巖組、半堅硬巖組、半堅硬與軟質(zhì)巖組互層、堅硬巖組。其中堅硬巖組為三疊系下統(tǒng)大冶組灰?guī)r、二疊系上統(tǒng)長興組灰?guī)r和二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M砂巖。擬建區(qū)地層堅硬巖層厚度較大，綜合分析，本區(qū)域地層條件為中等偏硬地層條件。

2、煤層及頂?shù)装鍘r層

豐城工業(yè)園區(qū)擬建區(qū)主要含煤地層為二迭系龍?zhí)督M，含煤段是老山下亞段和王潘里段。

老山下亞段平均厚度89.06m，含煤1～4層，自下而上編號為B3、B4、B5、B6。煤層總厚0.77～4.98m，平均厚度2.76m。B3煤層為局部可采煤層，B4煤層為全區(qū)可采煤層，煤層厚度一般為1～2m。在西南部明顯加厚，有部分地方煤厚在4m左右。煤層在向斜北翼由南向北，在南翼由北向南，煤層厚度有變薄的趨勢。煤層傾角為17-21，平均約20。煤層頂?shù)装遢^軟，煤層頂板為細砂巖，煤層底板為泥巖，王潘里段地層平均厚度93.83m，但由于該組的能開采的C23煤層的全硫量超過3%，所以，該組煤層不作為計量煤層。

煤層老頂為淺灰色細砂巖或細砂巖與粉砂巖互層。巖石致密堅硬，具緩波狀、水平狀層理。厚2.5～39.55m，一般厚13m左右。在向斜軸部較厚，向兩翼有變薄的趨勢。經(jīng)采集巖石力學(xué)樣進行化驗測試，巖層最大抗壓強度150.88MPa，最大抗剪強度20.29MPa。老頂巖層巖性為堅硬巖層。

3、地質(zhì)構(gòu)造

擬建區(qū)豐龍礦井（石上井田）有一寬緩的向斜構(gòu)造，井田區(qū)域基本構(gòu)造特征簡單。只是在向斜的南翼西段有少量近南北向的小型斷裂，以及向斜西端近南北向的F9大斷層。F9斷層破壞了該向斜向西的延展性。

石上向斜為曲江向斜向西傾伏部分。傾伏的最深部位標高為-1600m。再向西至27線又逐漸抬起，該向斜的軸向由西而東為N75E～N60E，走向長約14km，寬約10km，為一短軸向斜構(gòu)造。向斜兩翼地層傾角由東而西略增大，南、北翼傾角均在18～20上下，該向斜屬于寬緩的向斜構(gòu)造，向斜南翼被第三系紅層以10～20的沖刷角將南翼600m以上的B4煤層全部剝蝕。

三、擬建區(qū)壓覆煤層開采引起地表移動變形計算

1、地表移動的計算方法

概率積分法的等價轉(zhuǎn)換線積分方法是納入新編《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》的地表移動計算方法，是《規(guī)程》中推薦的傾斜煤層計算方法，其計算與每一個計算點與工作面的相對位置有關(guān)，對于每一個不同的計算點都存在一個不同的等價計算工作面，通過等價影響原則將開采工作面轉(zhuǎn)換為等價工作面，以等價面進行移動與變形的計算。

2、煤礦開采引起的地表移動變形計算

為合理評價壓煤區(qū)煤層開采對豐城工業(yè)園擬建區(qū)的影響，根據(jù)各礦井和礦區(qū)采區(qū)開采規(guī)劃分別計算分析。

根據(jù)擬建區(qū)與壓煤區(qū)的相互關(guān)系，豐城工業(yè)園擬建區(qū)受豐龍礦井、石上井田深部區(qū)、尚莊煤礦、塢社里深部勘查區(qū)的開采影響，需要綜合分析各壓覆區(qū)內(nèi)所有煤炭資源開采后豐城工業(yè)園擬建區(qū)所受的最終影響。將各壓煤區(qū)開采影響相互疊加，可得豐城工業(yè)園擬建區(qū)所受煤層開采影響的最終值。

四、擬建區(qū)建（構(gòu)）筑物抗變形能力分析

根據(jù)豐城工業(yè)園擬建區(qū)規(guī)劃，擬建區(qū)建構(gòu)筑物主要為廠房和高度小于三層的辦公用房。辦公用房一般為磚混結(jié)構(gòu)，其抗采動變形能力可依據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中規(guī)定的磚混結(jié)構(gòu)采動損壞等級為I級時允許地表移動變形值（水平變形小于2.0mm/m、傾斜變形小于3.0mm/m、曲率變形小于0.2×10-3/m）確定。對于廠房，其結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，抗采動變形能力要大于一般的磚混結(jié)構(gòu)建筑物。對于廠房內(nèi)的技術(shù)裝置，如常規(guī)管線、軌道、鍋爐、風機等，根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中有關(guān)“工業(yè)構(gòu)筑物、技術(shù)裝置及暖衛(wèi)工程管網(wǎng)地表（地基）的允許和極限變形值”參考標準，一般工業(yè)構(gòu)筑物、技術(shù)裝置、供熱管道、自來水管道、排水管網(wǎng)、輸油管的允許變形值都大于磚混結(jié)構(gòu)建筑物采動損壞等級為I級時允許地表移動變形值，但鋪設(shè)于地下的煤氣管道的地表允許變形值小于磚混結(jié)構(gòu)建筑物采動損壞等級為I級時允許地表移動變形值。因此，對于一般廠房的抗變形能力，也采用辦公用房的地表允許變形值標準進行評價。

五、壓煤開采對建（構(gòu)）筑物的影響

將豐龍礦井、石上深部區(qū)、尚莊煤礦、塢社里深部勘察區(qū)的壓煤開采影響綜合疊加后，可得到豐城工業(yè)園擬建區(qū)壓覆煤炭資源開采后的最終影響。根據(jù)計算，豐城工業(yè)園擬建區(qū)所有壓煤均開采后，擬建區(qū)地表的最大下沉為1440mm，最大水平拉伸變形為1.59mm/m，最大壓縮變形為-1.90mm/m，最大傾斜變形為2.90mm/m，最大曲率變形為0.027×10-3/m。上述移動變形值均小于擬建區(qū)建筑物允許變形值。

六、結(jié)論

豐城工業(yè)園擬建區(qū)所壓覆煤層埋深較大，煤層較簿，壓煤區(qū)煤層全部開采后引起的地表變形在擬建區(qū)建筑物允許變形范圍內(nèi)?；诂F(xiàn)有豐城工業(yè)園管委會提供的擬建區(qū)建筑物規(guī)劃資料分析，在壓煤區(qū)內(nèi)實現(xiàn)建（構(gòu)）筑物下全煤層無煤柱開采是可行的，采后地面建（構(gòu)）筑物的使用是安全的。

參考文獻：

[1]王明立、胡炳南《江西省豐城工業(yè)園擬建區(qū)壓覆煤層開采影響論證報告》（2011.5）

[2]江西省煤田地質(zhì)勘察研究院《江西豐城工業(yè)園區(qū)建設(shè)工程壓覆礦產(chǎn)資源評估報告》（2010.10）

[3]張華興.地表移動與變形的等價轉(zhuǎn)換線積分計算《煤礦開采》 1991年02期