西部某水庫大壩壩基保護(hù)煤柱范圍的確定

張麗艷，劉芙榮

（中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)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(diào)蓄、沉沙、防洪、灌溉和供水等綜合重要功能，采用均質(zhì)土壩。 因其下部埋藏大量的煤炭資源，為確保庫壩的安全穩(wěn)定， 對庫壩周邊開采范圍進(jìn)行一定限制， 也就是說要對庫壩壩基留設(shè)一定的安全保護(hù)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(hù)煤柱邊界線計(jì)算

3.1 計(jì)算方法

《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》規(guī)定：應(yīng)由邊界角確定地表沉陷盆地的范圍，采用移動角計(jì)算保護(hù)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(nèi)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(fā)生， 采用移動角計(jì)算的保護(hù)煤柱范圍不能滿足大壩對變形的要求。因此，在計(jì)算大壩保護(hù)煤柱的范圍時(shí)， 采用地表零傾斜和零沉降標(biāo)準(zhǔn)控制，即假定一個地下采空區(qū)范圍，根據(jù)地表沉陷規(guī)律和實(shí)測的沉陷參數(shù)計(jì)算采空區(qū)地表變形， 通過反演計(jì)算， 使煤層開采地表沉陷和傾斜變形零線接近大壩保護(hù)范圍邊界線， 這種情況下所對應(yīng)的留設(shè)煤柱范圍即為大壩保護(hù)煤柱范圍。

3.2 大壩保護(hù)范圍

根據(jù)SL106—96《水庫工程管理設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)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(hù)范圍在工程管理范圍邊界線外延， 主要建筑物應(yīng)不少于200m。 根據(jù)水庫實(shí)際情況確定大壩保護(hù)帶寬度：大壩下游保護(hù)帶寬度自下游壩腳向下200m，上游大壩保護(hù)帶寬度自壩軸線起150m， 兩側(cè)壩肩保護(hù)帶寬度分別從壩頭外延200m。

3.3 巖體參數(shù)

計(jì)算模型中工作面頂?shù)装逯饕貙訛榉凵皫r組、細(xì)砂巖組、泥巖組、灰?guī)r和煤層群組成，基本物理力學(xué)參數(shù)如表1。

表1 主采煤層頂?shù)装逯饕貙踊疚锢砹W(xué)參數(shù)

3.4 保護(hù)煤柱計(jì)算結(jié)果

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

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

4 水庫周邊煤礦禁采區(qū)范圍的確定

4.1 劃定水庫周邊煤礦禁采區(qū)范圍考慮的因素

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

（1） 計(jì)算結(jié)果是把大壩壩基作為一個理想的完整地質(zhì)體考慮，但到目前為止，大壩下伏深埋地層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)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(zhì)構(gòu)造等異常情況尚不得知。因此劃分煤礦禁采區(qū)時(shí)需要考慮一定的安全余度。

（2）采空區(qū)存在長期蠕變變形

（3）工程類比，《“三下”開采規(guī)程》中按照移動角、垂直剖面法計(jì)算的保護(hù)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(hù)煤柱自身的長期風(fēng)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(qū)范圍

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

表2 全采各煤層反演預(yù)算禁采區(qū)范圍成果

5 結(jié)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(shù)劃定煤礦禁采區(qū)的范圍。通過反演計(jì)算，確定自西部某水庫壩軸線至下游1.8km范圍為禁采區(qū)范圍。