寧夏羊場(chǎng)灣煤礦通風(fēng)優(yōu)化系統(tǒng)壓覆礦產(chǎn)資源評(píng)估

＊董澤寶

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心寧夏總隊(duì) 寧夏 750021）

1.項(xiàng)目基本情況

(1)項(xiàng)目概況

寧夏寧東鎮(zhèn)煤礦從資源條件、開發(fā)建設(shè)的外部條件、煤炭資源形勢(shì)分析及經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)分析，具備進(jìn)一步勘探開發(fā)的條件，在當(dāng)前寧東經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)下，建設(shè)項(xiàng)目壓覆查明的礦產(chǎn)資源的現(xiàn)象也就越來(lái)越多。特別是當(dāng)前不斷有新的或待批項(xiàng)目的建設(shè)基地落地寧夏寧東，進(jìn)而不可避免的與現(xiàn)有礦業(yè)權(quán)發(fā)生沖突，故本文在總結(jié)自治區(qū)內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目壓覆礦產(chǎn)資源評(píng)估的基礎(chǔ)上，以羊場(chǎng)灣煤礦通風(fēng)優(yōu)化系統(tǒng)項(xiàng)目作為實(shí)例分析，總結(jié)建設(shè)項(xiàng)目壓覆礦產(chǎn)資源評(píng)估。

羊場(chǎng)灣煤礦為小型礦井經(jīng)過(guò)多次擴(kuò)能改造而來(lái)，現(xiàn)有井筒服務(wù)年限較長(zhǎng)，主要回風(fēng)井筒當(dāng)初設(shè)計(jì)斷面較小且變形嚴(yán)重，導(dǎo)致礦井通風(fēng)局部阻力過(guò)大。隨著開拓延深，礦井用風(fēng)量增大，礦井負(fù)壓進(jìn)一步升高，本礦井主要開采煤層為容易自燃或自燃煤層，通風(fēng)負(fù)壓較大時(shí)容易造成采空區(qū)一氧化碳向采掘區(qū)域擴(kuò)散，不利于安全生產(chǎn)管理。

為給工人營(yíng)造一個(gè)舒適的工作環(huán)境，保證礦井的正常接續(xù)及生產(chǎn)，通過(guò)加大通風(fēng)量改善作業(yè)環(huán)境，降低工作面溫度，給工人創(chuàng)造一個(gè)舒適健康的工作環(huán)境。因此，對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化改造項(xiàng)目場(chǎng)地的建設(shè)是非常有必要的，迫在眉睫，必須盡快進(jìn)行。

根據(jù)《初步設(shè)計(jì)》，擬建工程及預(yù)留場(chǎng)地圍護(hù)體總面積為27408.50m2。包含一對(duì)進(jìn)回風(fēng)立井、連接道路及附屬預(yù)留場(chǎng)地。相關(guān)參數(shù)如下：

①一對(duì)進(jìn)回風(fēng)立井：立井井口房、配電室、風(fēng)門絞車房、電機(jī)室、消防水池和生活水池建筑占地面積為1017.80m2。

②連接道路：道路長(zhǎng)500m，寬7m，占地面積為3500m2。

圖1 擬建項(xiàng)目示意圖

(2)目的任務(wù)

根據(jù)《中華人民共和國(guó)礦產(chǎn)資源法》第三十三條規(guī)定：“在建設(shè)擬建項(xiàng)目位置、工廠、水庫(kù)、輸油管道、輸電線路和大型建筑物或建筑群之前，建設(shè)單位必須向所在省、自治區(qū)、直轄市地質(zhì)礦產(chǎn)部門了解擬建工程所在地的礦產(chǎn)資源分布和開采情況，非經(jīng)國(guó)務(wù)院授權(quán)部門的批準(zhǔn)，不得壓覆重要礦產(chǎn)”的規(guī)定；為保證國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司羊場(chǎng)灣煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化項(xiàng)目順利實(shí)施，對(duì)本次壓覆礦產(chǎn)資源評(píng)估目的是查明擬建項(xiàng)目壓覆礦產(chǎn)的位置、種類、分布面積、礦產(chǎn)特征和儲(chǔ)量，并對(duì)開采情況進(jìn)行調(diào)查，達(dá)到工程選址服務(wù)的目的。

(3)建設(shè)項(xiàng)目所在地概況

擬建項(xiàng)目位于寧夏回族自治區(qū)東部寧東羊場(chǎng)灣煤礦內(nèi)，行政區(qū)劃屬寧夏靈武市寧東鎮(zhèn)管轄。擬建項(xiàng)目交通網(wǎng)絡(luò)較為發(fā)達(dá)，磁馬公路南北向從礦區(qū)中部穿過(guò)，壓覆區(qū)內(nèi)部與外部聯(lián)系的運(yùn)輸系統(tǒng)已形成公路網(wǎng)，交通便利。

(4)資源量估算方法的選擇

壓覆區(qū)范圍是確定壓覆資源儲(chǔ)量的工作重點(diǎn)和參數(shù)核心，壓覆區(qū)范圍要根據(jù)壓覆類型、地質(zhì)條件、地質(zhì)構(gòu)造等綜合因素確定。壓覆類型根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目占用土地范圍，分為點(diǎn)、線和面壓覆項(xiàng)目。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，擬建項(xiàng)目壓覆評(píng)估范圍要根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目范圍和壓覆礦產(chǎn)資源范圍的實(shí)際情況及影響情況確定，需利用該壓覆礦區(qū)的礦產(chǎn)資源類型和特點(diǎn)計(jì)算得出。

該工程涉及兩種形態(tài)，建筑群形態(tài)的是工業(yè)場(chǎng)地，線狀的是道路工程；因此，本次采用垂線法設(shè)計(jì)建筑群保護(hù)煤柱，采用垂直剖面法設(shè)計(jì)道路保護(hù)煤柱。

工業(yè)廣場(chǎng)：建筑群等級(jí)的確定：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)范》，擬建項(xiàng)目為工業(yè)廣場(chǎng)建筑物，屬Ⅰ級(jí)保護(hù)等級(jí)，圍護(hù)帶范圍取20m；本次報(bào)告中擬建項(xiàng)目保護(hù)煤柱等級(jí)屬Ⅰ級(jí)，沿保護(hù)帶邊界向外留設(shè)圍護(hù)帶為20m，在圍護(hù)帶邊界按寬度s=h×ctgψ向外劃出受護(hù)帶邊界，由于本區(qū)第四系和第三系厚度分別為h1，h2；安息角分別為45°和70°，因此s=s1+s2，在此基礎(chǔ)上建筑群保護(hù)煤柱用垂線法設(shè)計(jì)。

首先據(jù)各受護(hù)帶邊界與煤系地層的幾何關(guān)系，計(jì)算出各斜交剖面移動(dòng)角β’、γ’和各垂線（由建筑群受護(hù)帶邊界各拐點(diǎn)做各邊的垂線）長(zhǎng)度q、l。依據(jù)原煤層底板等高線圖、維護(hù)帶邊界和垂線q、l長(zhǎng)度。在各煤層底板等高線及資源儲(chǔ)量估算平面圖上，劃出建筑群保護(hù)區(qū)邊界。資源儲(chǔ)量類別依從原圖件中標(biāo)繪的類別，不作變動(dòng)。

道路：連接道路壓覆煤層邊界按移動(dòng)角采用垂直剖面法設(shè)計(jì)，按煤層的不同構(gòu)造部位(向斜軸、淺部、深部)作垂直于擬建項(xiàng)目（道路）邊界的垂直圖切剖面圖，再根據(jù)擬建連接道路與煤系地層的幾何關(guān)系，計(jì)算出各垂直剖面上的斜交剖面邊界角β′、γ′。

根據(jù)道路寬度，在擬建道路兩側(cè)界限以內(nèi)的范圍為受護(hù)對(duì)象。擬建道路屬三級(jí)及以下級(jí)公路設(shè)施，采用等級(jí)為Ⅳ級(jí)，可以按照最大煤組（煤層）厚度60倍確定壓覆深度，估算壓覆煤層資源量；其圍護(hù)帶寬度為5m。擬建連接道路邊界的垂直圖切剖面圖上，在受護(hù)帶邊界外圍劃出圍護(hù)帶5m邊界，由圍護(hù)帶邊界點(diǎn)以下伏巖層邊界角作直線與煤層底板相交，得交點(diǎn)。在垂直剖面圖上，將交點(diǎn)投影到地面上，得出該剖面上各煤層項(xiàng)目區(qū)位置保護(hù)煤柱邊界在地表的投影點(diǎn)，以確定擬建項(xiàng)目各煤層保護(hù)煤柱的平面邊界。

圖件編制、資源量估算：

①利用計(jì)算機(jī)繪制垂直剖面圖；

②在擬建項(xiàng)目煤層底板等高線圖上圈定壓覆范圍，圈定估算面積，估算煤炭資源量。計(jì)算機(jī)成圖，編制文字報(bào)告。

2.建設(shè)項(xiàng)目壓覆重要礦產(chǎn)資源必然性論證

(1)建設(shè)項(xiàng)目必要性論證

①該煤礦現(xiàn)有井筒服務(wù)年限較長(zhǎng)，主要回風(fēng)井筒當(dāng)初設(shè)計(jì)斷面較小且變形嚴(yán)重，導(dǎo)致礦井通風(fēng)局部阻力過(guò)大。隨著開拓延深，礦井用風(fēng)量增大，礦井負(fù)壓進(jìn)一步升高，本礦井主要開采煤層為容易自燃或自燃煤層，通風(fēng)負(fù)壓較大時(shí)容易造成采空區(qū)一氧化碳向采掘區(qū)域擴(kuò)散，不利于安全生產(chǎn)管理。

②目前開采工作面溫度已達(dá)到30℃以上，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)和工人健康。為給工人營(yíng)造一個(gè)舒適的工作環(huán)境，保證礦井的正常接續(xù)及生產(chǎn)，通過(guò)加大通風(fēng)量改善作業(yè)環(huán)境，降低工作面溫度，給工人創(chuàng)造一個(gè)舒適健康的工作環(huán)境。因此，對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化改造項(xiàng)目場(chǎng)地的建設(shè)是非常有必要的。

(2)建設(shè)項(xiàng)目壓覆煤炭資源不可避免性論證

在項(xiàng)目選址方案的優(yōu)化過(guò)程中，設(shè)計(jì)貫穿以人為本的思想，堅(jiān)持自然和諧的理念，努力實(shí)現(xiàn)為環(huán)境而設(shè)計(jì)的精神。針對(duì)工程的客觀事實(shí)以及環(huán)境的變遷，綜合考慮自然條件、人文社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素，確定項(xiàng)目選址優(yōu)化原則。

(3)項(xiàng)目社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

該煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化項(xiàng)目的建設(shè)，帶動(dòng)了工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。總的來(lái)看被壓覆煤炭資源儲(chǔ)量的價(jià)值與擬建項(xiàng)目帶來(lái)的巨大而長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益相比較小。

3.壓覆礦產(chǎn)資源影響評(píng)價(jià)

(1)擬建項(xiàng)目保護(hù)范圍

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)范》（2017版）第33條，擬建工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)等級(jí)為Ⅰ級(jí)；擬建道路為四級(jí)及以下級(jí)公路，保護(hù)等級(jí)為Ⅳ級(jí)；根據(jù)35條，Ⅰ級(jí)圍護(hù)帶范圍為20m；Ⅳ級(jí)圍護(hù)帶范圍為5m。

(2)采深采厚比方法評(píng)價(jià)

①擬建設(shè)項(xiàng)目為礦井主要通風(fēng)機(jī)房項(xiàng)目：保護(hù)等級(jí)屬Ⅰ級(jí)。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)范》（安監(jiān)總煤裝〔2017〕66號(hào)）第60條，國(guó)家重要建筑物壓煤允許采用全部垮落法進(jìn)行試采的相關(guān)煤層采深采厚比之規(guī)定。擬建項(xiàng)目比照國(guó)家Ⅰ級(jí)鐵路（薄及中厚單一煤層的采深與單層采厚比大于或者等于150；厚煤層及煤層群的采深與分層采厚比大于或者等于200），按采深采厚比200倍計(jì)算確定最大壓覆深度，即煤層埋藏深度在采厚200倍以淺范圍構(gòu)成壓覆資源量關(guān)系。擬建項(xiàng)目范圍壓覆羊場(chǎng)灣煤礦煤層群最厚厚度為10.64m，預(yù)測(cè)影響最大深度為2128m，根據(jù)煤層賦存情況，壓覆最深煤層海拔為+1351.5～1364.8m，確定擬建項(xiàng)目范圍影響最大深度為714.3m，羊場(chǎng)灣煤礦開采影響的最低海拔為+638.20m，故擬建項(xiàng)目壓覆羊場(chǎng)灣煤礦的最低開采標(biāo)高均在+638.20m以上，羊場(chǎng)灣煤礦開采對(duì)擬建項(xiàng)目有影響。

②擬建連接道路：保護(hù)等級(jí)屬Ⅳ級(jí)。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)范》（安監(jiān)總煤裝〔2017〕66號(hào)）第60條，國(guó)家重要建筑物壓煤允許采用全部垮落法進(jìn)行試采的相關(guān)煤層采深采厚比之規(guī)定。連接道路比照國(guó)家Ⅳ級(jí)鐵路（薄及中厚單一煤層的采深與單層采厚比大于或者等于20，小于40；厚煤層及煤層群的采深與分層采厚比大于或者等于40，小于60），按采深采厚比60倍計(jì)算確定最大壓覆深度，即煤層埋藏深度在采厚60倍以淺范圍構(gòu)成壓覆資源量關(guān)系。連接道路壓覆羊場(chǎng)灣煤礦煤層群最厚厚度為10.64m，影響深度為638.4m，連接道路區(qū)地表標(biāo)高為+1350.0～1354.5m，確定羊場(chǎng)灣煤礦開采影響的最低海拔為+711.6m，故連接道路區(qū)壓覆羊場(chǎng)灣煤礦的最低開采標(biāo)高均在+711.6m以上，羊場(chǎng)灣煤礦開采對(duì)連接道路有影響。

在各煤層充分采動(dòng)情況下，概率積分法評(píng)價(jià)壓覆羊場(chǎng)灣煤礦采空區(qū)塌陷預(yù)測(cè)最大下沉值7460mm、最大傾斜值14.80mm/m、最大曲率值0.04mm/m2、最大水平變形值6.75mm/m；通過(guò)計(jì)算和分析，羊場(chǎng)灣煤礦主要礦層采礦對(duì)地表影響程度為強(qiáng)，現(xiàn)狀條件下評(píng)估范圍內(nèi)無(wú)地面塌陷，后期煤層開采產(chǎn)生地面塌陷可能對(duì)建設(shè)工程場(chǎng)地造成不均勻地面沉降及地裂縫。

4.擬建項(xiàng)目壓覆區(qū)地質(zhì)特征

(1)擬建項(xiàng)目壓覆區(qū)地層

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告確定擬建項(xiàng)目地表被第四系風(fēng)積沙和粉土所覆蓋，檢查孔揭露的地層有第四系（Q）、侏羅系中統(tǒng)直羅組（J2z）、侏羅系中統(tǒng)延安組（J2y）。

(2)含煤性煤層及煤質(zhì)特征

羊場(chǎng)灣煤礦范圍含可采煤層12層（煤層編號(hào)一、二、二下、五、六、七、九、十一、十二、十四、十五、十六煤），最大單層或小煤組厚度9.68m，累計(jì)可采煤厚平均28.58m。

在壓覆范圍內(nèi)，一、二、五、六、九、十二、十四、十五、十六煤層等6層有可采地段分布；在壓覆范圍內(nèi)，二下、七、十一煤層為羊場(chǎng)灣煤礦無(wú)煤區(qū)。

5.建設(shè)項(xiàng)目壓覆礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量估算

(1)資源儲(chǔ)量估算工業(yè)指標(biāo)及其依據(jù)

①工業(yè)指標(biāo)

擬建項(xiàng)目?jī)?nèi)煤層傾角較緩，一般均小于25°，煤類以不粘煤為主。確定本次資源量估算指標(biāo)：煤層有益厚度≥0.80m；最高灰分（Ad）：40%；最高硫分（St,d）：3%；最低發(fā)熱量（Qnet,d）：17MJ/kg。

②資源儲(chǔ)量估算依據(jù)

本次擬建項(xiàng)目資源儲(chǔ)量估算塊段劃分原則沿用儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告成果資料。擬建項(xiàng)目參與資源量估算的煤層主要有9層，編號(hào)為一、二、五、六、九、十二、十四、十五、十六煤。工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)二下、七、十一煤層為羊場(chǎng)灣煤礦無(wú)煤區(qū)，連接道路根據(jù)采深采厚比計(jì)算，參與資源量估算的煤層主要有8層，編號(hào)為一、二、五、六、九、十二、十四、十五煤。擬建項(xiàng)目?jī)?nèi)二下、七、十一煤層為羊場(chǎng)灣煤礦無(wú)煤區(qū)。

③資源儲(chǔ)量估算方法的選擇

本次擬建項(xiàng)目域只是對(duì)原塊段面積進(jìn)行分割，其余資源儲(chǔ)量估算參數(shù)均沿用原儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告資料，故本次采用塊段面積分割法，利用擬建項(xiàng)目界線分割原估算圖上塊段資源儲(chǔ)量，計(jì)算公式如下：

塊段壓覆資源儲(chǔ)量=原塊段資源儲(chǔ)量×塊段壓覆面積/原塊段面積。

④資源儲(chǔ)量估算范圍

擬建項(xiàng)目資源量估算范圍為：采用垂直剖面法在煤層底板等高線圖上圈定保護(hù)煤柱范圍，連接每個(gè)剖面上保護(hù)煤柱邊界最大范圍，即為每一層煤資源儲(chǔ)量估算范圍。

⑤擬建項(xiàng)目煤層底板等高線及資源儲(chǔ)量估算圖的編制

編制依據(jù)主要有原勘探線剖面圖、原煤層底板等高線及資源儲(chǔ)量估算圖、擬建項(xiàng)目垂直剖面圖等。在各煤層底板等高線及資源儲(chǔ)量估算圖上，畫出擬建項(xiàng)目邊界的兩條垂直圖、擬建項(xiàng)目中線、圍護(hù)帶邊界和羊場(chǎng)灣煤礦礦井界線，并投影出保護(hù)煤柱邊界，編制建設(shè)項(xiàng)目各煤層底板等高線及資源儲(chǔ)量估算圖。

⑥地形地質(zhì)及最大壓覆范圍圖

將礦區(qū)各煤層資源儲(chǔ)量估算范圍疊加投影到地形地質(zhì)圖上，連接各煤層資源儲(chǔ)量估算最大范圍拐點(diǎn)，編制而成。

(2)資源儲(chǔ)量估算結(jié)果及主要影響因素

計(jì)算壓覆資源儲(chǔ)量，按被壓覆礦產(chǎn)資源的種類，論述其對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響程度，圖面計(jì)算建設(shè)項(xiàng)目壓覆礦產(chǎn)資源的地表最大壓覆面積、壓覆地下壓覆儲(chǔ)量，為建設(shè)方和礦業(yè)權(quán)人提供壓覆礦產(chǎn)資源的補(bǔ)償價(jià)款，根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目壓覆礦產(chǎn)資源計(jì)算繳納的稅費(fèi)。

6.總結(jié)

綜上所述，采用采深采厚比預(yù)測(cè)壓覆區(qū)煤層開采的影響深度相對(duì)更加準(zhǔn)確。壓覆資源儲(chǔ)量估算符合規(guī)范的一般規(guī)定，資源儲(chǔ)量估算方法正確、參數(shù)選用基本合理，估算結(jié)果較準(zhǔn)確。建議工程開工建設(shè)前應(yīng)與自然資源行政主管部門及上述礦權(quán)人接洽，簽署相關(guān)協(xié)議，協(xié)調(diào)好開工前有關(guān)事宜，避免發(fā)生爭(zhēng)端。