李 程

(中鐵上海設(shè)計院集團有限公司，上海 200333)

1 線路概況

1.1 線路位置

擬建阜六線從阜淮線上袁寨車站引出，主要有推薦線路CK(西Ⅱ線)和主要比較線路C1K(西Ⅰ線)兩個方案，礦區(qū)線路全長約40 km。

線路經(jīng)過周集、吳集、周油坊、重新集等地的霍邱鐵礦園區(qū)，霍邱鐵礦區(qū)線路平面示意見圖1。

圖1 霍邱鐵礦區(qū)線路平面示意

1.2 礦區(qū)地質(zhì)

霍邱鐵礦位于淮河以南的周集至高塘鎮(zhèn)，地處江淮波狀平原，地形總體呈現(xiàn)出波浪形，地勢有所起伏，地面高程一般在25～100 m，地貌單元主要為崗地和沖積平原相間，并夾有低山丘陵。

礦區(qū)太古界震旦系霍邱群周集組(Ar4z)及吳集組(Ar3w)巖漿巖為含礦巖系。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

(1)褶皺:區(qū)域褶皺表現(xiàn)為基底褶皺和蓋層褶皺?；遵薨櫂?gòu)造發(fā)生時間大約在25億年阜平運動。自西向東為:花園倒轉(zhuǎn)背斜、周集倒轉(zhuǎn)向斜、代店倒轉(zhuǎn)背斜。

(2)斷層:區(qū)域按走向大致歸納為下列四組。

北西或北西西向斷層;北東或北北東向斷層;近東西向斷層;早期斷裂發(fā)生在基底褶皺同期，相當(dāng)阜平運動時期，主要發(fā)生在礦床中段，斷裂導(dǎo)致混合花崗巖貫入充填，走向南西傾向北西，傾角20°左右，且破壞了礦體的連續(xù)性。

2 礦區(qū)分布及鐵礦對線路的影響

2.1 礦區(qū)分布及開采情況

霍邱鐵礦區(qū)南北長32 km，東西寬3～8 km，面積160 km2，已知由大小13個礦床(點)組成，與阜六線西線方案有關(guān)的鐵礦如下。

(1)李樓鐵礦:安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司，位于李樓村南，大型鐵礦。2003年開采，6個井口，其中3個主井，已開采。礦體長2.8 km，走向近南北，埋深-52～-862 m，主采礦藏厚約80～90 m，含鐵量60%左右。建有大型選礦廠。

一期開采-200 m，2006年前建成，傾向西，傾角65°～73°;二期開采 -680 m 以上，2010年建成，三期-800 m以上，遠期;-400 m以上傾向西，傾角65°～73°，-400 ～ -600 m 傾向東，傾角80°～85°。

(2)吳集南段鐵礦:安徽大昌礦產(chǎn)品經(jīng)貿(mào)有限公司，大型鐵礦，共15個井口，9個主井，已開采，開采范圍南北8 km左右，東西寬150～600 m，平均寬300 m，礦體埋深42～402 m，相對高程0～-360 m。分上、中、下3個礦帶，以中下2個礦帶為主，每個礦帶有3個礦體，總體走向330°，傾向南西，局部反傾，受褶皺制約呈“S”形，傾角 30°～70°，以 50°居多。吳集南礦垂直線路走向地質(zhì)剖面見圖2。

圖2 吳集南礦垂直線路走向地質(zhì)剖面

(3)環(huán)山公司礦:位于吳集南鐵礦西側(cè)，原屬安徽大昌礦業(yè)公司，2006年建礦，4個井口，1主井1副井2風(fēng)井，掘進深度百米左右，尚未達到開采深度，預(yù)計開采深度在-250 m。

2.2 鐵礦開采對鐵路線路的影響

根據(jù)走訪調(diào)查線路經(jīng)過的李樓鐵礦、吳集南段鐵礦開采區(qū)處在正在開采階段，對線路方案的制定影響極大。

(1)李樓鐵礦:現(xiàn)已開采，推薦方案(CK59+800～CK60+500)、比較方案(C1K57+000～C1K61+800)穿過鐵礦開采區(qū)，礦體距在建高速公路最近處880 m，李樓鐵礦礦體距CK線、CⅠK最近處分別為760 m和940 m。

(2)吳集南段鐵礦:現(xiàn)已開采，線路方案穿過鐵礦勘探開采區(qū)，礦井距在建高速公路最近處約1600 m，不存在壓覆礦產(chǎn)資源和不安全隱患。

(3)環(huán)山公司礦:建礦階段，4個井口，尚未達到開采深度。推薦方案(CK62+100～CK66+200)、比較方案(C1K63+000～C1K65+600)穿過鐵礦勘探開采區(qū)，預(yù)計開采深-250 m。礦體距在建高速公路最近處780 m，距CK、C1K最近處分別為830 m和650 m。

線路方案距吳集南段鐵礦段可能塌陷、變形區(qū)超過400 m，影響不大。

線路方案經(jīng)過的李樓、環(huán)山鐵礦開采區(qū)對線路方案的制定影響較大。

3 開采方法及可能塌陷區(qū)分布

李樓、環(huán)山鐵礦均采用豎井開采，設(shè)主井、副井和風(fēng)井，沿走向采用分段崩落式開采，尾礦回填，天然巖脈做保安礦柱。天然頂板，工作面鼓風(fēng)，大排量水泵抽排水。

經(jīng)濟上比較合適的辦法是空場和崩落法。如果使用崩落法開采，將會使地表形成大面積采空塌陷。采空塌陷盆地的形成主要受以下幾方面的影響:開采層空間的分布、開采深度、厚度、傾角、松散層厚度、斷層構(gòu)造、開采方式等等。開采深度大，地表移動持續(xù)時間長，地表破壞的強度較小;礦層開采厚度大，地表破壞的強度大。

根據(jù)各鐵礦礦層的分布特點對區(qū)域內(nèi)因鐵礦開采礦石可能產(chǎn)生塌陷、變形進行計算，原省國土資源廳提供的鐵礦災(zāi)害評價文件里已圈定了礦區(qū)可能塌陷區(qū)的分布范圍(圖1)。

阜六鐵路線路方案霍邱段沿高速公路兩側(cè)行進，初測階段對鐵礦開采影響線路的部分收集鐵礦的詳勘資料，實地測量既有礦井，分析其變形機理，劃分了可能塌陷區(qū)、可能變形區(qū)、基本穩(wěn)定區(qū)、穩(wěn)定區(qū)。

3.1 李樓鐵礦地表錯動范圍

李樓鐵礦根據(jù)巖石移動角65°及70°分別進行計算得出結(jié)論，地表塌陷范圍在設(shè)計東礦井、西礦井之間，既有6個井位東側(cè)300 m，西側(cè)300～600 m，并設(shè)置地表錯動范圍觀測線。

3.2 吳集南鐵礦可能塌陷區(qū)

霍邱縣吳集鐵礦(南段)礦層在空間的展布具有埋藏深，厚度大，屬于埋深大、覆蓋厚的礦床。礦體一般堅硬完整，裂隙不發(fā)育，穩(wěn)固性較好。局部受構(gòu)造作用影響，穩(wěn)固比較差。礦體底板巖石裂隙不發(fā)育，巖石強度高，其穩(wěn)固性較好。據(jù)《安徽大昌礦產(chǎn)品經(jīng)貿(mào)有限公司吳集鐵礦采選設(shè)計方案》，按照礦床埋深、產(chǎn)狀，采用崩落法開采，巖石力學(xué)錯動角按65°，松散層錯動角按45°，一期工程開采至-400 m水平時，可能形成的地表錯動影響范圍約為1.80 km2，地表錯動影響范圍位于吳集街道一帶，距離高速公路、鐵路線路方案1 km以上，對鐵路線路無影響。

4 采空區(qū)穩(wěn)定性評價

4.1 采空區(qū)變形破壞邊界的計算

根據(jù)采空變形的相關(guān)理論，對于急傾鐵礦采空區(qū)，其影響范圍按照圖3所示邊界進行計算，計算式如下

圖3 采空區(qū)變形破壞影響范圍

根據(jù)我國某些煤礦移動盆地有關(guān)數(shù)值表，參照經(jīng)驗取值如下:第四系移動角φ取45°，巖層移動角取65°，對B—B'地質(zhì)斷面采空區(qū)邊界值計算如下:L=H ctan65°+h ctan45°

根據(jù)吳集南礦地質(zhì)斷面計算后L為442 m，即采空區(qū)以外影響范圍近440 m。

對李樓礦、環(huán)山礦采空區(qū)地質(zhì)斷面分別進行計算，計算值L分別為400 m和310 m。

4.2 最大沉降深度的計算

根據(jù)國內(nèi)推薦，首次充分采動情況下的最大下沉值計算式(非水平礦層時)

η0=q0h cosα

式中 h——礦層的法線厚度，m;

α——礦層的傾角，(°);

q0——充分采動情況下的下沉系數(shù)。

根據(jù)本線鐵礦采空的特點，以全面陷落(重復(fù)采動)下沉降系數(shù)參考數(shù)取經(jīng)驗值，q0值取為0.50，采空厚度按 80 m考慮，傾角 70°，計算最大下沉值為13.7 m。

4.3 下沉?xí)r間與采掘深度的關(guān)系

國內(nèi)外相關(guān)文獻介紹，移動盆地的下沉?xí)r間與開掘深度有關(guān)。根據(jù)表1介紹，一般情況下，停止開采一段時間后，沉降會終止，也就是說這時候會處于相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，在平衡未被重新打破時，應(yīng)該是比較安全的。

表1 移動盆地的下沉?xí)r間與開掘深度的關(guān)系

5 穩(wěn)定性分區(qū)

根據(jù)收集到的礦區(qū)詳勘地質(zhì)剖面(1∶1 000)進行計算，鐵礦開采區(qū)為可能塌陷區(qū)，根據(jù)礦體勘探剖面投影劃定(圖4)。巖石、松散層地表移動帶為可能變形區(qū)，按巖石移動角65°、松散層移動角45°計算;鐵礦尾礦庫、采選區(qū)為基本穩(wěn)定區(qū);不受采礦影響的鐵礦勘探開采區(qū)為穩(wěn)定區(qū)。

圖4 李樓礦區(qū)塌陷、變形范圍分區(qū)(單位:m)

6 選線建議

(1)各方案應(yīng)繞避鐵礦可能塌陷區(qū)、可能變形區(qū)。

(2)推薦采用西Ⅱ方案(高速公路東側(cè))，線路短，減少兩次跨既有高速公路工程。

(3)線路方案在李樓礦、吳集南段礦、環(huán)山礦段落臨近可能變形區(qū)，(西Ⅱ)線路方案距高速公路距離應(yīng)在400 m以內(nèi)。

(4)吳集南段鐵礦、李樓鐵礦、環(huán)山鐵礦段線路工程應(yīng)采用以淺挖低填方式，避免采用大橋、高路堤、深路塹。

(5)車站須繞避李樓鐵礦、吳集南段鐵礦、環(huán)山鐵礦可能塌陷、變形段落。

［1］ 安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司.李樓鐵礦的初步設(shè)計［Z］.中冶京誠工程設(shè)計有限公司，2006.

［2］ 安徽大昌礦產(chǎn)品經(jīng)貿(mào)有限公司.吳集南鐵礦的設(shè)計資料［Z］.邯鄲:邯鄲礦冶工程設(shè)計有限公司，2006.

［3］ 安徽大昌礦產(chǎn)品經(jīng)貿(mào)有限公司.吳集南礦地災(zāi)評價報告［R］.合肥:安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，2006.

［4］ 霍邱環(huán)山礦業(yè)有限公司.環(huán)山鐵礦地質(zhì)勘察報告［R］.合肥:安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局313地質(zhì)隊，2005.

［5］ 安徽省地質(zhì)調(diào)查院.阜陽至六安高速公路沿線礦產(chǎn)資源分布及“壓覆礦產(chǎn)資源”調(diào)查評估報告［R］.安徽省地質(zhì)調(diào)查院，2003.

［6］ 安徽省第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊.阜陽至六安高速公路地質(zhì)災(zāi)害危險性評估報告［R］.合肥:安徽省第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，2003.