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摘要：某拟建高速铁路以隧道形式穿越华蓥山背斜，华蓥山背斜两翼煤矿采空区分布密集，采空区严重制约了线路走向，其中华蓥山西翼A煤矿、B煤矿之间存在一通道，两煤矿之间距离较近，采空情况复杂，通过收集资料、物探、钻探初步查明采空区范围，选取合理的采空影响参数并通过数值分析进行验证，计算出采空影响范围，线路走行于采空影响范围之外，进而证明线路方案可行。
关键词：煤矿；采空影响
1.工程概况
某拟建高速铁路位于川东平行岭谷区，地形起伏大，地貌复杂，岭谷间发育有缓丘、河谷阶地，海拨260~1000m，华蓥山背斜轴部地层平缓，两翼不对称。北西翼陡，南东翼缓，为狭长半箱状斜歪背斜，其中背斜两翼由须家河组等地层组成，须家河组为重要含煤地层，须家河组1段、3段、5段、7段含煤多层。华蓥山背斜两翼开采煤矿众多，采空分布复杂，其中A煤矿、B煤矿位于华蓥山西翼，地层倾向北西，倾角约54°。
2.煤矿采空区现状分析
2.1资料收集
根据收集资料，初步确认矿区边界和采空边界。A煤矿范围内，+200m标高以上均被采空。B煤矿范围内，浅部+365标高以上被老窑采空，南侧煤层标高+312m以上被采空，+312标高煤层由南向北开采，北侧矿界以南煤层薄化不可采，但薄化未开采段范围不明，+365标高和+312标高采空界线不明，煤矿采空分布如图1。
高速铁路穿越华蓥山时宜下穿采空区，走行于采空区影响范围之外，A煤矿最低采空标高为+200m，B煤矿最低采空标高为+312m，A煤矿、B煤矿之间存在一狭窄地段采空标高为+365m，同时线路受其他条件控制标高应尽量抬高，因此查明+365标高采空范围，确保线路可以+330标高通过该区域十分关键。
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图2 线路附近物探和钻探布置示意图
3.采空影响分析
3.1采空影响参数选取
拟建高铁设计时速为350km/h，属特级铁路。根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》要求。采空区影响范围按边界角留设，围护带宽按50m留设。
根据《煤矿采空区岩土工程勘察规范》附录H中表H.0.8-1，隧道线路经过的煤层上覆岩层为砂岩、泥岩为主，属较硬岩。走向边界角取55°，上山边界角取55°，下山边界角=走向边界角-0.7×岩层倾角，倾角为54°，因此下山边界角取20°（小于20°时取20°）。
根据《铁路工程不良地质勘察规程》和《铁路工程地质手册》，走向角移动角取70°，上山移动角取70°，下山移动角取36°，走向边界角为55°，上山边界角取55°，下山边界角取36°-15*（1-0.01*54）=29°。
综合考虑按照国家标准规范取值，上山角、走向角取55°，下山角取20°。
3.2采空影响范围
线路轨面标高为330m，下穿+365标高采空区，不受其影响，主要受南侧B煤矿+312标高采空和北侧A煤矿+200标高采空影响，线路垂直于地层走向从两煤矿中间穿过，主要受两侧采空区走向方向影响。
A煤矿最低采空标高为200m，根据边界角计算A煤矿采空影响范围为50+(330-200)*cot55°=141m，采空边界与线路水平距离为189m，线路在采空影响范围之外。
B煤矿最低采空标高为312m，根据边界角计算B煤矿采空影响范围为50+(312-200)*cot55°=63m，采空边界与线路水平距离为164m，线路在采空影响范围之外。
根据计算作出采空区影响边界线(图3)，可见铁路线位均位于边界以外。综上分析，线路选择在A煤矿和B煤矿之间以+330标高通过方案可行。
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图4 数值计算模型
模型初始平衡后进行开挖计算。由于主要研究采空区上侧竖向位移为负的部分，为了便于对比，因此位移云图中只显示负值竖向位移。
煤层采空后煤层走向方向剖面上的竖向位移云图如图5。在倾斜方向上，移动盆地偏向采空区下山方向，上山方向较陡，移动范围较小，下山方向较缓，影响范围较大。
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图6 煤层采空后走向方向剖面竖向位移云图
因A、B煤矿采空对线路的影响主要在走向上，因此主要分析走向边界角。对剖面上的地表竖向位移进行提取分析，作地表竖向位移与采空区水平距离关系图，如图7，可以看出在与采空区水平距离33.5m处，地表竖向变形小于1cm，趋向于稳定，即认为影响范围为33.5m，边界角约为arctan(50/33.5)≈56°，在规范推荐走向边界角55°~60°范围内，且取55°相对较为保守。
图7 地表竖向位移与采空区水平距离关系图
4.结论和有待解决的问题
采用收集资料、访问调查、物探、钻探等综合勘察方法，初步查明了A煤矿和B煤矿的采空范围，在最不利条件下，计算采空影响边界，以数值计算的方法对采空影响参数进行验证，最终得出结论，线路以+330标高穿过AB煤矿通道时，满足地质安全距离要求，方案可行。
下一阶段需要进一步探明B煤矿采空范围，确保通道可行，并为线位争取优化空间。
参 考 文 献
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作者简介：陈书玄（1993-），男，2018年毕业于北京交
通大学土木工程专业，工学硕士，助理工程师。
论文作者:陈书玄
论文发表刊物:《防护工程》2019年20期
论文发表时间:2020/3/7
标签：采空区论文; 煤矿论文; 标高论文; 边界论文; 线路论文; 位移论文; 煤层论文; 《防护工程》2019年20期论文;