西部某水库大坝坝基保护煤柱范围的确定

张丽艳，刘芙荣

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津300222）

1 概述

西部某水库为大（Ⅱ）型工程，具有水量调蓄、沉沙、防洪、灌溉和供水等综合重要功能，采用均质土坝。 因其下部埋藏大量的煤炭资源，为确保库坝的安全稳定， 对库坝周边开采范围进行一定限制， 也就是说要对库坝坝基留设一定的安全保护煤柱。

2 地层岩性及煤层分布

太原组为海陆交互相沉积，有5～7层含煤，可采煤层为8，9层煤；山西组地层为纯陆相含煤沉积， 有3～7层含煤，可采煤层为1，3，5层煤。

3 大坝保护煤柱边界线计算

3.1 计算方法

《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》规定：应由边界角确定地表沉陷盆地的范围，采用移动角计算保护煤柱的范围。边界角确定的沉陷盆地边界线仍有10mm的沉降值，而由移动角圈定的范围内地表变形更大。

由于水工建筑物的特殊性， 大坝不允许有不均匀沉降或变形发生， 采用移动角计算的保护煤柱范围不能满足大坝对变形的要求。因此，在计算大坝保护煤柱的范围时， 采用地表零倾斜和零沉降标准控制，即假定一个地下采空区范围，根据地表沉陷规律和实测的沉陷参数计算采空区地表变形， 通过反演计算， 使煤层开采地表沉陷和倾斜变形零线接近大坝保护范围边界线， 这种情况下所对应的留设煤柱范围即为大坝保护煤柱范围。

3.2 大坝保护范围

根据SL106—96《水库工程管理设计规范》规定，大型水库工程的管理范围为： 上游从坝轴线向上不少于150m，下游从坝脚线向下不少于200m，大坝两端以第一道分水岭为界或距坝端不少于200m。 工程保护范围在工程管理范围边界线外延， 主要建筑物应不少于200m。 根据水库实际情况确定大坝保护带宽度：大坝下游保护带宽度自下游坝脚向下200m，上游大坝保护带宽度自坝轴线起150m， 两侧坝肩保护带宽度分别从坝头外延200m。

3.3 岩体参数

计算模型中工作面顶底板主要地层为粉砂岩组、细砂岩组、泥岩组、灰岩和煤层群组成，基本物理力学参数如表1。

表1 主采煤层顶底板主要地层基本物理力学参数

3.4 保护煤柱计算结果

大坝保护煤柱的计算， 按照各种工况进行了分析计算：垂直剖面法计算：分别按照20m围护带宽度和200m工程保护范围、中硬顶板和软弱顶板、全采各煤层、 移动角和边界角计算大坝下游的保护煤柱范围；反演预算：分别按照20m围护带宽度和200m工程保护范围、全采各煤层、软弱顶板和零沉降反演预算大坝下游的保护煤柱范围。

五煤层重复采动通过按200m工程保护范围、软弱顶板和零沉降概率积分法反演计算大坝下游的保护煤柱范围，大坝南侧保护煤柱宽度平均值为0.9km。

4 水库周边煤矿禁采区范围的确定

4.1 划定水库周边煤矿禁采区范围考虑的因素

水库周边煤矿禁采区范围的划定除考虑大坝保护煤柱计算成果外，还需要考虑以下因素：

（1） 计算结果是把大坝坝基作为一个理想的完整地质体考虑，但到目前为止，大坝下伏深埋地层的地质结构尚未搞清。而且但由于勘察深度有限，是否可能还存在其他的地质构造等异常情况尚不得知。因此划分煤矿禁采区时需要考虑一定的安全余度。

（2）采空区存在长期蠕变变形

（3）工程类比，《“三下”开采规程》中按照移动角、垂直剖面法计算的保护煤柱范围值并不完全适宜该水库。参考岳城水库等其他工程类同问题的处理方式。

（4）必须考虑保护煤柱自身的长期风化剥蚀情况。

（5）考虑水利水电工程的特殊性。

4.2 煤矿禁采区范围

类比其他工程， 大坝下游保护范围以坝脚线向下200m进行计算、按照概率积分法反演预算计算（采用零沉降范围线趋近保护带宽度外边界线），考虑煤层全采后工况及2.5倍的扩大系数，自坝轴线至下游1.8km范围为保护大坝的临时禁采区范围，如表2。

表2 全采各煤层反演预算禁采区范围成果

5 结语

西部某水库是一座具有供水等功能的大型水库，其下部埋藏大量的煤炭资源。 为保证大坝安全，综合研究成果，最终采用2.5倍的安全系数划定煤矿禁采区的范围。通过反演计算，确定自西部某水库坝轴线至下游1.8km范围为禁采区范围。