压覆矿产资源评估中计算方法探究

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摘要：本文研究了压覆矿产资源评估中压覆储量计算的原理和方法，分析了不同种类建设工程压覆资源储量计算模型的差异，重点对压覆煤炭资源储量评估进行了代表性研究，简述了计算模型，归纳了计算方法。

关键词：压覆矿产资源评估；储量计算；计算模型；计算方法

建设项目压覆矿产资源审批是《中华人民共和国矿产资源法》确定的一项重要管理办法，对避免或减少压覆重要矿产资源、提高矿产资源保障能力、保障建设项目正常进行具有重要作用。近年来，随着国家对矿产资源保护的加强，从国家到各省（自治区、直辖市），其对建设用地压覆矿产资源评估都十分重视。为规范建设项目压覆矿产资源评估报告编写，提高压覆矿产资源评估评审效率，江西省自然资源厅出台了《建设项目压覆矿产资源评估报告编制要求、提纲及编写内容要点》[1]。为做好江西省压覆矿产资源评估，进一步从技术论证的角度提升压覆矿产资源评估水平，结合从事压覆矿产资源评估15年来的案例，笔者以压覆煤炭资源为例，系统论述压覆煤炭资源评估技术方法，分析了不同种类建设工程压覆资源储量计算模型的差异，重点对较为复杂的压覆煤炭类资源储量评估进行了代表性研究，简述了计算模型，归纳了计算方法，以方便从业技术人员更科学严谨、简洁高效、更有操作性地开展压覆评估。

1压覆矿产资源的范围及类型

1.1范围

《中华人民共和国矿产资源法》第三十三条规定，“在建设铁路、工厂、水库、输油管道、输电线路和各种大型建筑物或者建筑群之前，建设单位必须向所在省、自治区、直辖市地质矿产主管部门了解拟建工程所在地区的矿产资源分布和开采情况。非经国务院授权的部门批准，不得压覆重要矿床”。压覆矿产资源，是指在进行上述建设活动时，因建设工程兴建导致其压覆区内已查明的矿产资源不能开发利用的那部分资源量。

1.2压覆类型

从压覆的重要程度划分，矿产资源主要分为重要矿产资源和一般矿产资源。重要矿产资源是指《矿产资源开采登记管理办法》附录所列34个矿种和省级国土资源行政主管部门确定的本行政区优势矿产、紧缺矿产。一般矿产为上述重要矿种以外的其他矿产资源。从压覆的矿产赋存种类划分，矿产资源主要分为三类：第一类是沉积岩类层状矿产，代表为煤炭资源；第二类是岩浆岩及变质岩类脉状矿产，代表为金属矿种；第三类是液体矿产，如地热水、石油等。目前，常见矿产资源压覆种类可概括为上述三大类型。

1.3压覆矿产资源的计算模型

按照建筑物或建筑群形态区别，压覆矿产资源的计算模型可划分为三大基本模型，分别是垂直剖面法、垂线法、横向（断面）竖直剖面法[2]。其各自适用范围可概括为：垂直剖面法适用于一般单体建筑物压覆矿产资源的计算；垂线法适用于大范围的超大型建筑物或者建筑群，如大型厂区及工业园区建设；横向（断面）竖直剖面法适用于线性长距离的线路工程，如各种等级的公路、铁路、输油输气管道等。从计算的复杂程度和难易程度划分，压覆矿产资源计算模型可根据矿产赋存类型分为复杂型（第一类沉积岩层状矿产）和简单型（第二类脉状矿产和第三类液体矿产）两大类型。针对沉积岩层状矿产，可按照建筑物分类确定其计算模型，如垂直剖面法、垂线法、横向（断面）竖直剖面法。针对脉状矿产和液体矿产，直接采用岩层移动角，按作图法确定压覆范围即可。

2压覆资源量计算方法及要点分析——以压覆煤炭资源为例

2.1垂直剖面法

对于单体建筑，计算压覆缓倾斜煤层煤炭资源量时，建议采用垂直剖面法（见图1），其具有压覆区域小、计算结果精确的特点[3]。要点有四。一要根据建筑物等级确定合理的围护带范围；二是在设定建筑物受护范围时必须考虑煤层走向和倾向方向，划定的受护各边界必须平行于煤层走向和倾向；三是按照三视图作图法，在剖面上确定好煤层上下山方向压覆边界，准确转绘到平面上，确定出建筑物压覆煤层储量边界范围；四是合理确定上山方向移动角γ的数值，该值的确定有两个来源。其一，建筑物所压覆的煤层有在采矿山并对矿区地表移动进行长期观测，则可采用矿区开采实测参数的移动角值；二是建筑物所压覆的煤层无实测值，则参照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》附录实测参数表[3]，结合本区覆岩特征获得。以江西省萍乡市为例，确定上山移动角γ后，走向移动角δ=γ=75°,下山角β按照式（1）算出，已知煤层倾角α为21°，则下山角β为58°。β=δ−kα（1）式中：α为煤层倾角；k为常数，可查表获得，这里取0.8。

2.2垂线法

对于较大范围的建筑物或建筑群，计算压覆煤炭资源量时，建议采用垂线法（见图2）。其具有概化边界性强、计算量少、简单易操作的特点。要点有四。一是在每个边界拐点做两条垂线，分别垂直于该拐点所在的两条保护边界，以图2中的a点为例，11号垂线和12号垂线分别垂直于ae和ab两条边界。二是要注意松散层影响，在根据建筑物轮廓拐点123456和围护带宽度确定拐点1′2′3′4′5′6′为受护边界外，要考虑松散层移动角带来的变形影响，在受护边界拐点1′2′3′4′5′6′组成的范围向外按照s=hcotφ=25×cot45°=25m（h为当地松散层厚度，s为外扩宽度）确定外扩范围。最终确定的abcde边界才是垂线法的起算边界。三是在起算拐点沿上山方向的垂线长度q和沿下山方向的垂线长度l分别按照式（2）、式（3）计算：()cot1+cot′qH−h=β′βcosθtanα（2）()cot1+cot′qH−h=β′βcosθtanα（3）式中：h为松散层厚度，m；H为煤层到地表的垂深（从受护边界开始，在松散层中以φ角作直线与基岩面相交，H值为过此交点的煤层深度）；α为煤层倾角；θ为围护带边界与煤层倾向线所夹的锐角；β'、γ'为基岩内斜交剖面移动角。四是在abcde各拐点做垂线时，要结合煤炭资源储量分布图认真分析各拐点所在区下覆煤层倾向，有可能同一个拐点的两条垂线均为上山方向或均为下山方向。以a点为例，若其两条垂线均为上山方向，则都按照式（2）计算，若均为下山方向，则都按照式（3）计算，该点需要特别注意。最终按照各拐点计算所得的垂线长度确定的a'b'c'd'e'边界即为压覆量计算范围。

2.3横向（断面）竖直剖面法

对于长距离的线性工程，计算压覆煤炭资源量时，建议采用横向（断面）竖直剖面法（见图3）。其具有概念模型分段化、宏观控制与微观细分相结合的特点，准确性高，计算量可根据精度要求进行调整。其主要理论特点是，在宏观模型构架上将每个横向断面的垂直剖面作为计算基础，在细节上进行多段拆分计算再统一汇总，体现了微积分处理模型的概念。该方法可通过投入较大的计算量取得较为精确的计算结果。横向（断面）竖直剖面法有两大要点。一是根据所建线路工程等级确定路堤坡脚外扩距离（根据工程等级查表确定）abcdeff'e'd'c'b'a'为受护边界，再加围护带外扩宽度（根据工程等级查表确定），确定a1b1c1d1e1f1f1'e1'd1'c1'b1'a1'为受护面积，即各横向断面起算点。各断面起算点的准确划定是决定后续计算结果的直接基础。二是要格外注意线路转弯等变线位置，尽量加密计算剖面，同时在横向剖面计算时注意转弯位置上山角和下山角的对应问题，如线路转弯后走向与煤层走向正好垂直，则剖面上下山角均采用走向移动角δ值，不能机械套用上下山角值。2.4在实际运用中垂线法和横向（断面）竖直剖面法斜交角问题的处理对于垂线法和横向（断面）竖直剖面法，还应重视的问题是，由于建筑物形态的不同，特别是长距离线性工程形态特殊，其与下覆煤层走向关系复杂，并不能保证与煤层走向始终平行[4]。在计算过程中，要考虑建筑物与煤层走向斜交的问题。而垂直剖面法因适用于单体建筑，且在计算模型上已经要求单体建筑计算边界平行煤层走向，故不存在此问题。为消除使用垂线法及横向（断面）竖直剖面法时建筑与煤层斜交带来的计算不准确问题，在实际运用中引入斜交剖面移动角公式。在实际计算过程中，这需要引起足够重视[5]。采用垂线法和横向（断面）竖直剖面法模型，当遇到构筑物与煤层斜交计算时，在松散层内采用φ角画直线；在基岩内则分别以斜交剖面移动角β'、γ'代替β、γ角画直线。直线与煤层底板的交点即为保护煤柱在煤层该斜交剖面上的上、下边界。β'、γ'角数值分别按式（4）和式（5）进行计算。cotβ′=cot2βcos2θ+cotδsi22nθ（4）cotγ′=cot2γcos2θ+cotδsi22nθ（5）式中：γ、β和δ分别为上山、下山和走向方向的岩层移动角；θ为围护带边界与煤层倾向线所夹的锐角。式（4）和式（5）的主要作用是修正斜交带来的误差，可确保计算结果的准确性，斜交误差未消除也是评估中常见且易忽略的技术难题。

3结语

本文通过对压覆矿产资源评估中各类规范的分析，结合多年经验，提出了压覆矿产资源评估的两类计算模型。第一类是沉积岩层状矿产模型，第二类是脉状和液体矿产模型。因第二类计算方法比较简单，本文重点针对第一类情况概括出三种计算模型，即垂直剖面法、垂线法和横向（断面）竖直剖面法，并阐述三种模型的适用情况，说明各模型优点，重点分析各自的使用要点和技术难点。这对提高从业技术人员压覆矿产资源评估技术水平有很好的借鉴意义，有利于压覆矿产资源评估的开展，能够更好地促进行业技术能力的提升。

作者:韩政兴 张影 张绍聪 张晖 苏沁 单位:.江西省地质局二二六地质队 江西省煤田地质勘察研究院 江西省自然资源厅 山东省煤田地质局物探测量队