祁南煤礦主控斷層導(dǎo)水性評價

李 陽，束建軍，彭 濤

（1.淮北礦業(yè)集團(tuán) 祁南煤礦，安徽 淮北 235000；2.安徽省地礦局325地質(zhì)隊，安徽 淮北 235000；3.安徽理工大學(xué) 地環(huán)學(xué)院，安徽 淮南 232001）

斷層是非常有威脅的充水通道，因為在井巷開拓和煤層回采過程中，破壞了原來的地質(zhì)、水文地質(zhì)自然狀態(tài)下的平衡條件，某些斷層的導(dǎo)水性將有所增強，若斷層溝通了富水性強的含水層，而且隔水層厚度小、巖性破碎時，突水量較大〔1-3〕。在華北型煤田斷層所造成的突水占總突水的84%，淮北礦區(qū)多次發(fā)生斷層突水事故，如劉橋一礦Ⅱ623和Ⅱ626工作面突水等。斷層帶易于突水的部位一般是斷裂帶收斂部位、大斷層分叉處、斷層尖滅點附近、斷層交匯部位或斷層彎曲劇烈部位。祁南煤礦的斷層數(shù)量多，并存在多條大落差斷層〔4-6〕。

祁南礦1028工作面于2004年8月12日沿F8斷層保護(hù)煤柱施工時，發(fā)生沿F8斷層派生斷層突水，最大突水量達(dá)100m3／h；2006年7月東大巷揭露落差約13m 的F7斷層時也發(fā)生約20m3／h的突水。因此，預(yù)防斷層導(dǎo)水是祁南煤礦防治水的重點。本次研究祁南煤礦斷層特征及其導(dǎo)含水性，主要從斷層帶的控制程度、巖石組成、巖體結(jié)構(gòu)特征、巖石物理力學(xué)性質(zhì)和鉆孔水文地質(zhì)特征等方面進(jìn)行分析。

1 地質(zhì)概況

祁南煤礦位于宿南向斜西南部，為一走向近南北轉(zhuǎn)至東西，向西南凸出，傾向東轉(zhuǎn)至傾向北的弧形單斜構(gòu)造，中部及東部發(fā)育有褶曲，軸向基本與地層走向一致。礦井內(nèi)地層傾角北部陡，一般為20°～30°；中部及東部較緩，一般為7°～15°，已查出較大褶曲2個，大于和等于10m 的斷層92條。

2 斷層工程控制及其地質(zhì)特征

2.1 F7斷層工程控制及其地質(zhì)特征

（1）地質(zhì)特征。為礦井東部邊界，走向NNW-NNE，向東傾斜，傾角70°，落差大于100m。

（2）工程控制。地震控制：二維地震有3個A 級斷點和5個B級斷點控制，礦井內(nèi)有三維地震控制和鉆孔控制：鉆探有6-7及B2-8兩孔揭露，屬查明斷層（見圖1）。

圖1 6線地質(zhì)剖面F7斷層控制示意

2.2 F8斷層工程控制及其地質(zhì)特征

（1）地質(zhì)特征。F8斷層為礦井的西部邊界斷層。正斷層，走向近SN，向西傾斜，傾角22°～72°，落差70～670m，在區(qū)內(nèi)延展長度8.3km 左右。

（2）工程控制。地震和鉆孔均有控制，其中064、065、W4-2孔穿過F2斷層，屬于查明斷層（見圖2）。

圖2 7線剖面F8斷層控制示意

3 斷層帶工程地質(zhì)特征

3.1 斷層帶巖石特征

（1）F8斷層帶巖石組成。穿過F8斷層的鉆孔有064、065、W4-2等鉆孔和最新補勘孔2013-1孔。065孔揭露深度334.99～342.15m，為灰～深灰色，塊狀、松散狀泥質(zhì)角礫石，角礫直徑2～5cm，棱角狀，灰色泥巖及細(xì)砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)，松散，厚度7.05m；W4-2孔為西部普查鉆孔，揭露深度1099.65m，角礫狀，方解石充填，厚0.7m；2013-1孔位于礦區(qū)西部邊界，F(xiàn)8斷層中部，平面位置在該斷層西側(cè)（斷層上盤）B1線旁，其主要目的是控制F8斷層的具體位置，通過對斷層帶抽（注）水試驗，查清其導(dǎo)、含水性，探明6、7、8煤層賦存情況。該孔穿過F8斷層，斷層帶深度為428.49～436.53m，斷層破碎帶為灰紫雜色，斷層角礫巖，角礫主要為粉砂巖、泥巖、細(xì)砂巖碎塊，次棱角狀，多見擠壓滑動面，鈣、泥質(zhì)充填膠結(jié)。破碎帶上部巖層傾角20°～40°，下部巖層傾角8°～13°，兩者不協(xié)調(diào)，下部還發(fā)育一組近直立狀裂隙，寬2～4cm，充填方解石。

（2）F7斷層帶巖石組成。僅有B2-8 孔穿過，深度610～625m，整個斷層及影響帶較厚，達(dá)25m，主要為灰～深灰色細(xì)砂巖、粉砂巖和泥巖，巖芯受擠壓現(xiàn)象明顯，破碎，泥巖為糜棱狀，砂巖裂隙發(fā)育，斷層帶為紫斑雜色，泥質(zhì)，含鋁，破碎，糜棱狀。

3.2 斷層帶巖體結(jié)構(gòu)特征

穿過F8斷層的鉆孔具有鉆孔巖芯完整性統(tǒng)計的只有最新補勘孔2013-1孔，據(jù)對基巖段巖石RQD 值統(tǒng)計，斷層破碎帶段RQD 值僅為26%，但是單收時差、側(cè)向電阻率、消耗量比斷層帶頂?shù)装逡?，自然伽瑪和自然電位值相比斷層帶頂?shù)装迓孕?；鉆孔上部風(fēng)化帶段RQD 值為40%～50%，其余層段RQD值多在50%～70%之間，局部RQD值大于80%（見圖3、圖4），由圖可知，斷層帶上部受到的的影響較大，影響帶較厚，下部影響較小，這與正斷層上盤一般為活動盤有關(guān)。

圖3 2013-1孔斷層帶工程地質(zhì)特征

圖4 2013-1孔斷層帶附近RQD 直方

4 斷層導(dǎo)水與含水性探查與評價

F8及其分支斷層有地面鉆孔4-7、8-3、9-1、064、065、W4-2和2013-1孔控制，僅有2013-1孔做了簡易水文觀測，該孔破碎帶厚8.04m，斷層上下石盒子組巖層對接。

2013-1孔按地質(zhì)設(shè)計要求，在基巖段鉆進(jìn)時連續(xù)做簡易水文觀測，具體觀測方法是在池內(nèi)豎立帶刻度的標(biāo)桿，在鉆進(jìn)時每小時觀測一次泥漿池沖洗液消耗量的變化，根據(jù)泥漿池的面積及液面下降深度換算成小時單位消耗量，據(jù)實際觀測結(jié)果統(tǒng)計，該孔沖洗液消耗量共觀測304次，據(jù)觀測結(jié)果計算，全孔大部分層段消耗量均較小，多在0.00～0.06m3／h，沒有明顯涌、漏水情況，僅風(fēng)化帶及斷層破碎帶消耗量稍大，最大為0.24 m3／h。另據(jù)流量測井結(jié)果，斷層帶沒有出（吸）水反應(yīng)，從而推斷該斷層含水性弱、導(dǎo)水性差。

但是據(jù)測流資料解釋，該孔在天然狀態(tài)下有兩個出（吸）水層段，第一含水層位于斷層帶底板，孔深在389.00～392.50 m，厚3.50 m，表現(xiàn)為出水狀態(tài)，出水量為0.05626L／S。第二含水層孔深459.00～462.00 m，厚3.00m，表現(xiàn)為吸水狀態(tài)，其吸水量為0.05626L／S。對該孔進(jìn)行了混合注水試驗，注水水位穩(wěn)定在0.00m 時，各含水層的水文地質(zhì)參數(shù)見表1。

表1 2013-1孔注水試驗計算結(jié)果

根據(jù)首采區(qū)瞬變電磁法勘探資料，在測區(qū)分布的斷層附近，一般其視電阻率值變化都不大，沒有明顯的低阻區(qū)存在，推測測區(qū)的斷層在靜態(tài)下其富、導(dǎo)水性不是很強，但是在斷層附近次級小斷層、裂隙相對發(fā)育的位置，其富水性卻比較強。測區(qū)內(nèi)斷層不同區(qū)段的含水性差異較大，測區(qū)內(nèi)F2斷層富水性較差，只是在個別區(qū)段富水。

5 結(jié)語

通過對祁南煤礦邊界斷層的分布特征、斷層帶的巖石組成、巖體結(jié)構(gòu)特征以及水文地質(zhì)特征的綜合分析可知：

1）邊界斷層斷層破碎帶的巖石成分混雜，多為泥質(zhì)充填，巖性較混雜，主要為泥巖、粉砂巖及少量砂巖，擠壓和揉皺現(xiàn)象嚴(yán)重，巖芯較破碎，泥巖呈糜棱狀，砂巖呈碎塊狀、角礫狀；斷層破碎帶帶RQD值一般小于30%。這種巖石組成對阻水是有利的。

2）根據(jù)鉆探施工簡易水文觀測資料及區(qū)域斷層抽水試驗資料分析，F(xiàn)8斷層總體為一含水性弱、導(dǎo)水性差的斷層。F7斷層其導(dǎo)含水性一般也較差，但該斷層發(fā)育次級分支斷層，對其導(dǎo)含水性有一定影響，可能存在局部導(dǎo)水性。

3）F7、F8斷層含水性弱、導(dǎo)水性差的主要原因是因為該兩斷層是在早期近南北向應(yīng)力場作用下產(chǎn)生的張剪性正斷層，晚期又受到近東西向應(yīng)力場的擠壓作用，使斷層帶裂隙處于閉合狀態(tài)。

4）由于邊界斷層落差較大，雖然由三維地震控制，但鉆孔揭露較少，進(jìn)行水文、工程地質(zhì)試驗的鉆孔則更少，其位置尚存在一定的擺動，導(dǎo)、含水性評價尚缺乏探查資料，今后應(yīng)增加補勘工程，進(jìn)一步加強研究。

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