祁南煤礦主控斷層導水性評價

李 陽，束建軍，彭 濤

（1.淮北礦業集團 祁南煤礦，安徽 淮北 235000；2.安徽省地礦局325地質隊，安徽 淮北 235000；3.安徽理工大學 地環學院，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、水文地質自然狀態下的平衡條件，某些斷層的導水性將有所增強，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%，淮北礦區多次發生斷層突水事故，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斷層保護煤柱施工時，發生沿F8斷層派生斷層突水，最大突水量達100m3／h；2006年7月東大巷揭露落差約13m 的F7斷層時也發生約20m3／h的突水。因此，預防斷層導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含水性，主要從斷層帶的控制程度、巖石組成、巖體結構特征、巖石物理力學性質和鉆孔水文地質特征等方面進行分析。

1 地質概況

祁南煤礦位于宿南向斜西南部，為一走向近南北轉至東西，向西南凸出，傾向東轉至傾向北的弧形單斜構造，中部及東部發育有褶曲，軸向基本與地層走向一致。礦井內地層傾角北部陡，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特征

2.1 F7斷層工程控制及其地質特征

（1）地質特征。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線地質剖面F7斷層控制示意

2.2 F8斷層工程控制及其地質特征

（1）地質特征。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，在區內延展長度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、松散狀泥質角礫石，角礫直徑2～5cm，棱角狀，灰色泥巖及細砂巖，泥質膠結，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孔位于礦區西部邊界，F8斷層中部，平面位置在該斷層西側（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、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、細砂巖碎塊，次棱角狀，多見擠壓滑動面，鈣、泥質充填膠結。破碎帶上部巖層傾角20°～40°，下部巖層傾角8°～13°，兩者不協調，下部還發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25m，主要為灰～深灰色細砂巖、粉砂巖和泥巖，巖芯受擠壓現象明顯，破碎，泥巖為糜棱狀，砂巖裂隙發育，斷層帶為紫斑雜色，泥質，含鋁，破碎，糜棱狀。

3.2 斷層帶巖體結構特征

穿過F8斷層的鉆孔具有鉆孔巖芯完整性統計的只有最新補勘孔2013-1孔，據對基巖段巖石RQD 值統計，斷層破碎帶段RQD 值僅為26%，但是單收時差、側向電阻率、消耗量比斷層帶頂底板要大，自然伽瑪和自然電位值相比斷層帶頂底板略??；鉆孔上部風化帶段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。

圖3 2013-1孔斷層帶工程地質特征

圖4 2013-1孔斷層帶附近RQD 直方

4 斷層導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孔按地質設計要求，在基巖段鉆進時連續做簡易水文觀測，具體觀測方法是在池內豎立帶刻度的標桿，在鉆進時每小時觀測一次泥漿池沖洗液消耗量的變化，根據泥漿池的面積及液面下降深度換算成小時單位消耗量，據實際觀測結果統計，該孔沖洗液消耗量共觀測304次，據觀測結果計算，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，僅風化帶及斷層破碎帶消耗量稍大，最大為0.24 m3／h。另據流量測井結果，斷層帶沒有出（吸）水反應，從而推斷該斷層含水性弱、導水性差。

但是據測流資料解釋，該孔在天然狀態下有兩個出（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，表現為出水狀態，出水量為0.05626L／S。第二含水層孔深459.00～462.00 m，厚3.00m，表現為吸水狀態，其吸水量為0.05626L／S。對該孔進行了混合注水試驗，注水水位穩定在0.00m 時，各含水層的水文地質參數見表1。

表1 2013-1孔注水試驗計算結果

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

5 結語

通過對祁南煤礦邊界斷層的分布特征、斷層帶的巖石組成、巖體結構特征以及水文地質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，擠壓和揉皺現象嚴重，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）根據鉆探施工簡易水文觀測資料及區域斷層抽水試驗資料分析，F8斷層總體為一含水性弱、導水性差的斷層。F7斷層其導含水性一般也較差，但該斷層發育次級分支斷層，對其導含水性有一定影響，可能存在局部導水性。

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

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，進行水文、工程地質試驗的鉆孔則更少，其位置尚存在一定的擺動，導、含水性評價尚缺乏探查資料，今后應增加補勘工程，進一步加強研究。

〔1〕葛曉光，王 耀，李鵬軍，等.礦區大型斷層碎屑分維及其水文地質工程地質意義〔J〕.合肥工業大學學報（自然科學版），2010，33（10）：1558-1561.

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