礦山壓力下斷層破碎帶開挖方式研究

（長治市高原綜合勘探工程有限公司，山西 長治 046000）

斷層帶中的破碎礦體發生突水，事實上是斷層帶被破壞、礦層變形的一個過程，并且與斷層帶組成物質有一定的聯系。礦井水的壓力可以導致斷層擴張，由于地下礦石斷層通常情況下能夠綿延幾百米甚至是數百公里，所以斷層破碎帶常?？梢云鸬阶钄嗑滤吹淖饔肹1]。通過研究和分析斷層帶的水文地質情況，可以有效指導礦井深部區域施工的設計及孔位的選擇，既能節省施工成本又能充分利井下可利用的資源，使得斷層破碎帶開挖工程實現真正利國惠民的可利用價值及實際意義[2]。

1 斷層帶地質情況分析

1.1 斷層破碎帶的地質情況

對于斷層破碎帶地質情況進行調查，首先要明確開挖區的水文地質情況，以便充分利用斷層帶的水文地質條件來實現節省鉆鑿施工成本的目的。以實際斷裂破碎帶深部鉆孔區位于山間盆地出口的位置，該位置通常情況下有利于礦井水的匯聚流通[3]。斷層破碎帶帶周圍具體的水文地質情況如下：東南測是該研究區井下水的徑流及補給區，深部開挖區設計在斷層從東、西向通過井區。

1.2 井下水文情況試驗方法介紹

影響斷層破碎帶滲流的原因有斷層破碎帶的物質組成、礦山壓力、井下滲流壓力等等，礦山壓力影響著斷層破碎帶的密度，斷層破碎帶的物質組成影響著礦井水的滲透系數，所以，本次實驗的目的是研究滲流水壓、斷層破碎帶物質及礦山壓力三者之間的聯系[4]。在深部礦化帶鉆井施工過程中，要進行水文測試試驗來明確井孔的單位出水量是否可以達到開挖要求。通常情況下，此項試驗可以結合洗井來儀器完成，在洗井結束前要測試配置水泵的出水量，從而計算出鉆井井孔的單位出水量。

1.3 斷層破碎帶開挖情況分析

圖1 水文測試試驗200m以內鉆孔滲透情況

由于斷層破碎帶帶西、北兩側的礦層富水性很差，開挖位置應設計在東南側的成礦區。首先，在靠近斷層帶約100 m的位置設計井孔ZK1，在鉆鑿至253 m時發現仍然有大量的泥質礦物，水文測試試驗S=63m，其單位涌水量極少僅為0.0148L/s°m；其次，鉆孔ZK2由于礦物的溶蝕現象嚴重，僅鉆鑿40m就必須停止，水文測試試驗S=10m時，其單位涌水量為0.059L/s°m；最后，鉆井孔位ZK3是位于逆斷層的斷層帶上，水文測試試驗S=80m時，鉆孔ZK3的單位涌水量為0.0463L/s°m，雖然水文測試能夠滿足礦井開挖要求，但是斷層帶的礦石特別破碎給鉆井施工帶來了很大的難度，其中孔深50～80m及150～200m的鉆鑿難度都是非常大的，使得鉆井施工的成本非常高。

圖2 水文測試試驗100m以內鉆孔滲透情況

2 不同孔位的滲透量分析

根據上述斷層帶的水文地質情況分析，并結合深部礦層開挖設計孔位ZK1、ZK2、ZK3的鉆進情況，可以說明該斷層帶為逆斷層破碎帶。其中，三個孔位的礦井涌水量、受斷層影響程度限制。考慮到井孔布置方案；井孔ZK2的相對位置在逆斷層的上盤，而由于逆斷層下盤泥質礦物滲透性較差，使得下盤的阻水作用增強，從而造成逆斷層的上盤成為井下水的富集區，同時由于逆斷層上盤灰巖受到斷層的影響，使得溶隙得到發育，使其井孔單位滲透量達到0.059L/s°m，同時逆斷層上盤的礦物性質為完全的灰巖無糜棱巖，使得鉆井的施工成本也較低，為300元/m。綜上所述，通過對比井孔ZK1、ZK2、ZK3的單位滲透量及施工成本情況，可得井孔ZK2為最佳的礦井開挖位置。

3 結論

通過上述的礦井斷層破碎帶的開挖進行試驗分析，井孔ZK1在不受斷層帶影響的區域，ZK2在斷層帶的影響區，ZK3在斷層帶的破碎區，通過開挖試驗研究發現，深部開挖位置從ZK1→ZK2→ZK3，結合井孔開挖施工成本的變化情況，最終確定井孔ZK2（影響區）位最佳的斷層破碎帶深部開挖位置。通過上述的斷層破碎帶開挖情況實例可以得知，對于逆斷層的斷層帶來說，孔位應選擇在斷層帶的影響區進行更深層次的開挖，因斷層破碎區的開挖難度極大，雖然井孔單位涌水量能夠達到打井要求，但使得施工成本高出許多，應有效避開在斷層破碎帶進行井孔的開挖。