正中煤業F1、F3斷層導水性的研究

＊肖杰 楊雙文

（山西汾西瑞泰正中煤業有限公司 山西 030021）

引言

正中煤業F3斷層東部多條大型斷層發育有F6、F5、F4、F2、F3斷層，落差分別為700m、110m、400m、30m、12m、190m。斷層之間另分布有大型背斜，兩翼傾角平均55°，局部達75°左右，另受F5、F4、F3斷層控制，于F5斷層西側和F4-F3斷層之間分別形成次級向、背斜，且平均地層傾角達55°，致使F3和F6斷層之間僅1.5km寬的地帶，斷層、背、向斜及急傾斜并存，致使煤層呈嚴重不連續的急傾斜條帶狀分布狀態，地質條件極復雜，根據公司煤礦三區劃分報告劃定F3斷層以東區域為“緩采區”，暫不進行采掘活動，F3斷層以西區域為“可采區”,現在上組煤的煤層中進行采掘活動。F3斷層以及西部的F1斷層的發育情況和導水性直接影響公司的采區劃分和采掘生產，甚至會嚴重威脅礦井安全。

因此，分析查明F1、F3斷層的導水性對于礦井防治水工作和安全生產尤為重要。分析斷層導水性的影響因素再結合公司的勘探資料，判斷斷層導水性的影響范圍，為礦井防治水工作提供針對性防治措施，更有效地指導礦井安全生產。

1.斷層的發育情況

(1)F3正斷層

位于井田中部，走向N30°W-N15°W，北東盤下降，落差170m-190m，延伸切穿本井田，井田內延伸長度約2.25km，南北貫穿井田。斷層上盤P1x砂巖（K10）為主含少量泥巖，對接斷層下盤O2f灰巖。

圖1

1991年崔家溝擴大勘查302號鉆孔于2上號煤層-K8砂巖間斷開，并與奧陶系中統峰峰組頂面以下約50m處接觸，地層缺失170m左右，故將302號鉆孔處落差確定為170m。RT303號鉆孔于K10砂巖以下約25m處斷開，并與奧陶系中統峰峰組頂面下約5m處接觸，地層缺失約190m左右，故確定RT303號鉆孔處落差為190m。另F3斷層于井田南界外于1991年崔家溝擴大勘查時，經電法勘查已確定其走向位置及大致的落差。公司施工的主斜井井筒（243°方位，16.5°下山）直接穿越F3斷層，由下石盒子組底層穿越至奧陶系峰峰組頂面下約10m處。因此，F3斷層另結合302、RT303號鉆孔的直接揭露，其走向位置已控制，落差及傾向已查明。

(2)F1正斷層

F1斷層位于井田西部，北段走向近南北向，中部偏向南東，然后走向又為近南北向，落差20m-25m，西盤下降，南段延出井田以南，北端延伸至RT101號鉆孔以南約250m，井田內延伸長度約1.8km。

RT202號鉆孔自2號下煤層近底部斷開，與6號煤層以上約10m處接觸，地層缺失20m左右，故確定RT202號鉆孔處F1斷層落差為20m。往南RT301號鉆孔K4石灰巖下1m左右與K2石灰巖上部接觸，地層缺失約25m左右，故確定RT301號鉆孔處F1斷層落差為25m。F1斷層中南段已被現2號煤層三條采區巷道揭露，井下揭露為斷層帶，落差1.5m-8m，傾角45°-70°，影響采區巷道長度約200m。F1斷層經鉆孔與井下巷道揭露，走向位置與落差已查明。

圖2

2.斷層的導水性分析

分析表明F1和F3斷層的力學性質為張性的導水斷層。具有較好的透水性，為礦井充水的良好通道。除了具有導水性質外，其斷裂本身可能就是一個含水體，因而具有充水水源的性質。

K8砂巖位于2號煤層頂板，為直接充水含水層，巖性為灰白色中細粒砂巖，橫向變化大，常變為粉砂巖。兩層砂巖含水特征相似，與埋藏及補給條件有關，鉆進消耗量均小于0.2m3/h，屬弱富水性裂隙含水層。K7砂巖裂隙含水層由砂巖、粉砂巖等組成。一般含水，但富水性微弱。裂隙含水巖組淺部一般以風化裂隙潛水為主。二疊系基巖風化殼含水層的厚度主要受地形、巖性及蓋層厚度控制根據區域資料及202號孔山西組抽水試驗單位涌水量為0.0005L/s·m，水位降深40.04m、水位標高713.82m，為弱富水性的含水層。

由于K8、K7砂巖含水層的富水性弱，故一采區巷道在穿越F1和F3時未發現構造導水。但在施工運輸下山和清撒斜巷時揭露奧灰巖、太灰巖均有出水，灰巖的厚度、富水性大于K8、K7砂巖。故二采區三條采區巷道在穿過F1斷層時巷道上部的太灰水（K2、K3、K4）亦可以通過F1斷層裂隙流入巷道，對巷道施工、維護造成一定的影響。

3.斷層兩盤灰巖含水層富水性及其充水特征

(1)斷層兩盤含水層富水性

F3斷層下盤（西盤）奧灰含水層：據井田西南部RT401號鉆孔抽水試驗單位涌水量為0.0012L/s·m，含水層屬弱富水性含水層。上馬家溝組鉆孔抽水單位涌水量0.059L/s·m，水位標高583.76-587.92m，含水層屬弱富水性溶隙含水層。根據井田西北部山西介休義棠瑞東煤業有限公司RD14水文孔資料，靜止水位埋深383.50m，水位標高540.993m，滲透系數0.0006m/d，單位涌水量0.19445L/s·m，推測井田內最低水位標高為515m，最高水位標高為545m。地下水由東北向西南方向運移。

由于F3斷層的斷距較大，斷層上盤P1x砂巖對接斷層下盤O2f灰巖，P1x砂巖及其上覆地層無穩定的含水層，F3斷層上盤富水性差，對斷層下盤構不成無水源補給。故F3斷層上盤對下盤無水害威脅。

(2)斷層接觸帶對礦井充水特征的分析

由于F1和F3斷層均為正斷層，屬張性斷裂，導水性良好。通過斷層破碎帶會導通水、氣在地下形成一個動態平衡。地表水及其他裂隙水通過斷層裂隙滲入F3斷層下盤，地下水由東北向西南滲流。在礦井采掘活動下斷層及導水裂隙，亦可直接向礦井充水，成為礦井直接和間接充水水源之一。下伏奧灰含水層巖溶水，有可能通過斷層破碎帶補給方式向礦井充水。從斷層兩盤地層接觸情況看，F3斷層上盤的P1x地層直接接觸斷層下盤的奧灰含水層，受水害威脅的程度大于斷層下盤。故F3斷層以東區域，只要在標高低于575m的區域進行采掘活動，必須按照《煤礦防治水細則》附錄六留設斷層防隔水煤柱。

F3斷層上盤位于井田的“緩采區”不進行采掘活動，僅需要考慮斷層下盤防隔水煤柱的留設寬度。10下號煤在F1和F3斷層附近的最低標高為+400m，為帶壓開采區域。

P=(545-400)×0.0098=1.421MPa T=0.085

斷層煤柱

式中：

L—煤柱留設的寬度，m；

K—安全系數（一般取2-5）；

M—煤層厚度或采高m，取10下號煤層平均厚3m；

P—水頭壓力，MPa。

斷層煤柱最大留設寬度L=19.7m，水平標高低于+545m的區域。

現留設的F3斷層下盤煤柱寬度為30m，F3斷層下盤水平標高低于+545m的區域，大于計算煤柱的最大值，煤柱的留設滿足安全生產需求。

二采區的三條采區巷道的布置必須穿過F1斷層，巷道在F1斷層的標高預計為+550m-+580m，低于奧灰水水位標高，存在奧灰水水害威脅，故在施工期間必須采取提前探放水、疏水降壓、注漿堵水等安全技術措施通過。

根據F3斷層的煤柱留設公式計算：斷層煤柱最大留設寬度L=21.7m，水平標高低于+575m的區域。現留設的F1斷層煤柱寬度為30m,大于計算煤柱的最大值，煤柱的留設滿足安全生產需求。

4.結論

（1）本次對斷層的發育特征進行了分析研究，確定為張性正斷層，且導水，斷層兩盤奧灰、太灰水含水層水力聯系密切。

（2）對奧灰水、太灰水的水位與F1、F3斷層的相互關系進行了分析，低于奧灰水水位標高的斷層存在突水威脅，必須留設防隔水煤柱進行保護，F3斷層以西30m范圍內不得存在標高低于+545m的巷道和回采工作面。

（3）二采區三條采區巷道在穿過F1斷層時必須采取提前探放水、疏水降壓、注漿堵水等安全技術措施。F1斷層兩邊30m范圍內除三條采區巷道外不得進行采掘活動。