新集二矿F10断层含水性分析

蔡梦雅+刘启蒙

摘要：指出了断层作为矿区地质构造的主要形式，对煤层赋存、水文地质等条件有着重要的影响，含（富）水断层的存在使得煤矿水文地质条件的复杂性增加，影响煤矿的安全生产。以新集二矿F10断层为研究对象，通过该断层上覆和下切灰岩富水性分析、F10断层补勘工程水文地质资料及断层两盘岩层含水性分析，对其含水性进行了分析，结果表明：F10断层的含水性总体较差。

关键词：新集二矿；F10断层；灰岩富水性；断层含水性；裂隙发育

中图分类号：

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）20-0044-02

1 引言

断层本身作为主要的富水区域和突水通道，是煤矿突水的重要诱发因素之一。可溶性灰岩在断层周围，水力循环条件好，后期溶蚀作用显著，从而导致岩溶裂隙发育，含水空间扩大，进一步富水灰岩含水层在断层周围，使得断层带含水的概率增大[1～3]。

断层抬升了断层下盘太原组和奥陶系石灰岩，使得与过断层石门之间的间距缩小了。若断层含水，将会增大在石门过断层过程中灰岩突水的危险[4，5]。为确保石门安全和高效过断层，有必要对F10断层的含水性进行研究。

2 F10断层展布情况

新集二矿F10断层横贯新集二矿和新集一矿2个井田，东西走向长约13 km，断层走向N70°W，倾向SW，倾角为70～30°，落差0～500 m。07勘探线图在-300 m以下揭露F10断层，资料显示F10断层下切煤层下伏的太灰和奥灰。06勘探线上的0605钻孔在-930 m处揭露了下伏灰岩层。这些都反映了阜凤逆冲断层对F10断层走向上的展布的影响程度之大。

3 F10断层含水性分析

3.1 F10断层关联灰岩富水性

3.1.1 上覆推覆体寒武灰岩富水性

F10断层上覆推覆体寒武系灰岩岩溶裂隙较为发育。漏水点多分布在-200m以上，漏水孔率43%。该层水为承压岩溶裂隙水，水位标高+19.77～+22.25 m，q=0.000026～0.974 l/（s·m），富水性弱至中等。

3.1.2 下切太原组灰岩富水性

据此井田地面施工的水文长观孔得知，所揭露太灰时均未发生漏水现象，所取岩芯裂隙较发育，多充填方解石无溶隙，据抽水试验结果知钻孔附近处灰岩富水性弱，太原组灰岩富水性相对较弱且不均一。

3.1.3 下切奥陶系灰岩富水性

新集二矿奥灰抽水孔稳定水位标高：-66.19～-29.57 m，单位涌水量q=0.0017～0.0610 l/（s·m），渗透系数0.00083～0.696 m/d，富水性弱，所取岩芯仅见蜂窝状溶蚀孔，溶洞不大。水位均平缓下降，奥陶系灰岩与太原组灰岩之间无明显的水力联系。

3.2 F10断层补勘工程水文地质资料分析

为进一步控制拟选石门过F10断层影响范围的地质、水文及工程地质特征，在主要井巷穿过的JT线、05、06、07、08线断层带附近布置了六个钻孔控制F10断层钻孔，对F10断层附近的C3I灰岩含水层及奥陶系灰岩含水层进行抽水试验。以GB0605、GBF10-2钻孔为研究对象，以单孔和群孔抽水试验结果为主要数据。

为查清影响矿井开采的F10断层带含水性及其与推覆体、太原组、奥陶系灰岩含水层水力联系分布特征等，研究分析F10断层两侧C3I～C3III含水层间水力联系及与奥陶系含水层的水力联系。

3.2.1 水文地质条件分析

GB0605钻孔抽水试验共取2组水样，抽下泵深度242.00 m，正式抽下泵2600 m。根据此次奥陶含水层抽水资料，初始水位-70.45 m，导水系数为0.191 m2/d；渗透系数为0.00234 m/d，单位涌水量0.00631 l/（s·m），奥陶含水层富水性弱。

GBF10-2钻孔抽水的目的层段是奥陶系灰岩，钻孔孔径0.113 m，深度903.50～1024.66 m，厚121.16 m；含水层厚度121.16 m，真厚117.03 m，平均水位埋深116.96 m，降深50.14 m，涌水量0.427 l/（s·m），渗透系数为0.006361 m/d，单位涌水量0.00852 l/（s·m），奥陶灰岩含水层富水性弱。

3.2.2 测井曲线分析及钻孔实际情况

新集二矿补勘钻孔揭了露太原组灰岩测井曲线，太原组灰岩的侧向电阻率均较大说明灰岩含水性相对较差，根据钻孔取芯，太原组灰岩较为完整，说明裂隙不甚发育，太原组灰岩的富水性相对较弱。

3.2.3 泥浆漏失量情况

岩层裂隙、溶隙发育情况直接反映了钻进过程中泥浆漏失量的大小。对此次揭露F10断层的GBF10-2和GB0605，在F10断层带及关联含水层中泥浆漏失量进行统计，结果见图1、图2。

据图中所示结果，F10断层带钻进过程中，泥浆漏失量较小的比例均超过65%，比例最大达92%，是GBF10-2钻孔比例。除顶部含水层中的寒灰有极少漏失外，其它基本无漏失。奥灰含水层泥浆漏失情况为2%～94%，差距较大。

从F10断层带和关联含水层泥浆漏失量情况统计分析知，F10断层带裂隙发育较少，胶结情况良好。寒灰、夹片地层和太灰含水层漏失量小的比例较高，溶隙、裂隙发育不良。奥灰含水层泥浆漏失量除GB0605钻孔外，其余钻孔均超过80%，说明奥灰溶隙、裂隙总体发育不良，但局部破碎或岩溶发育。

3.3 F10断层两盘岩层含水性分析

含水性断层对破碎带的含水性有着很大程度的影响。井田内共有11个钻孔揭露了F10断层，两盘主要由泥岩与砂岩组成，其中泥岩所占比例较高，砂岩主要为细砂岩与粉砂岩。可知统计范围内岩柱中的泥岩类岩石厚度较大，断层下盘泥岩厚度小于上盘，砂岩类岩石多为粉砂岩与细砂岩，其中还有较薄的煤层。

3.3.1 断层上盘岩相分析

据揭露F10上盘的钻孔资料可知，除GB01002、GBF10-1、GBF10-2钻孔外，其他揭露F10断层的上盘泥岩类岩石的钻孔，其泥岩类岩石所占比例通常可达60%以上为较大，其次为砂岩类岩石。

3.3.2 断层下盘岩相分析

据揭露F10下盘的钻孔资料可知，下盘岩性主要为泥岩、砂岩和灰岩，其中砂岩主要成分为浅灰、灰白色细粒砂岩、粉砂岩。下盘岩性以泥岩和砂岩为主的区块，泥岩厚度一般较大，含水性相对较差。

由0102、111、0307等11个钻孔揭示的F10断层影响带上部50 m范围内岩层岩性中砂岩类岩石厚度分别为17.42 m、10.9 m、12 m、24.09 m、10.44 m、19.22 m、10.34 m、41.93 m、18.43 m、20.33 m和33.76 m。砂岩类岩石中主要为细砂岩和粉砂岩。GB01002孔揭露上盘砂岩厚度最大可达41.93 m。钻孔揭示的F10断层影响带里下部岩层中砂岩类的岩石厚度分别为21.5 m、13.07 m、18.17 m、2.99 m、12.99m、7.06m、17.54 m、17.56 m、20.56 m、26.57 m和14.77 m。砂岩类岩石主要由细砂岩和粉砂岩组成，GBF10-1孔揭露下盘砂岩厚度最大可达26.57 m。在断层影响带中，根据上述统计分析可知，0307孔、0605孔、GB01002、GBF10-1、GBF10-2等钻孔揭露的砂泥比均大于1，反映断层影响带中泥岩比例低于砂岩，岩层赋水性相对较好。

4 结论

（1）断裂含水性主要受到两个方面的影响：一是断裂带的储水能力；二是断裂两盘岩石（含水层）的岩性及富水性。

（2）F10断层的含水性总体较差，但是由于补勘抽水试验及取样测试主要集中在石门过F10断层内的04～06勘探线范围内，具有一定的局限性，建议在其它勘探线进行相关工作。

参考文献：

[1]胡园园. 淮北煤田濉萧矿区太原组灰岩岩溶发育特征[J]. 中州煤炭， 2016.

[2]李 涛， 李文平， 高 颖， 等. 杨庄矿6煤底板深部岩溶裂隙水体特征研究[J]. 采矿与安全工程学报， 2010.

[3]赵金贵， 郭敏泰. 太原东山大窑头煤系层间构造与岩溶陷落柱群发育模式[J]. 煤炭学报， 2013.

[4]徐彭远， 姚多喜， 高红远， 等. 淮北矿区五沟煤矿太原组上段灰岩岩溶裂隙水富水性及径流特征[J]. 中国煤炭地质， 2012.

[5]闫长虹， 王玉英， 罗国煜， 等. 朱庄井田太灰上段含水层富水性特征分析[J]. 煤炭科学技术， 2010.