刘桥一井田北部断裂构造导水特征分析

（张广好 皖北煤电集团公司刘桥一矿， 安徽省濉溪县， 234001）

基金项目：安徽省教育厅自然科学基金

　　摘　要　根据钻孔揭露时的简易水文观测、矿井放水试验、瞬变电磁（TEM）法探水资料及井下煤（岩）巷揭露断层时断层的淋水、涌水情况和工作面出水期间断层两盘水文观测孔的水位变化情况，对断层导水性特征进行了分析。研究表明井田内主要断层导水性具有明显的差异性，导水断裂以北北东走向为主。

　　关键词　断裂构造　展布方向　导水性

　　1　前言

　　刘桥一井田位于安徽省淮北市濉溪县刘桥镇境内。矿井西北以土楼断层和谷小桥断层与刘桥二矿为界，东南以刘桥断层为界；浅部至六煤层露头，深部至-600m水平。该井田构造位置处于中朝板块南缘，郯庐断裂西部，徐宿弧形推覆构造中段的大吴集复向斜南部的翘起端，总体上为一不完整的向斜构造形态（图1）。地层倾角一般在8°~15°，受构造影响局部倾角变化较大，构造较为发育。区内落差大于10m的断层25条，其中正断层19条，逆断层6条。

　　根据钻探和井巷揭露，井田内所见地层有：奥陶系、石炭系、二叠系、第三系和第四系，主采二叠系下石盒子组及山西组的四、六煤层。随着六煤层回采与矿井的延深，底板下伏太原组灰岩水（简称太灰水）和奥陶系灰岩溶水（简称奥灰水）的突水危险将日趋突出，而大多数突水都与断裂构造有明显关系，因此，研究断裂构造的导水性，对井田预防底板突水具有十分重要的意义。

　　2　井田主要断层导水性分析

　　21　陈集断层导水性

　　陈集断层位于井田北部，向斜轴部东翼附近，为逆断层。断层走向NE，倾向SE，倾角25～60°，落差0~30m。其落差小于六煤底板隔水层厚度，因此不存在断层与煤层的对接。井下巷道多次穿过该断层，仅局部地段出现滴水，表明断层垂向不导水。

　　图1　刘桥矿区构造图（略）

　　该断层水平方向隔水性明显。为了研究矿井太灰水位变化规律，2001年在井田深部12线附近的陈集断层两盘分别布置了水16（下盘）和水15（上盘）太灰水位观测孔，两孔水平距离500m左右。

　　永夏矿区两孔初始水位分别是－11150m和－10197m，相差953m。由于下盘采区出水及放水作用，太灰观测孔水位不断下降。到2003年8月，水16孔水位下降到－2124m，水15孔水位下降到－108m，两孔水位差达1056m，如此大的水位差说明陈集断层在该区起着隔水作用。

　　22　土楼断层的导水性

　　土楼断层的最大落差达200m，从南向北断层的落差逐渐变小。为了研究断层的透水性，刘桥二矿放水试验时，采用水4(下盘)和Ⅱ检3(上盘)两观测孔分别监测断层两盘的水位变化。从放水试验所揭露的水动态特性来分析，土楼断层在隔水效果上显示出多重性。

　　（2）垂向不导水性。放水前土楼断层附近的太灰钻孔水位比较低，如水10和Ⅱ检3孔水位分别为-12722m和-12494m，均比放水孔附近G1孔的和G2孔的水位(-10604m和-10437m)低得多，如果土楼断层在垂向上导水，那么下伏奥陶系灰岩水将沿断层上升补给太原群灰岩，太灰水的水位绝不可能如此低。

　　（2）水平方向隔水不均一性明显。从断层两盘水位对比可发现这一规律，如断层中部的Ⅱ检3孔与水4孔分别位于土楼断层的上、下盘，水平距离仅550m左右，试验初始水位分别为－104174m和－12494m，两孔的水位差达2077m。若本地带断层隔水性能不好，二者间绝不可能有如此大的水位差。尽管紧靠土楼断层的Ⅱ检3孔 (上盘)与水4孔 (下盘)之间2077m的水位差显示出断层带的良好隔水性，但是在放水过程中，在中心孔附近的G1孔水位降深1112m的情况下，水4孔水位降深达789m，Ⅱ检3孔水位降深也达515m，在放水孔关闭后水4孔与Ⅱ检3孔水位分别回升了298m和131m，并且当G3孔封孔后，两个孔的水位都有一定反应。这些现象均表明放水孔与两个观测孔存在水力联系，只是与Ⅱ检3孔的联系性差一些。这实际意味着土楼断层并未在太灰含水层间起到完全隔水的效果。

　　刘桥一矿北翼深部瞬变电磁（TEM）法探水资料分析也表明，在深部土楼断层上盘存在视电阻率异常区。

　　以上资料表明，土楼断层的隔水性具有不均一性，在井田南部隔水能力最强；到中部一带，虽然有明显的隔水证据，但断层两侧太灰水的相互联系证据也异常明显；北部的相对较差。总的来看，土楼断层的隔水性也具有由南向北逐渐变差的特征。

　　23　刘桥断层的导水性

　　该断层位于井田东北部，为浅部边缘断层。落差110~290m。研究区内太原组灰岩与煤层直接接触。 刘桥断层的导水性与土楼断层的导水性具有相似性。钻孔资料表明，刘桥断层的渗透性相差较大，渗透系数在001154 ~0859 m/d（表1）。井下六煤开采资料表明该断层在井田南部隔水能力最强，但从瞬变电磁（TEM）法探水剖面分析，深部刘桥断层的北部上盘隔水性较差，具有一定的导水性。

　　3　导水断裂构造展布特征

　　根据井下裂隙观测统计（图2），按走向分，砂岩中裂隙主要发育有5~6个方向，其中主要一组为平均走向359°，倾角一般大于80°，倾向近东，该组裂隙的开启性较好，常有淋水或涌水现象；其它方向的裂隙或是裂隙面为紧密状，或是裂隙被泥质、钙质所充填。

　　井田早期形成的北东向剪切断层受到多次北北东向挤压，而多表现为右型走滑，且出现部分拉张，而具有一定的导水性。据统计，井下落差大于5m的导水特征的断层90%以上走向为N20~45°之间（图2、图3）。

　　图2　砂岩裂隙走向玫瑰花图（略）

　　图3　导水断层统计图（

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