小青煤礦西三采區(qū)裂隙水特征及分布預(yù)測探討

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小青礦 ?王錦平

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摘 ?要 ?通過對上煤組西二采區(qū)、北二采區(qū)實見含水裂隙帶的分布情況及下煤組西三采區(qū)實見含水裂隙的分布規(guī)律的分析，綜合地質(zhì)構(gòu)造原理，對西三采區(qū)含水裂隙帶的分布做出定性預(yù)測，劃分出含水裂隙帶分布區(qū)域，對小青煤礦下煤組西三采區(qū)的裂隙水防治工作提供了指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 ?裂隙水　特征　分布　預(yù)測

1　引言

含水裂隙（小斷層）帶將是今后影響小青煤礦安全生產(chǎn)的主要因素之一，通過對小青礦西三采區(qū)及相鄰采區(qū)初見裂隙水危險性的預(yù)測分析，認(rèn)為近東西向小斷層及裂隙密集帶的發(fā)育是造成今后西三采區(qū)突水的主要因素之一。西三采區(qū)為西二采區(qū)的接續(xù)采區(qū)，其上部為西二采區(qū)、西一采區(qū)，西二采區(qū)水文地質(zhì)條件比較簡單，但在采區(qū)開拓、回采巷道掘進過程中多次發(fā)生因裂隙出水影響生產(chǎn)的事件，其對生產(chǎn)安全的影響不容忽視。原來對本采區(qū)含水裂隙的研究，只是根據(jù)鉆探資料及三維地震資料，大致掌握含水裂隙的賦存狀態(tài)，對含水裂隙機理、特征、分布規(guī)律等不甚清楚。經(jīng)過本采區(qū)開拓及采掘的多次實見，結(jié)合上覆采區(qū)裂隙水發(fā)育特征，總結(jié)出發(fā)育規(guī)律，以更好地指導(dǎo)下煤組西三采區(qū)安全生產(chǎn)。 ??

2 采區(qū)基本概況

西三采區(qū)位于小青煤礦井田下煤組西部。本采區(qū)西部以F7、F14斷層為界與大隆井田相鄰；以F6、F14＇、F71斷層為界與曉明井田相鄰；北為大明井田，以人為技術(shù)邊界為界；東北以人為技術(shù)邊界為界與雙樹子地方礦井田相鄰，東以F74、F81斷層為界與北三采區(qū)相鄰，南以緯線4699000定技術(shù)邊界。 采區(qū)東西寬平均為1.64km，南北長平均為4.97km，面積為8.15km²。本采區(qū)為下煤組首采區(qū)，其上部為上煤組的西一采區(qū)、西二采區(qū)。

本采區(qū)地層與區(qū)域地層基本一致，主要由前震旦系遼河群的古老變質(zhì)巖構(gòu)成基底，白堊系上統(tǒng)阜新組地層以角度不整合于其上，白堊系上覆地層為白堊系下統(tǒng)的孫家灣組，兩者之間以平行不整合接觸，第四系地層以角度不整合關(guān)系覆蓋在白堊系地層之上。

白堊系地層構(gòu)成本采區(qū)的煤系地層，成煤時期為中生代早白堊世。屬于陸相、湖盆、河流、沼澤相沉積，由上至下可分為三個段：上含煤段、中部砂泥巖段、下含煤段。本區(qū)有可采煤層1層，即15-1層，全區(qū)可采，煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，煤厚最大為1.6m，最小為0.70m，平均為1.15m。

3 西三采區(qū)含水裂隙賦存情況及發(fā)育特征

3.1西三采區(qū)含水裂隙賦存情況

西三采區(qū)軌道運輸巷、皮帶運輸巷、專用回風(fēng)巷實見的含水裂隙傾角一般大于80?，裂隙寬度一般在0.01~0.04m之間，最大達(dá)0.158m，成組發(fā)育。每組有8~10條小裂隙，裂隙間距0.2~0.8m，形成裂隙帶，具有明顯張裂性質(zhì)，且充填不實。當(dāng)裂隙發(fā)育區(qū)域局部發(fā)育有含水的砂礫巖層時，裂隙與其發(fā)生水力聯(lián)系，成為裂隙水的水源。當(dāng)裂隙與煤層相通時，則煤層內(nèi)瓦斯在裂隙內(nèi)積聚，使裂隙水成為承壓裂隙水，一旦被采掘工程揭露，極易造成水與瓦斯突出災(zāi)害（附表）。

附表 ??西三采區(qū)裂隙突水點情況統(tǒng)計表

突水時間	突水地點	最大水量（m3/h（	水量變化趨勢	突水因素分析
2015年4月14日	W3回風(fēng)下山H20號測點前131m	18	減少至淋水	F6斷層裂隙水
2017年8月10日	W3W皮帶石門A7前26.5m	1	減少至疏干	87605鉆孔裂隙水
2018年2月4日	W3E皮帶石門P22點前162m	12	減少至淋水	F6斷層裂隙水
2018年8月20日	W3E專用回風(fēng)巷H25點前132.6m	2	減少至淋水	F6斷層尾伴生裂隙水，含瓦斯
2018年8月22日	W3E專用回風(fēng)巷H26點前40m	1	減少至淋水	F6斷層尾伴生裂隙水，含瓦斯
2019年7月26日	W31501回順B21前44.5m	2.5	減少至淋水	裂隙水，含瓦斯

3.2 含水裂隙的發(fā)育特征

3.2.1含水裂隙的性狀

西三采區(qū)自2014年開拓生產(chǎn)以來，揭露的含水裂隙帶共計11處，其中最大涌水量超過10m³/h的地點有2處。涌水量最大的出水點在W3回風(fēng)下山，達(dá)到18m³/h。裂隙水量最大的出水點在W3回風(fēng)下山，裂隙出水總量達(dá)到1000m³以上，且含有大量瓦斯。含水裂隙帶實見多分布在斷層影響范圍、褶曲兩翼，分布較集中，有一定的規(guī)律性。

3.2.2含水裂隙的產(chǎn)狀

含水裂隙走向主要呈EW向，其次為NW向，再次NE向。傾向主要呈N-NE和S-SW兩個方向，傾角一般在82?~89?之間。含水裂隙與總體分布規(guī)律基本一致，以傾角85?的為主，占95%。

3.2.3含水裂隙的寬度及分布規(guī)律

煤層中揭露的含水裂隙帶寬度較小，多為0.01~0.04m左右，多有巖屑充填。個別寬度較大，如W3專用回風(fēng)巷（沿15煤層頂板掘進）實見的F6斷層尾部，裂隙帶寬度達(dá)0.15m。巖石中的裂隙寬度稍大，多在0.02~0.08m之間。裂隙主要分布在大中型斷層附近及尖滅部位、復(fù)合褶曲軸部應(yīng)力集中區(qū)，其寬度受大中型斷層及復(fù)合褶曲的控制。據(jù)統(tǒng)計，寬度大于0.10m的裂隙占統(tǒng)計裂隙數(shù)量的15%，寬度大于0.05m的裂隙占統(tǒng)計裂隙數(shù)量的25%，寬度在0.05m以下的裂隙占統(tǒng)計裂隙數(shù)量的60%?？傊瑢挾认鄬^大的裂隙主要分布在大中型斷層附近及尖滅部位和復(fù)合褶曲軸部應(yīng)力集中區(qū)。小斷層和簡單褶曲附近的裂隙帶的寬度一般較小。

3.3 相鄰采區(qū)含水裂隙的發(fā)育特征

根據(jù)上部西二采區(qū)、北二采區(qū)及其它采區(qū)的實見資料，可見本井田的相鄰采區(qū)含水裂隙具有如下特征：

1. 含水裂隙主要為高角度張性裂隙，傾角多在82?以上。
2. 含水裂隙產(chǎn)狀總體上一致。走向主要呈EW向，其次為NW向，再次NE向，傾向主要呈N-NE和S-SW兩個方向。近EW向的含水裂隙在井田內(nèi)的含水構(gòu)造起控制作用。NW、NE向的含水裂隙只在局部發(fā)育。
3. 含水裂隙寬度一般在0.02 m以上，往往成組發(fā)育，走向及垂直方向延伸較長，個別有一至二條主裂隙面。含水小斷層落差一般在3.5m以下，在煤層中的斷層面一般都有煤、巖屑充填，在巖層中的斷層面可見有明顯縫隙。
4. 含水裂隙的密度及分布范圍與上下煤層具有對應(yīng)關(guān)系。

4 西三采區(qū)含水裂隙形成的機理分析

4.1 影響含水裂隙形成的介質(zhì)條件

煤層相對于其它巖層屬于軟弱層，硬度小，受擠壓易于變形。當(dāng)煤層受到構(gòu)造應(yīng)力作用時，煤層本身不但發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生斷裂構(gòu)造，而且為煤層頂?shù)装鍘r層中的斷裂構(gòu)造發(fā)育提供了位移空間，使頂?shù)装鍘r層中的斷裂構(gòu)造延伸到煤層中。所以，煤層中斷裂構(gòu)造較其它巖層發(fā)育，并且煤層厚度大更利于斷裂構(gòu)造的形成，反之不利于形成斷裂構(gòu)造。

西三采區(qū)的15煤層厚度0.13~1.60m，平均厚度在1.01m。本煤層頂、底板河床相沉積比較發(fā)育，多以中粗砂巖、砂礫巖為主，其次為粉砂巖、細(xì)砂巖及泥巖等，屬于較脆性巖層。在構(gòu)造應(yīng)力場作用下，斷裂構(gòu)造易在脆性巖層中形成，并在應(yīng)力的持續(xù)作用下向下部煤層擴展。由于15煤層厚度小，斷裂構(gòu)造很容易切過煤層，繼續(xù)向底板塑性巖層粉砂質(zhì)泥巖中發(fā)展。當(dāng)遇到厚的砂巖巖層時則無力切穿，多形成上大下小的斷裂構(gòu)造?？偟膩碚f西三采區(qū)的15煤頂?shù)装鍘r性組合特征有利于斷裂構(gòu)造發(fā)育。

4.2 影響含水裂隙形成的力學(xué)條件

4.2.1大型斷層對含水裂隙產(chǎn)狀的影響

在西三采區(qū)內(nèi)表現(xiàn)比較明顯，有一定的規(guī)律性，反映了大型斷層對含水裂隙的控制作用。例如：F6斷層尾部的裂隙帶在上煤組的西二采區(qū)4、7煤層及巖巷中多處實見，且含大量裂隙水及瓦斯，在15煤層巷道鄰近F6掘進時也實見有多處含水裂隙，它們與大型斷層的關(guān)系為：

走向上：含水裂隙主要為近EW向，其次為NW、NE向，大斷層走向為NWW、NE向，含水裂隙走向與大斷層呈平行或小角度相交，顯示應(yīng)為大斷層派生的小構(gòu)造。

傾向上：采區(qū)內(nèi)小斷層發(fā)育的三組優(yōu)勢傾向中，主要為S、SW向，與大斷層相一致?；騈、NE向，與大斷層傾向相反或有一定夾角。

4.2.2 復(fù)合褶曲對含水裂隙產(chǎn)狀的影響

在采區(qū)內(nèi)表現(xiàn)比較明顯，具有一定的規(guī)律性，反映了復(fù)合褶曲對含水裂隙的控制作用。含水裂隙受復(fù)合褶曲影響的情況，，它們與復(fù)合褶曲的關(guān)系為：

走向上：本區(qū)域含水裂隙主要為近EW向，其次為NWW向。復(fù)合褶曲軸部走向為SWW、NE向，含水裂隙走向與SWW向褶曲軸部走向呈平行或小角度相交，顯示本區(qū)域內(nèi)的含水裂隙受復(fù)合褶曲EW向應(yīng)力擠壓、SN向應(yīng)力拉伸的影響。

傾向上：井田內(nèi)小斷層發(fā)育的三組優(yōu)勢傾向中，主要為S、SW向，與復(fù)合褶曲軸部相一致?；騈、NE向，與復(fù)合褶曲軸部傾向相反或有一定夾角。

4.2.3 大型斷層、復(fù)合褶曲對含水裂隙帶寬度、密度及分布的影響

根據(jù)采掘?qū)嵰?，證實含水裂隙帶的產(chǎn)生是在大中型斷層或復(fù)合褶曲帶的控制下形成的。距大中型斷層、復(fù)合褶曲帶較近的地段，含水裂隙帶的寬度、密度較大，遠(yuǎn)離大中型斷層、復(fù)合褶曲帶則寬度、密度逐漸減?。辉跀鄬拥霓D(zhuǎn)折部位、交匯部位及斷層尖滅部位和復(fù)合褶曲軸部交匯部位，都是應(yīng)力集中的部位，往往含水裂隙的寬度和密度都較大。

5 ?含水裂隙帶的定性預(yù)測

西三采區(qū)作為小青礦今后的主產(chǎn)采區(qū)，由于含水裂隙帶是采區(qū)內(nèi)水與瓦斯突出的主要因素，因此，對本采區(qū)內(nèi)的含水裂隙帶的分布進行準(zhǔn)確預(yù)測是十分必要的。

5.1 預(yù)測依據(jù)

（1）實見表明，多煤層中的含水裂隙在產(chǎn)狀、密度、分布等方面一般具有上下一致性，故可利用已采掘煤層的實見資料，對其上下煤層中含水裂隙進行預(yù)測。

（2）大型斷層、復(fù)合褶曲是控制采區(qū)內(nèi)煤層含水裂隙發(fā)育的重要條件。因此，可以利用區(qū)域內(nèi)實見煤層大型斷層、復(fù)合褶曲與含水裂隙的關(guān)系，對采區(qū)內(nèi)未實見煤層中的含水裂隙進行預(yù)測。

（3）含水裂隙發(fā)育的煤層頂?shù)装逡话愣及l(fā)育有砂巖含水層，為其裂隙水源。因此，在砂巖含水層分布范圍和大型斷層、復(fù)合褶曲交匯區(qū)域含水裂隙帶的主要發(fā)育部位，是預(yù)測的主要區(qū)域。

5.2 定性預(yù)測

通過對已知出水點和各種預(yù)測成果的分析認(rèn)為，含水裂隙為不同方向構(gòu)造縫和規(guī)模斷層相交處、斷層消失處和傳導(dǎo)性較好的地區(qū)，并據(jù)此推斷和預(yù)測了沒有開采15_-1煤層的出水情況。15煤層1029鉆孔北部靠近斷層部分，754鉆孔、525鉆孔、1051鉆孔區(qū)域裂縫發(fā)育帶為出水可能性較大的區(qū)域。（附圖）。

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