２０１３年第１期 东瞧ｊｉＩ舛技 １２９ 断层分布对水文地质单元划分影响的研究 孙田军，曹青峰 （山东盛泉矿业有限公司，山东新泰摘要２７１２￣） 盛泉公司褶皱构造不发育，仅有一倾伏背斜，对采区划分和采煤方法影响较小，而岩浆侵入现象至今未发现，不产生影响，故应以大中 型断层作为评定构造复杂程度的主要指标。由于大中型断层的发育，导致该矿被分割成不同的水利单元。 关键词地质构造 断层发育 水利单元 文献标识码Ｂ ｄｏｉ：１０，３９６９ ．ｉｓｓｎ．１００５—２８０１．２０１３．Ｏ１．７７ 中图分类号ＴＤ１６３ ．１ 盛泉煤矿位于新汶煤田向斜北翼，总体形态为一 向南倾伏的宽缓背斜构造。背斜轴走向近南北，煤层 走向成总体向南弯曲的弧形，走向Ｎ３０。Ｗ～Ｎ３０。Ｅ。 井田内断裂构造甚为发育，将背斜切割成许多大小不 等的断块。 １ 断层统计分析对突水部位影响 截止到今，以１：２０００采掘工程平面图的经纬线构 成的网格为单元进行统计，盛泉井田１１煤层采掘过程 揭露断层５０９条，其中正断层、逆断层分别占８５％ 和１５％；弧形断层、线性断层分别占１６％和８４％。１３ 煤层共揭露断层４８１条，其中正断层、逆断层分别占 ７６％和２４％；弧形断层、线性断层分别占２１％和７９％。 １５煤层共揭露断层３４２条，其中正断层、逆断层分别占 ８１％和１９％，弧形断层、线性断层分别占２２％和７８％。 根据以上统计数据可见，井田内煤层的采场断层 性质的分布特征是：以直线形正断层为主。这一特征 符合华北型煤田断层发育的一般规律。形成这一规律 的主要原因有两点：（１）在区域上煤田内的控煤构造 全为正断层，如莲花山断裂；（２）井田内的主干断层也 是正断层。采场内的次生断层和区域控煤断层及井田 的主干具有密切的成生联系。通常情况下，在断层性 质上，次生断层和主要断层是一致的，因为无论是主要 断层还是次生断层，它们总体上都是在同一个构造应 力场下形成的。逆断层作为正常煤田内少见和罕见的 断层，是在特殊的力学条件下形成的，对其进行统计特 征的分析，对井田内断层形成时的力学性质推断很有 意义。从统计数据的对比可以看出，井田内逆断层在 纵向上变化不大。 井田内断层性质分布特征及规律对矿井突水影响 表现在：根据断层性质在盛泉井田内分布特征，整个井 田的断裂构造主要是在拉张型应力场作用下形成的， ｛收稿日期：２０１２—０５—１５ 作者简介：孙田军（１９８１一），男，本科学历，毕业于山东科技大学 现任山东盛泉矿业有限公司技术科地测专业副科长。 只有在局部地段出现次生的压剪应力场，因此拉张性 构造部位是矿井突水发生的最危险地段，这些地段包 括：背斜的轴部、正断层的上盘、断层交汇部位、断层尖 灭端。所有这些部位应当是矿井底板突水防范的重点 部位。 ２ 断层落差发育特征及其对突水通道的影响 截止到目前，盛泉井田１１煤层开采共揭露的５０９ 条断层中，落差不大于１ｍ的占１８％；落差大于１ｍ但 不大于５ｍ的占７３％；落差大于５ｍ但不大于１０ｍ的占 ８％；大于１０ｍ的占１％。 在１３煤层开采共揭露的４８１条断层中，落差不大 于１ｍ的占３１％；落差大于１ｍ但不大于５ｍ的占 ５７％；落差大于５ｍ但不大于１０ｍ的占４％；大于１０ｍ 的占８％。 在１５煤层南区共揭露的３４２条断层中，落差不大 于１ｍ的占２５％；落差大于１ｍ但不大于５ｍ的占 ７０％；落差大于５ｍ但不大于１０ｍ的占４％；大于１０ｍ 占１％。 根据以上统计数据可以看出，盛泉井田内１１煤、 １３煤、１５煤断层的落差主要集中于１～５ｍ之间，而且 这种分布特征不因煤层的不同而变化。据此可知盛泉 井田断层落差具有以下特征和规律： （１）断层落差主要集中在１～５ｍ范围，这类断层 穿层性差，无论在横向上还是纵向上，延展长度有限。 （２）各个煤层断层落差总体特点一致，即以落差 小于５ｍ的断层为主体，其次为小于ｌｍ的断层，反映 出各煤层中断裂构造是在煤系地层形成后期统一的构 造应力场条件下形成的。 （３）各煤层中落差小于５ｍ的断裂构造都十分发 育，说明底板岩层损伤破坏程度很大。 井田内断层落差分布特征及规律对矿井突水影响 表现在：井田突水通道主要以落差大于１０ｍ的断层为 主，落差小于１０ｍ断层引发底板突水的可能性较小。 另外，由于小于５ｍ的断裂构造十分发育，因此各煤层 底板岩层的隔水性能极大降低。 １３０ 夯 晨斜ｌ枝 性。 ∞ 加 ∞ ∞ 如 如 加 ２０１３年第１期 Ｏ ３ 断层走向发育特征及其对突水点分布的影响 （１）盛泉井Ⅲ内断层走向方位主要分布于４０。到 ９０。之问，即在平面直角坐标系的１～３象限内。从１１、 １３、１５煤层开采揭露的断层对比图上（图１）可以看出， 这种分布特征不受煤层赋存深度的影响，因此具有普 遍性的意义。值得注意的是，这种分布特征与人们通 常认为的小断层走向一般与大断层走向一致的规律不 完全相符合。从井田主要断层一览表可以看出，大断 层在平面直角坐标系１～３、２～４象限中的分布分别占 ５０％。按照大断层控制小断层的通常规律，井田内小 断层在１～３、２～４象限中的分布数量应该相差不大， 而事实上小断层走向分布主要集中于１～３象限中。 可见，井田内的小断层不仅仅是由大断层简单派生出 来的，而且交织着由多种力学因素形成的滑动断层。 ／ ｛ 一、＼ ， ：一 ～ ， 厂 ４ ／＞＜１ ／ ＼＼＼ 一 ＼＼／～、 【＼ｌ，．． ．．．，． ．． ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ｔ＂ｑ ｎ寸Ｉｎ ｏ。 ｏ。 ０＿＿ ｎ寸Ｉｎ 占苫 Ｈ 占 ｎ寸Ｉｎ 占占 ∞０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ｏ。 ０＿＿ ｎ寸ｌｎ Ｎ ｎ ｎ ｎ ｎ ｎ ｎ 图１ 盛泉井田１１、１３、１５煤层揭露的断层走向变化对比图 （２）从历史上看，盛泉井田内的断层不是在同一 个构造应力场中形成的，而是经过了不同时期的构造 应力场。这一结论结论可以从断层走向的变化规律上 得到证明。从图可以看出，断层走向分布不存在大的 突变性，即不同走向方位之间的断层条数是以渐变形 式发生差异的。这种渐变性的特点符合断层发育的继 承性，即在先前构造应力场中形成的断层，经过后期应 力场的改造时，其走向不会发生突变性的变化。 井田内断层走向分布特征及规律对矿井突水影响 表现在：导致矿井底板突水的断层走向以ＮＥＥ断裂构 造为主，因此ＮＥＥ断裂构造是矿井断层导水防治的重 点对象。 ４ 井田内主断层对南北水文地质单元差异性控制 作用 盛泉煤矿Ｆ１４断层为矿井南北采区分界断层，断 层落差６０～４４０ｍ，倾角４５。，六采区为该断层的下降 盘，对接含水层徐草灰或奥灰，因此有发生突水的可能 井田南区为Ｆ１４断层的上升盘，开采过程中突水 威胁不大，北区为下降盘，对接徐灰或奥灰岩溶，对煤 层的开采带来突水威胁，因此本节对北区工作面进行 划分不同的水文地质单元。受井田内主要断层的错断 作用，可将北区工作面划分为三个相对的水文地 质单元。如图２所示。 ．／ ＼ 图２ 井田北区工作面水文地质单元的划兮 １区受南部Ｆ１４—６断层和Ｆ３断层、东北部ＦＩ３断 层、北部Ｆ２断层的作用，形成半封闭的水文地质单元， 其中由于Ｆ１４—６断层的错段，使奥陶系岩溶与煤层对 接，煤层开采受水威胁程度较大，北部的Ｆ２断层阻隔 了奥陶系岩溶的连续性，东北部ＦＩ３断层落差２５ｍ，倾 角６５。，南部ｒ３断层落差１５～９５ｍ，倾角６７。，由罔可看 出，该区奥灰岩溶水并未与外界完全隔断，仍为动态 水，因此单从含水层连续性上看，该区突水的可能性相 对较大。 ２区受地层受Ｆ２、Ｆ１３—１、Ｆ１３的错断，其中Ｆｌ３— １断层落差３０ｍ，倾角６Ｏ。，由图可看出，该区虽然受四 周断层的错段，单Ｆ１３—１、ＦＩ３断层并末完全阻断奥灰 岩溶的连续性，因此该区突水的可能性也较大。 ３区地层受ＦＩ３—１、Ｆ３以及井田东部边界的Ｆ１２ 断层的错断，只有Ｆ１２断层完全阻隔了奥灰岩溶水的 流动，因此该区的奥灰水仍与外界相联系，发生突水的 可能性较大。 ５ 结论 通过分析断层的分布情况来研究断层对水文地质 单元划分的影响，由此看出整个井田无论是边界断层 还是井田内断层，都将徐草灰及奥灰切割成大小不等 的水文地质单元，而且断层本身导水性差，甚至不导 水，这就导致了各水文地质单元之间奥灰水动态联系 不畅通，为徐草灰及奥灰的疏水降压奠定了基础。 由于不同水文地质单元奥灰水补给条件差，因此 各个水文地质单元内的奥灰水以静储量为主，并且水 量有限，这就能确保疏水降压有效实施。
