摘 要：為了探究斷層的力學(xué)性質(zhì)對透水性的影響，采用數(shù)據(jù)歸納對比方法，以潘一礦為研究區(qū)，探究井田內(nèi)斷裂構(gòu)造的基本特征，然后著重對斷層的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究，最后選取兩條主要的張扭性斷層和壓扭性斷層作為研究對象，對這兩條斷層處的抽放水試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出張扭性斷層處的單位涌水量明顯比壓扭性斷層處的大，結(jié)果表明張扭性斷層的透水性要比壓扭性斷層好。

關(guān)鍵詞：力學(xué)性質(zhì);張扭性斷層;壓扭性斷層;透水性

0 引言

礦井充水條件是充水水源、導(dǎo)水通道及水量共同作用的結(jié)果，其中充水水源和導(dǎo)水通道是礦井充水的基本條件[1-2]，當(dāng)通道導(dǎo)通煤層和含水層時(shí)就有可能發(fā)生礦井充水，至于充水的程度則取決于水量大小，而導(dǎo)水通道的分布具有不均一性和局部性，是三個(gè)充水條件里最難查清的一個(gè)因素[3]，也是最關(guān)鍵的，許多礦井水害的發(fā)生都是因?yàn)閷?dǎo)水通道認(rèn)識不清導(dǎo)致的，因此對礦井導(dǎo)水通道的探究至關(guān)重要。

劇烈構(gòu)造運(yùn)動產(chǎn)生斷層，并導(dǎo)致斷層周圍巖體破碎產(chǎn)生大量裂隙并伴有次生斷裂的生成，使得多數(shù)斷裂構(gòu)造具有較好的透水性，成為一種天然的充水通道[4-6]，在煤礦開采過程中由于采動面擾動破壞很容易導(dǎo)通這些斷層造成礦井充水事故的發(fā)生[7]，而斷裂構(gòu)造能否被導(dǎo)通，有諸多影響因素，例如斷層的性質(zhì)、規(guī)模、上下盤巖性、煤層開采強(qiáng)度等等[9-10]。因此，本文對淮南煤田潘一礦區(qū)落差20m以上斷層進(jìn)行歸納總結(jié)分析，針對斷層不同的力學(xué)性質(zhì)對含導(dǎo)水性的影響，依據(jù)抽放水實(shí)驗(yàn)結(jié)果的單位涌水量數(shù)據(jù)，研究不同力學(xué)性質(zhì)的斷層對透水性的控制作用。

1 研究區(qū)概況

潘一礦位于淮南煤田潘謝礦區(qū)，東西長約14.6 km，南北傾斜寬約4.0 km，總面積約為54.67 km2，礦井邊界東起0勘探線，西邊為人定界線，北部以F2、F5、F4、F5-1斷層及潘集背斜軸作為邊界，南邊以13-1煤層-800m底板等高線地面投影線為界。本區(qū)處于淮河沖積平原，地勢較為平坦，總體呈現(xiàn)西北高、東南低的趨勢，屬于暖溫帶半濕潤性氣候，四季分明，年平均降雨量926.3mm。

2 斷裂構(gòu)造基本特征

潘一礦內(nèi)斷裂構(gòu)造大部分集中分布在井田的北部（圖1），以斜切張扭性斷層為主，其次是壓扭性斷層。張扭性斷層按走向可劃分為兩組，一組為NEE及EW向，另一組為NW及NWW向，傾角都為50～75°，但NEE及EW向的斷層，傾向?yàn)镾E及S，規(guī)模不等，落差大小相差較大;而NW及NWW向的斷層，傾向?yàn)镾W及NE，多為小型斷裂，有些僅呈裂隙發(fā)育。井田內(nèi)的壓扭性斷層，多數(shù)為走向和背斜軸向基本一致或二者交角為小于30°的逆斷層，落差較大，一般作為井田邊界及采區(qū)邊界的劃分依據(jù)。

3 斷層的力學(xué)性質(zhì)

地層受構(gòu)造應(yīng)力作用形成斷層，構(gòu)造應(yīng)力的大小和方向控制斷層的地質(zhì)構(gòu)造特征，根據(jù)巖石所受地應(yīng)力的不同將斷層分為張性、壓性、張扭性和壓扭性[11]，自然界中只受一種應(yīng)力作用的斷層很少，常見的是兩種應(yīng)力共同作用的結(jié)果，即張扭性和壓扭性斷層。

據(jù)井田內(nèi)實(shí)測地質(zhì)資料分析，潘一礦中落差大于等于煤厚的斷層共有75條，其中落差大于20m的斷層僅有14條，對礦井水文地質(zhì)構(gòu)造以及煤礦開采影響較大，是本文研究的主要對象。目前揭露的75條斷層中，張扭性斷層54條，壓扭性斷層21條，如圖2為落差大于20m斷層的走向玫瑰花圖，NW及NWW向的斷層數(shù)目較多，圖3為傾向圖，從圖上可看出斷層傾向主要在SSE～SSW之間。井田內(nèi)張扭性正斷層有F4、F4-1、F4-3、Fe1、Fe2、Fe8等;壓扭性逆斷層有F5、F5-1、F3、F3-2等斷層。下面介紹潘一礦幾個(gè)主要的張扭性和壓扭性斷層。

3.1 壓扭性逆斷層

（1）F5逆斷層：為潘一礦西北部的邊界斷層，走向自東向西為SE～EW～SW，傾向由SW漸變?yōu)镾SE，傾角40～65°，落差20～80m，井田內(nèi)平面延展長度約8000m，整體略呈弧形。斷層特征為走向變化較大，斷層面有扭曲現(xiàn)象，斷層落差大小中間往兩端逐漸變小，并消失，斷層破碎帶寬3～5m，充填物多為粘土巖屑及煤屑。由鉆探工程、地震測線、巷道揭露等控制，屬可靠斷層。

（2）F3逆斷層：位于井田北部，跨潘一、潘二井田，斷層走向NW～SE，傾向S～SW，傾角40～65°，落差20～60m，井田內(nèi)平面延展長度約4500m，平面形態(tài)呈反“S”型彎曲，表現(xiàn)為兩頭傾角較陡，扭曲部位傾角較緩，斷層落差中部大、東部次之、西部小。

3.2 張扭性正斷層

（1）F8正斷層：位于井田北部、F5斷層上盤，其走向近EW，傾向SSW，傾角55～60°，井田內(nèi)平面延展長度約2500m。由鉆探工程、巷道揭露控制，屬可靠斷層。

（2）F4正斷層：是斜切平移正斷層，位于井田中西部、Ⅵ勘探線以西。其走向?yàn)镹E～SW，傾向SE，傾角從上往下逐漸增大，范圍在35～55°之間，落差60～110m并由深到淺逐漸減小，平面延展長度6000m，平面形態(tài)略呈“S”型，斷層帶寬度一般2～4m，且多為粘土巖屑及煤屑充填，巖石糜棱化明顯。斷層帶巖體破碎嚴(yán)重，伴生次級斷層較多，小斷層和裂隙也較發(fā)育，但抽放水實(shí)驗(yàn)證明并無明顯導(dǎo)水現(xiàn)象。

4 斷層的透水性

斷層的力學(xué)性質(zhì)影響其透水性，一般來說，張扭性斷層巖體較破碎，斷層影響帶中裂隙較發(fā)育，導(dǎo)水性較好，而壓扭性斷層恰恰相反，孔隙裂隙不甚發(fā)育，斷層兩盤受應(yīng)力擠壓巖性較致密，透水性差。

以潘一礦張扭性斷層F4-1和壓扭性斷層F5為例，研究斷層的力學(xué)性質(zhì)對導(dǎo)阻水性的影響。選取F4-1斷層處的六個(gè)水文觀測孔的單位涌水量，分別為1.493 L/s·m，1.517 L/s·m，0.3989 L/s·m，0.274 L/s·m，1.002 L/s·m，6.18 L/s·m，F(xiàn)5斷層處的五個(gè)水文觀測孔的單位涌水量分別為0.0019 L/s·m，0.02474 L/s·m，0.00029 L/s·m，0.0086 L/s·m，0.124 L/s·m，由圖4可明顯看出張扭性斷層涌水量大于壓扭性斷層的涌水量，即正斷層的透水性與逆斷層相比較好，結(jié)果與實(shí)際理論依據(jù)相符。

5 結(jié)論

（1）潘一礦斷層的力學(xué)性質(zhì)主要是壓扭性和張扭性兩種，張扭性斷層多于壓扭性斷層，是潘一礦的主要斷層，影響煤礦開采工作進(jìn)展，而壓扭性斷層落差和規(guī)模較大，作為井田邊界劃分依據(jù)。

（2）F4-1為張扭性斷層，抽放水試驗(yàn)結(jié)果顯示單位涌水量較大，透水性較好，而F5壓扭性斷層單位涌水量明顯較小，幾乎沒有水，說明由于應(yīng)力擠壓，結(jié)構(gòu)面較致密不易透水，富水性較弱，兩者比較結(jié)果表明，張扭性斷層的透水性較好。

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作者簡介：王修波（1987-），男，山東聊城人，本科，助理工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)工作。