断裂构造对漳平盖竹溪—翁头岭煤矿区员当井田矿井充水的影响及防范

林昭丽

(福建省闽西地质大队，三明，365001)

1 区域背景

漳平盖竹溪—翁头岭煤矿区员当井田，区域上位于政和—大埔深大断裂与晋江—永安断裂交会处的西部，处在黄坑—小溪背斜的东翼，是福建省闽西地质大队应用推覆构造理论在老地层之下探明的又一处大型煤矿区[1-3]。井田面积17.42 km2，含煤地层为二叠系下统童子岩组，其中第一段含煤层有15层以上， 第37、38号煤层为较稳定大部分可采煤层；第三段含煤层有12层以上，第28号煤层为较稳定大部分可采煤层，第25号煤层为不稳定局部可采煤层，经过详查地质工作，估算无烟煤(332+333+334)资源量超过三千万吨*福建省闽西地质大队，福建省漳平市盖竹溪-翁头岭煤矿区员当井田详查(最终)报告，2008。

三明—龙岩一带二叠系含煤地层矿井直接充水含水层一般主要为童子岩组细砂岩裂隙含水层，矿井涌水量的大小与大气降水密切相关。但位于推覆体下的漳平盖竹溪—翁头岭煤矿区员当井田由于断裂构造发育，受其影响，造成二叠系下统栖霞组石灰岩抬升及文笔山组隔水层的变薄或缺失[4]，以及断裂可能沟通风化带孔隙裂隙水含水层、童子岩细砂岩裂隙水含水层和栖霞组岩溶水含水层的水力联系，局部甚至有可能与地表水体沟通，造成井下涌水量的增大，对矿井开采造成充水威胁。笔者通过分析F0、F7滑脱拆离断层对井田充水的影响，认为断层的破坏程度和导水性是矿井充水的最主要影响因素。

2 井田水文地质特征

2.1 地形(地貌)特征

井田属低山构造侵蚀地貌，总体地势东西高中间低，海拔在340～750 m，走向近北北东。地形较陡峻，沟谷切割较强烈，山坡坡度一般为20°～35°，局部40°以上，主要河流九鹏溪流经井田中部，把井田分为东西两部分。最高点位于东部大幕顶，标高744.3 m，最低点位于员当村南部九鹏溪，流向近南北，标高342.5 m，相对高差401.8 m。河床宽为10～20 m，枯季流量0.5 m3/s，平水期流量大于1.5 m3/s, 最大流量大于50 m3/s。最高洪水位标高约350.0 m，为该区最低侵蚀基准面标高(图1)。

2.2 井田地下水类型

2.2.1 风化带孔隙裂隙水

含水层岩性主要为泥盆系上统桃子坑组(D3tz)、石炭系下统林地组(C1l)，二叠系上统翠屏山组(P2cp)、大隆组(P2d)，三叠系下统溪口组(T1x)、三叠系上统文宾山组(T3w)、二叠系下统童子岩组(P1t),含水层多呈似层状。钻孔揭露的单层含水层厚度:西矿段最大245.11 m、最小1.00 m、平均26.00 m；东矿段最大175.30 m、最小0.60 m、平均28.22 m。泉流量0.03～1.20 L/s，富水性弱，含水层富水性受裂隙发育程度控制明显，一般在构造裂隙发育地带富水性较好(图2)。

2.2.2 碎屑岩类基岩裂隙水

含水层岩性主要为泥盆系上统桃子坑组(D3tz)、石炭系下统林地组(C1l)、二叠系上统翠屏山组(P2cp)、大隆组(P2d)，三叠系下统溪口组(T1x)、三叠系上统文宾山组(T3w)，含水层多呈透镜状。

二叠系下统童子岩组(P1t)地下水储存于第一段和第三段岩石裂隙中，含水层厚度受地形及风化带发育程度控制，钻孔揭露的单层含水层厚度最大10.2 m、最小0.30 m、平均3.65 m。泉流量小于0.54 L/s，地下水径流模数3～5 L/s·km2，富水性弱[6]。

2.2.3 栖霞组石灰岩岩溶裂隙水

裸露型栖霞组石灰岩岩溶裂隙水：地表分布于井田东北和西南侧，含水层岩性为二叠系下统栖霞组石灰岩,东北侧及矿区外围出露面积约7 km2，浅部及地表岩溶裂隙较发育。在矿区北部及南部低洼地段见泉群出露，且流量较大，最大61.67 L/s，富水性中等-强。

埋藏型栖霞组石灰岩岩溶裂隙水:位于文笔山或童子岩组之下,钻孔揭露的含水层厚度最大42.82 m、最小4.72 m、平均14.69 m。深部钻孔岩芯呈柱状、短柱状，裂隙较发育，裂隙面见少量钙质物，局部见溶蚀小孔洞，据井田SZK6606抽水试验成果K=0.17 459 m/d，q=0.09 026 L/s·m，富水性弱-中等。

2.3 主要隔水层

二叠系下统文笔山组、童子岩组第二段泥质岩是区内主要的隔水层，厚度较大，一般厚度大于50 m，局部由于受断裂破坏变薄或缺失，总体隔水性较好。此外童子岩组第一、第三段泥质岩与细砂岩含水层常为互层分布，亦可起到相对隔水层作用。

2.4 断裂导水性

断裂总体以北北东向为主，导水性以弱导水-局部弱导水为主，主要断裂导水性特征见表1。

2.5 地下水补给径流排泄条件

大气降水是区内地下水的主要补给来源。井田地形陡峻，沟谷切割较深，大气降水大部分形成地表径流，少部分通过风化、构造裂隙带向下渗透补给含水层。地下水分水岭与地表分水岭基本一致，以九鹏溪汇水范围为界，形成较独立的水文地质单元，地下水径流由四周高处向九鹏溪运移，以下降泉或片状渗流形式排泄于溪沟，局部通过导水断裂带以上升泉排泄于地表。地下水的流向与地形坡向基本一致。

表1 主要断裂导水性特征

3 矿床充水因素影响分析

3.1 矿床充水因素

根据井田地质勘探结果分析，矿床的主要充水受大气降水、地表水、老窑积水、地下水、断层导水因素的影响。

(1)大气降水主要通过风化带和断裂破碎带渗入补给下部潜水含水层，故大气降水量的变化间接影响矿井水量的大小。

(2)地表水由于井田煤层埋藏较深，煤层之上地层厚度较大，因此在留足河流保护带的情况下，地表水对矿井充水影响小。

(3)老窑积水由于井田分布有民采硐及老窑，为平硐，未见积水，且有利排水对矿井充水影响小。

(4)地下水主要有风化带裂隙水、基岩裂隙水、栖霞组石灰岩岩溶裂隙水。

风化带裂隙潜水分布于地表浅部，含水层厚度较大，连续性较好。但含水层富水性弱，且由于井田中童子岩组埋藏较深，含水层与矿层之间有林地组、翠屏山组、文宾山组等存在，矿床开采时含水层中的水不易直接进入矿井，故风化带裂隙潜水是矿井的间接充水因素，但对矿井充水影响较小。基岩裂隙水主要是童子岩组第一、第三段直接充水含水层，含水层直接分布于煤层顶底板及其附近，开采中易被揭露，成为矿井充水的直接充水含水层，由于含水层厚度小，且多呈透镜状分布，富水性弱，对矿井充水影响较小。栖霞组石灰岩岩溶裂隙水裸露型与煤系地层直接接触。在矿区东北及西南低洼地段见泉群出露，富水性可达中等-强，但位于矿区边界，且F0断层为弱-中等导水，裸露型栖霞组石灰岩裂隙水可成为矿井水的间接来源，增大矿井涌水量，对矿井充水有一定影响。

(5)断层导水：井田F0为弱-中等导水断层，F1、F2、F4、F5、F6、F7、F8为不导水或局部弱导水，断层破碎宽度较小，破碎带主要成分以泥质岩、砂岩等为主，胶结物以泥质胶结为主。由于受断层破坏影响，局部地段石灰岩与含煤地层对接，有可能沟通岩溶水与童子岩组裂隙水的水力联系。F0断裂局部地段切过九鹏溪，根据抽水试验结果F0为弱导水，在抽水试验孔附近，F0没有沟通地表水，但由于其富水性不均一，靠近九鹏溪的其它地段是否与地表水存在水力联系，今后开采该地段煤层时应留设保护带等防范措施。

3.2 F0滑脱拆离断层对矿井充水的影响

(1)由于受F0断层影响，下盘二叠系栖霞组石灰岩抬升出露于地表，并使文笔山组隔水层缺失，煤系地层与石灰岩直接通过断层接触。由于石灰岩富水性为中等-强(北部岭兜和南部圳兜均有大泉点出露，泉流量分别达61.67 L/s和14.94 L/s)，分布位置较高，水头压力较大。下山煤层开采时，岩溶水则较易通过断层、开采裂隙、含水层等通道成为矿井水的充水来源，对矿井产生充水威胁。

(2)受F0断层影响，深部石灰岩呈波状起伏， ZK6605至ZK6606平距仅500 m，而石灰岩顶面埋藏深度则从标高-100 m抬升至+200 m，相对高差达300 m，石灰岩顶界标高高于第37，38号煤层220 m以上，并且该段文笔山组隔水层受断层影响缺失，煤系地层与石灰岩接触。因此，岩溶水将通过该断裂、细砂岩裂隙含水层、开采裂隙成为矿井水的直接充水含水层，使矿井涌水量增大，甚至可能造成突水。

(3)受F0断层破坏，深部多数地段文笔山组隔水层缺失或变薄，易造成底板岩溶突水，特别是勘探中深部揭露到石灰岩的钻孔(ZK6606、 ZK6601、 ZK6602)，若封孔质量不合格，则岩溶水将直接通过钻孔人为通道成为矿井水的充水来源。ZK6601童子岩组与栖霞组石灰岩中缺失文笔山组隔水层；ZK6601童子岩组与栖霞组石灰岩中文笔山组隔水层变薄。

(4)F0断层在60线、70线中部切过九鹏溪，由于F0为弱导水性断层，沟通了九鹏溪地表水与地下水的水力联系。将来矿山开采形成地下水降落漏斗后，地下水位下降，水压力不断增大，地表水较易通过断层破碎带成为矿井水的充水来源，矿井涌水量将明显增大。

3.3 F7滑脱拆离断层对矿井充水的影响

(1)受F7滑脱拆离断层以及F0、F2断层共同影响，F7断层西侧为栖霞组石灰岩，东侧为童子岩组，并与第三段的第25、28号煤层接触，使岩溶含水层与童子岩组细砂岩裂隙含水层对接，开采中岩溶水将直接补给矿井，成为矿井水的直接充水含水层，对矿井充水产生威胁。

(2)F7断层纵贯井田南北，导致地层东部下降，西部抬升。由于F7断层存在，井田风化带孔隙裂隙潜水含水层、童子岩组裂隙含水层和岩溶含水层都将通过F7断层形成水力联系，浅部的风化带孔隙裂隙潜水通过该断层向下渗透进入矿井，深部的岩溶水亦可通过该断层上涌进入矿井，成为矿井水的补给来源，使矿井水明显增大，在断层带附近甚至有可能产生突水。

3.4 其它断层对矿井充水的影响

其它F1、F2、F3、F6、F4、F5断层，其中F4、F5为不导水断层，因此对矿井充水没影响。F1、F2、F3、F6仅破坏了地层的完整性，破碎带厚度较小，构造角砾岩不甚发育，为局部弱导水断层，含水构造在剖面上呈透镜状，且含水构造上下部有较厚的相对隔水层存在，矿床开采中水不易直接进入矿井，因此对矿井充水影响较小。

4 对断层导水的防治措施建议

(1)加强矿区水文地质工作，着重加强对F0和F7断层产状、规模、破碎带特征、导水性的资料收集和研究，找出其发育规律。

(2)受断层破坏造成煤系地层与石灰岩接触地段除按有关规定保留防隔水煤(岩)柱外，还应充分考虑断层可能造成两侧的岩石破碎，富水性变强等因素，适当增加防隔水煤岩柱厚度，并做好探水工作。

(3)F7断层中断层两侧应留有足够的断层保护带防隔水煤(岩)柱，防止其沟通各含水层之间的水力联系。

(4)对于受断层影响造成文笔山组隔水层缺失或变薄地段，应密切注意，做好底板来水来压的观测，并保留足够的底板煤(岩)柱厚度。

(5)开采至F0断层切过地表河流地段附近时，除保留地表河流保护带外，应在河流断层的上下游设立流量观测站，监测河水的渗漏量，必要时采取防渗措施。

(6)对地质勘探中有揭露到底板石灰岩的钻孔附近开采时，应进行钻探放水，密切观测井巷来水特征及水压变化，防止岩溶水通过钻孔造成底板突水。

5 结论

综上所述，井田由于受断裂影响，使深部的栖霞组石灰岩抬升，造成文笔山组隔水层缺失或变薄，以及煤系地层与石灰岩直接接触，使岩溶水成为矿井水的间接充水含水层，矿井涌水量将明显增大，局部有可能造成底板突水。同时断层不仅沟通了井田各含水层的水力联系，使浅部的风化带孔隙裂隙潜水通过断层向下渗透补给进入矿井。深部的岩溶水亦可通过断层上涌进入矿井。局部地段断层还切过地表河流，沟通了地表水与地下水的水力联系。因此，井田矿井涌水量的大小及井田水文地质条件的复杂程度明显受断裂发育程度、产状、规模、导水性控制。建议下步煤炭开采防治水工作，应着重加强对断裂构造的研究，找出其规律特征，有针对性的采取预防性措施，确保井下生产安全。

本文承蒙黄金生、林玉锦高级工程师的悉心指导、审阅，并提出宝贵的修改意见，在此表示衷心感谢！

1 陶建华.福建推覆构造研究与找矿突破.福建地质，2008，27(2).

2 苏水生.福建省漳平市盖竹溪—翁头岭煤矿区员当井田"三下"找煤理论的新突破.福建地质，2008，27(1).

3 苏水生.福建永安小磉调查区推覆构造及煤炭资源远景评价.福建地质，2012，31(1) .

4 邓杰.闽西南聚煤盆地地质特征浅析．福建地质，2013，32(3).

5 郑富龙.福建二叠系童子岩组煤炭洁净等级及其分布特征．福建地质，2012，31(1).

6 陈雨孙.地下水运动与资料评价.北京：中国建筑工业出版社，1986.