矿山压力下断层破碎带开挖方式研究

（长治市高原综合勘探工程有限公司，山西 长治 046000）

断层带中的破碎矿体发生突水，事实上是断层带被破坏、矿层变形的一个过程，并且与断层带组成物质有一定的联系。矿井水的压力可以导致断层扩张，由于地下矿石断层通常情况下能够绵延几百米甚至是数百公里，所以断层破碎带常常可以起到阻断井下水源的作用[1]。通过研究和分析断层带的水文地质情况，可以有效指导矿井深部区域施工的设计及孔位的选择，既能节省施工成本又能充分利井下可利用的资源，使得断层破碎带开挖工程实现真正利国惠民的可利用价值及实际意义[2]。

1 断层带地质情况分析

1.1 断层破碎带的地质情况

对于断层破碎带地质情况进行调查，首先要明确开挖区的水文地质情况，以便充分利用断层带的水文地质条件来实现节省钻凿施工成本的目的。以实际断裂破碎带深部钻孔区位于山间盆地出口的位置，该位置通常情况下有利于矿井水的汇聚流通[3]。断层破碎带带周围具体的水文地质情况如下：东南测是该研究区井下水的径流及补给区，深部开挖区设计在断层从东、西向通过井区。

1.2 井下水文情况试验方法介绍

影响断层破碎带渗流的原因有断层破碎带的物质组成、矿山压力、井下渗流压力等等，矿山压力影响着断层破碎带的密度，断层破碎带的物质组成影响着矿井水的渗透系数，所以，本次实验的目的是研究渗流水压、断层破碎带物质及矿山压力三者之间的联系[4]。在深部矿化带钻井施工过程中，要进行水文测试试验来明确井孔的单位出水量是否可以达到开挖要求。通常情况下，此项试验可以结合洗井来仪器完成，在洗井结束前要测试配置水泵的出水量，从而计算出钻井井孔的单位出水量。

1.3 断层破碎带开挖情况分析

图1 水文测试试验200m以内钻孔渗透情况

由于断层破碎带带西、北两侧的矿层富水性很差，开挖位置应设计在东南侧的成矿区。首先，在靠近断层带约100 m的位置设计井孔ZK1，在钻凿至253 m时发现仍然有大量的泥质矿物，水文测试试验S=63m，其单位涌水量极少仅为0.0148L/s°m；其次，钻孔ZK2由于矿物的溶蚀现象严重，仅钻凿40m就必须停止，水文测试试验S=10m时，其单位涌水量为0.059L/s°m；最后，钻井孔位ZK3是位于逆断层的断层带上，水文测试试验S=80m时，钻孔ZK3的单位涌水量为0.0463L/s°m，虽然水文测试能够满足矿井开挖要求，但是断层带的矿石特别破碎给钻井施工带来了很大的难度，其中孔深50～80m及150～200m的钻凿难度都是非常大的，使得钻井施工的成本非常高。

图2 水文测试试验100m以内钻孔渗透情况

2 不同孔位的渗透量分析

根据上述断层带的水文地质情况分析，并结合深部矿层开挖设计孔位ZK1、ZK2、ZK3的钻进情况，可以说明该断层带为逆断层破碎带。其中，三个孔位的矿井涌水量、受断层影响程度限制。考虑到井孔布置方案；井孔ZK2的相对位置在逆断层的上盘，而由于逆断层下盘泥质矿物渗透性较差，使得下盘的阻水作用增强，从而造成逆断层的上盘成为井下水的富集区，同时由于逆断层上盘灰岩受到断层的影响，使得溶隙得到发育，使其井孔单位渗透量达到0.059L/s°m，同时逆断层上盘的矿物性质为完全的灰岩无糜棱岩，使得钻井的施工成本也较低，为300元/m。综上所述，通过对比井孔ZK1、ZK2、ZK3的单位渗透量及施工成本情况，可得井孔ZK2为最佳的矿井开挖位置。

3 结论

通过上述的矿井断层破碎带的开挖进行试验分析，井孔ZK1在不受断层带影响的区域，ZK2在断层带的影响区，ZK3在断层带的破碎区，通过开挖试验研究发现，深部开挖位置从ZK1→ZK2→ZK3，结合井孔开挖施工成本的变化情况，最终确定井孔ZK2（影响区）位最佳的断层破碎带深部开挖位置。通过上述的断层破碎带开挖情况实例可以得知，对于逆断层的断层带来说，孔位应选择在断层带的影响区进行更深层次的开挖，因断层破碎区的开挖难度极大，虽然井孔单位涌水量能够达到打井要求，但使得施工成本高出许多，应有效避开在断层破碎带进行井孔的开挖。