礦山壓力下斷層破碎帶開挖方式研究

（長治市高原綜合勘探工程有限公司，山西 長治 046000）

斷層帶中的破碎礦體發(fā)生突水，事實(shí)上是斷層帶被破壞、礦層變形的一個過程，并且與斷層帶組成物質(zhì)有一定的聯(lián)系。礦井水的壓力可以導(dǎo)致斷層擴(kuò)張，由于地下礦石斷層通常情況下能夠綿延幾百米甚至是數(shù)百公里，所以斷層破碎帶常常可以起到阻斷井下水源的作用[1]。通過研究和分析斷層帶的水文地質(zhì)情況，可以有效指導(dǎo)礦井深部區(qū)域施工的設(shè)計及孔位的選擇，既能節(jié)省施工成本又能充分利井下可利用的資源，使得斷層破碎帶開挖工程實(shí)現(xiàn)真正利國惠民的可利用價值及實(shí)際意義[2]。

1 斷層帶地質(zhì)情況分析

1.1 斷層破碎帶的地質(zhì)情況

對于斷層破碎帶地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)查，首先要明確開挖區(qū)的水文地質(zhì)情況，以便充分利用斷層帶的水文地質(zhì)條件來實(shí)現(xiàn)節(jié)省鉆鑿施工成本的目的。以實(shí)際斷裂破碎帶深部鉆孔區(qū)位于山間盆地出口的位置，該位置通常情況下有利于礦井水的匯聚流通[3]。斷層破碎帶帶周圍具體的水文地質(zhì)情況如下：東南測是該研究區(qū)井下水的徑流及補(bǔ)給區(qū)，深部開挖區(qū)設(shè)計在斷層從東、西向通過井區(qū)。

1.2 井下水文情況試驗方法介紹

影響斷層破碎帶滲流的原因有斷層破碎帶的物質(zhì)組成、礦山壓力、井下滲流壓力等等，礦山壓力影響著斷層破碎帶的密度，斷層破碎帶的物質(zhì)組成影響著礦井水的滲透系數(shù)，所以，本次實(shí)驗的目的是研究滲流水壓、斷層破碎帶物質(zhì)及礦山壓力三者之間的聯(lián)系[4]。在深部礦化帶鉆井施工過程中，要進(jìn)行水文測試試驗來明確井孔的單位出水量是否可以達(dá)到開挖要求。通常情況下，此項試驗可以結(jié)合洗井來儀器完成，在洗井結(jié)束前要測試配置水泵的出水量，從而計算出鉆井井孔的單位出水量。

1.3 斷層破碎帶開挖情況分析

圖1 水文測試試驗200m以內(nèi)鉆孔滲透情況

由于斷層破碎帶帶西、北兩側(cè)的礦層富水性很差，開挖位置應(yīng)設(shè)計在東南側(cè)的成礦區(qū)。首先，在靠近斷層帶約100 m的位置設(shè)計井孔ZK1，在鉆鑿至253 m時發(fā)現(xiàn)仍然有大量的泥質(zhì)礦物，水文測試試驗S=63m，其單位涌水量極少僅為0.0148L/s°m；其次，鉆孔ZK2由于礦物的溶蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，僅鉆鑿40m就必須停止，水文測試試驗S=10m時，其單位涌水量為0.059L/s°m；最后，鉆井孔位ZK3是位于逆斷層的斷層帶上，水文測試試驗S=80m時，鉆孔ZK3的單位涌水量為0.0463L/s°m，雖然水文測試能夠滿足礦井開挖要求，但是斷層帶的礦石特別破碎給鉆井施工帶來了很大的難度，其中孔深50～80m及150～200m的鉆鑿難度都是非常大的，使得鉆井施工的成本非常高。

圖2 水文測試試驗100m以內(nèi)鉆孔滲透情況

2 不同孔位的滲透量分析

根據(jù)上述斷層帶的水文地質(zhì)情況分析，并結(jié)合深部礦層開挖設(shè)計孔位ZK1、ZK2、ZK3的鉆進(jìn)情況，可以說明該斷層帶為逆斷層破碎帶。其中，三個孔位的礦井涌水量、受斷層影響程度限制?？紤]到井孔布置方案；井孔ZK2的相對位置在逆斷層的上盤，而由于逆斷層下盤泥質(zhì)礦物滲透性較差，使得下盤的阻水作用增強(qiáng)，從而造成逆斷層的上盤成為井下水的富集區(qū)，同時由于逆斷層上盤灰?guī)r受到斷層的影響，使得溶隙得到發(fā)育，使其井孔單位滲透量達(dá)到0.059L/s°m，同時逆斷層上盤的礦物性質(zhì)為完全的灰?guī)r無糜棱巖，使得鉆井的施工成本也較低，為300元/m。綜上所述，通過對比井孔ZK1、ZK2、ZK3的單位滲透量及施工成本情況，可得井孔ZK2為最佳的礦井開挖位置。

3 結(jié)論

通過上述的礦井?dāng)鄬悠扑閹У拈_挖進(jìn)行試驗分析，井孔ZK1在不受斷層帶影響的區(qū)域，ZK2在斷層帶的影響區(qū)，ZK3在斷層帶的破碎區(qū)，通過開挖試驗研究發(fā)現(xiàn)，深部開挖位置從ZK1→ZK2→ZK3，結(jié)合井孔開挖施工成本的變化情況，最終確定井孔ZK2（影響區(qū)）位最佳的斷層破碎帶深部開挖位置。通過上述的斷層破碎帶開挖情況實(shí)例可以得知，對于逆斷層的斷層帶來說，孔位應(yīng)選擇在斷層帶的影響區(qū)進(jìn)行更深層次的開挖，因斷層破碎區(qū)的開挖難度極大，雖然井孔單位涌水量能夠達(dá)到打井要求，但使得施工成本高出許多，應(yīng)有效避開在斷層破碎帶進(jìn)行井孔的開挖。