4.5.2.1　断裂型充水通道

断裂构造成为充水通道主要取决于断裂带本身的水力性质和矿床开采时人为采矿活动的方式与强度。矿区含煤地层中存有数量不等的断裂构造，它使断裂附近岩石破碎、位移，也使地层失去完整性。由构造断裂形成的断层破碎带往往具有较好的透水性，成为各种充水水源涌入矿井的通道，巨大的断裂含水带本身还可构成重要的充水水源（王顺喜，2016）。

（1）断裂构造对矿井充水的作用有如下几点：

1）断层的导水和储水作用。富水断层和储水断层都可起这种作用，但富水断层可成为经常性的稳定充水水源，储水断层仅可成为突发性充水水源，当被巷道揭露时，会发生突然涌水。

2）断层破坏顶、底板隔水层的连续性，沟通顶底板上、下含水层，使含水层与矿坑或地表水与充水岩层之间发生水力联系，成为地下水或地表水进入坑道的途径。

3）断层缩短了煤层与对盘含水层的距离。除断层落差外，断层倾角的变缓也会使上盘煤层与下盘含水层之间的距离缩短，甚至使开采煤层与对盘的含水层对接，大大增加了矿井突水的威胁。

4）断层降低了岩层的强度。由于断层破碎带地段隔水层的强度比正常地段低，断层破碎带及其近旁常是整个隔水岩层最薄弱的地段。在某些条件下，隔水层底部的承压水沿裂隙上升到煤层底板隔水层中的某一高度（甚至沿断层越过煤层），形成承压水的原始导高，使隔水层的有效厚度降低，甚至完全丧失隔水、阻水作用。国内外矿井突水的资料均表明：突水点主要分布在断裂带及其附近。与断裂构造有关的突水常发生在两条主干断裂的复合部位及其锐角一侧，以及主干断裂旁侧的“人”字形小构造、断裂密集带、断层尖灭端、断层交叉点等部位。发生突水的断裂有的规模很小，在天然条件下属无水断层，可起隔水作用。但由于岩层受到破坏，当被开挖井巷揭露时，在矿山压力和承压含水层水压力共同作用下就会由隔水转变为透水。巷道穿过断层带时，开始并无涌水现象，经过一段时间或回采工作面扩大到一定宽度时才发生底鼓、破裂，继而突水，不透水断层在开采条件下破坏了天然的平衡状态变为透水断层。这一点，我们在评价断层的透水性能时必须特别加以考虑。

5）构成隔水边界，限制充水岩层的分布和补给范围。处于矿区边界的区域性阻水大断裂，可以构成矿区边界的天然不透水帷幕，切断区域含水层与矿区的联系，特定条件下还可形成封闭的独立水文地质块段。

（2）影响断层导水性的因素有：

1）断裂面的力学性质。断裂带的结构、构造和断裂两旁影响带内的裂隙发育程度均受断裂面力学性质的支配。在断裂面两侧岩性相同的前提下，张性断裂透水性较强，压性断裂透水性较弱，扭性断裂透水性介于二者之间。

2）断裂两盘的岩性是决定断裂带水文地质特征的内在因素。断裂带的透水性往往与两盘岩石的透水性相一致，若两盘均为软柔性岩层时，压性和压扭性断层常常具有不透水性质，而张性断层有可能具有弱透水性；若两盘均为硬脆性或脆性可溶岩时，断裂带多数具有透水性质；若两盘岩性不同，断层带的透水性也比较复杂，对于压性断层，当错动范围内软柔性岩层所占比例越大，断层面的倾角越小时，透水性相对越差，反之则强。地层没有经过明显位移的挤压破碎带，一般仅在硬脆性或脆性可溶岩层中出现。处在同一应力作用下的相邻软柔性岩层，往往以侧向压密或更大范围内的揉皱形变为特征，因而这种破碎带越发育，透水性就越差。

3）断裂的规模。在其他条件相同时，断层的走向愈长、断裂带宽度愈宽，导水条件愈好。断层的落差大小通常对断裂是否导水不起决定作用，断层导水与否主要取决于两盘岩性接触关系。有些井田边界的大断层使井田内主要充水岩层（奥灰或太原组薄层灰岩含水层）与断层另一盘的石盒子组或石千峰组对接，断层成为充水岩层的隔水边界，反而使矿井的充水条件变得简单。对于同一条断层，尤其是走向很长的大断层，沿走向不同地段的落差、宽度和两盘岩性接触关系不同，导水性存在一定差异，即使在沿断层倾向的不同深度上，导水性也可能变化很大。

4）断层的活化。许多矿区的开采实践表明，在开采条件下，由于围岩应力的重新分布及周期性演化，一些天然条件下隔水的断层可能在多次的应力扰动下重新活化而转为导水断层，甚至导致突水事故。所以在矿床水文地质工作中，必须根据工作要求，结合断层的实际条件加以具体分析，切实掌握断裂导水性沿走向及倾向的变化规律，而不要仅根据一个点或少数几个点的资料便作出整条断层（尤其是大断层）导水或隔水的结论。

4.5.2.2　裂隙型充水通道

构造裂隙和地震裂隙主要指在天然状态下，受到采矿活动扰动影响之前所形成的导水裂隙，是矿井充水的重要导水通道之一（刘会明，2011）。(www.daowen.com)

（1）构造裂隙是在地壳运动过程中岩石在构造应力作用下产生的（图4.29），具有强烈的均匀性、各向异性和随机性等特点。构造裂隙的特点是具有明显而又比较稳定的方向性，这种方向性主要由构造应力场控制，不同岩层在同一构造应力场下形成的裂隙通常具有相同或相近的方向。一般在构造应力集中的部位，裂隙较发育，岩层透水性也好。同一裂隙含水层中，背斜轴部常较翼部富水，倾斜岩层较平缓岩层富水，断层带附近往往格外富水。

图4.29　构造裂隙的类型

（2）位于地震活动带的矿井，由于地震作用可以在水源与井巷之间造成新的裂隙，彼此连通，成为导水通道，增加矿井涌水量。地震裂隙导水通道对矿井充水的影响有以下表现：一是地震前区域含水层受张时，区域地下水位下降，矿井涌水量减小。当地震发生时，区域含水层压缩，区域地下水水位瞬时上升，矿坑涌水量突增。强烈地震过后，区域含水层逐渐恢复正常状态，区域地下水水位逐渐下降，矿井涌水量也逐渐减少。震后区域含水层仍存在残余变形，所以矿井涌水在很长时间内恢复不到正常涌水量。二是地震时矿井涌水量的变化幅度与地震强度成正比，与距震源的距离成反比。

4.5.2.3　岩溶陷落柱通道

岩溶陷落柱是指埋藏在煤系地层下部的巨厚可溶岩体，在地下水溶蚀作用下，形成巨大的岩溶空洞。当空洞顶部岩层失去对上覆岩体的支撑能力时，上覆岩体在重力作用下向下垮落，充填于溶蚀空间中。因其剖面形态似一柱体，故称岩溶陷落柱（杨为民，2001）。

90%以上的陷落柱是不导水、不含水的。只有处于岩溶强径流带和集中排泄带并隐伏埋藏在地下水头面之下的陷落柱，才能构成突水的潜在威胁。虽然绝大部分陷落柱不导水，但陷落柱一旦导水，往往是灾害性的。此外，陷落柱也可以成为顶板含水层水、地表水和老空水导入矿井的充水通道，使顶板含水层水、地表水和老空水进入工作面，给采掘工作带来困难。

岩溶陷落柱的导水形式多种多样，有的柱体本身内部导水，有的柱体是阻水的。陷落柱柱体及边缘由于岩溶陷落柱的塌陷作用而形成较为密集的次生裂隙带，可以沟通多层含水层组之间地下水的水力联系。从矿井充水的观点来说，陷落柱可分为全充水型、边缘充水型和疏干型三类。其中，以全充水型陷落柱对矿井充水的危害最大，井巷工程一旦揭露就会发生突水，突水量大而稳定。边缘充水型陷落柱被井巷工程揭露时，一般以滴淋水为主，涌水量不大；疏干型陷落柱被揭露时只有少量滴水或无水，巷道甚至可穿过柱体。迄今所发现的陷落柱绝大多数不导水，如一旦揭露充水陷落柱，尤其是全充水型陷落柱，往往造成十分严重的水害（吴文金，2006）。

当岩体在封闭的陷落腔内发生陷落时，岩体中出现竖井式垂直通道，使柱腔上、下不同含水层发生贯通。由于水动力加入，必然引发腔内流体（液、气）同时发生流动，故在陷落堆积中保存着固、液、气三相动力作用记录。另外在煤系中含有许多易于分散溶解于水中的泥岩、页岩，可成为造浆的物源，它们在陷落、粉碎及水动力作用下便可造出泥浆。

岩体致塌后产生陷落腔，它们如同一个个深度大、截面大的天然竖井，这些“窟窿”可贯通岩体上、下数个含水层，其中包括奥灰及太原统灰岩岩溶含水层，以及砂岩裂隙含水层等。

上述填充物填入腔内，形成规模巨大的“堵水塞”即陷落柱，能有效地封堵不同含水层间的巨型越流通道，岩体的含水层被修复（图4.30）。现在尚难了解这“先塌后堵”的具体时间和历程，但可初步肯定充填前的腔空时段是有长有短的。若腔空时间较长，往往在该段柱壁周边煤、岩层内留下氧化和浸水痕迹，如柱边煤层变暗、变软，成鳞片状、粉末状，柱边次生裂隙发育异常，有铁锈色沉淀等，这是围绕陷落腔的风氧化带，宽度可达2～8m。如果腔空时段很短，则腔壁围岩就没有这种风氧化带。

图4.30　陷落柱自身堵水及活化突水示意图

随着矿区开采深度的增加，地下水水压亦增高。当矿区附近水库蓄水后引起矿区周围围岩应力场跟裂隙渗流场的改变，对触发陷落柱突水起重要作用。突水时水压高（约为3～4MPa），强度大，突水高峰可达400～2000m3/min，相当于大型管道流，一旦突水，现场抢救极为困难。