断层破碎带的渗透性是控制断层导水能力及其危害程度的决定因素。断层破碎带的物质组成与结构是决定自身渗透性的基础。断层破碎带物质主要由两盘地层破碎和结构重组后形成。由于岩性不同,破碎后岩块的内部裂隙分布、形态、粒度、化学成分等呈现出差异性。本文通过理论分析、室内试验及现场工程实例,研究煤系断层破碎带物源组合特征对其渗透性的影响,并取得了如下主要成果:(1)从宏观、细观和微观三个尺度研究了任楼煤矿F2断层及钱营孜煤矿DF200断层断层带的物质组成及渗透性的分带性特征。从宏观角度,结合破碎带内岩石破碎特征、充填及胶结特征及裂隙发育情况,发现物源特征及渗透性的变化与距断层面距离大小有着密切联系。从细观角度,通过室内崩解试验发现,断层带岩样饱水状态下崩解后主要可以分为完整型、裂解型及泥化型三类,并获得了水解后断层破碎带岩样的颗粒粒径分布特征。从微观角度观测发现,煤系破碎带内岩样往往含有较高含量的黏土矿物成分,黏土矿物集合体间的微观孔隙、裂隙对岩样的崩解起着重要作用。(2)对煤系不同岩性岩石进行了两次室内的单轴破碎试验,得到了不同岩性岩石的破碎特征及破碎后颗粒粒径的分布特征。不同岩性岩石破碎后,泥岩的破碎损失率最大,但泥岩破碎程度要弱于粉砂岩、细砂岩及石灰岩。对破碎后不同岩性颗粒粒径特征的统计发现,在两次破碎过程中泥岩破碎后形成碎裂岩的比例都要高于砂岩及石灰岩,同时破碎后各自的颗粒粒径特征也不同。(3)通过试验得到了小于1mm颗粒含量对破碎岩石的孔隙度n、渗透系数K、水力坡度值J的影响规律。发现了断层破碎带渗透性不完全取决于其孔隙度,主要是由颗粒级配决定。在孔隙度不变的情况下,破碎带内大颗粒(指不同配比组合中粒径最大的颗粒)所占比重越大,其渗透系数值K也越大。另外,黏土矿物的最终膨胀率越大,其对破碎岩体渗透性的弱化效果越明显。(4)根据理论分析及推导,解释了颗粒粒径及黏土矿物对断层破碎带渗透性的影响。建立了断层破碎带物源组合与受影响地层岩性厚度比及断距之间的概念模型,结合不同岩性的破碎损失率,得出了破碎带内物源组成的比例及断层破碎带内碎裂岩与砾岩比例。从而揭示了断层两盘不同岩性地层厚度比R、岩石破碎损失率ω及各岩性碎裂岩比例λ对断层破碎带内各岩性的总体混合比例、组成成分及颗粒粒径特征的控制作用。(5)现场实测和工程实例证明了断层破碎带内部物源组合对其渗透性的影响。结果表明:断层破碎带内泥岩含量越大,破碎带内细小颗粒含量也越多,使得内部孔隙、裂隙被充填而减小,从而减小了有效的渗流通道,增加了渗流的粘滞阻力及水头损失。另外小颗粒的“迁移”也容易造成充填、堵塞,从而降低断层破碎带的渗透性。