楊莊煤礦是淮北礦業(yè)集團公司所屬現(xiàn)代化大型煤炭生產(chǎn)企業(yè)，原設(shè)計生產(chǎn)能力為90t/a，采用豎井多水平聯(lián)合開采方式，1970年達(dá)產(chǎn)，隨著技術(shù)改造，產(chǎn)量連年上升，二水平投產(chǎn)后，曾達(dá)240萬t（1981）年，其后，隨著開采深度增加，構(gòu)造及水文地質(zhì)條件日趨復(fù)雜，重新核定生產(chǎn)能力為140萬t/a,近年產(chǎn)量基本維持在該水平，難有大的提升，其中一個重要的原因就是太灰?guī)r溶裂隙水對安全回采構(gòu)成嚴(yán)重威脅，因此，加強太灰水害的預(yù)測和治理工作十分重要。

1礦區(qū)構(gòu)造及水文地質(zhì)的特點

1.1 地質(zhì)構(gòu)造、主要含（隔）水層及其特點

楊莊井田位于閘河復(fù)式向斜的南部轉(zhuǎn)折端，所處大地構(gòu)造為華北淮地臺魯西隆起徐州褶斷帶的西南側(cè)。井田地層由老至新為奧淘系，石灰系、二疊系、第四系，其中石灰系、二疊為含煤地層，井田構(gòu)造以褶曲為主，斷裂構(gòu)造相對不發(fā)育，巖漿巖對煤層破壞嚴(yán)重。主要含水層組有第四系孔隙含水組、上石盒子孔隙~裂隙含水組；下石盒子組5煤裂隙含水組、山西組6煤裂隙含水組、太原組巖溶隙含水組、奧灰?guī)r溶裂隙含水組；主要隔水層有第四系底部隔水層、6煤底板隔水層，太灰中、上段之間隔水層、本溪組隔水層等。Ⅱ617工作面的6煤底板太灰水突發(fā)釀成重大災(zāi)害以后，楊莊礦井水文地質(zhì)條件修定為極復(fù)雜型。

1.2主采煤層及太灰水的威脅

楊莊煤礦受板灰?guī)r水害威脅最為嚴(yán)重的是6煤，該煤層發(fā)育在石盒子組地層的下部，其底板以下有2個隔水層——6煤底板隔水層和太灰中、上段隔水層，總厚約40m。再向下即為太灰含水層和奧灰含水層，由于太灰砂巖裂隙和奧灰?guī)r浴發(fā)育，小型斷層眾多，掘進(jìn)和回采對底板的破壞和擾動，隔水層失去效用，灰?guī)r水順斷層或裂隙通道突出，對6煤安全回采構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

1.3 突水類型及其特點

（1）5煤含水組突水，主要發(fā)生在掘進(jìn)巷道迎頭及回采工作面，頂板砂巖裂隙水，特點是初期水量大、來勢兇猛、難以防范，但延續(xù)時間不長，隨后枯干，對工作面安全回采影響極大。

（2）6煤含水層突水，多發(fā)生在掘進(jìn)巷道迎頭，開治涌水量大，很快減少然后干枯，對安全生產(chǎn)無大影響。

（3）太灰突水，采動破壞底板觸發(fā)灰?guī)r巖溶裂隙形成導(dǎo)水通道所致，特點是開始水量小，然后迅速增大，很快達(dá)到峰值，隨后漸小并保持穩(wěn)定，突出波及范圍廣，嚴(yán)重威脅礦井安全生產(chǎn)，是突水災(zāi)害的主要形式。

（4）奧灰突水，在構(gòu)造發(fā)育地段或通過巖溶裂隙通道向太灰水進(jìn)行補給所引發(fā)的底板突水，其特點是水源充沛，儲水量和輸水能力巨大，雖然可能性和次數(shù)較小，一旦發(fā)生后果卻是災(zāi)難性的。

（5）鉆孔突水，生產(chǎn)中個別鉆孔穿過太原區(qū)組灰?guī)r，含水層未封好或未封所致。

以上5種類型中，（3）、（4）危害性最大，是防范的主要對象。

2井下直流電法探測

2.1 井下直流電法探測以巖石的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，通過觀測和分析巷道或采場附近穩(wěn)定電流場的分布規(guī)律來研究解決有關(guān)礦井地質(zhì)問題，與地面電法相比，并下電法具有幾個顯著特點：首先，它是全空間勘探，適用全空間電磁場理論；其次，受井下空間條件制約，一般只能在巷道中進(jìn)行，而巷道空間對探測效果有重大影響，必須進(jìn)行巷道空間影響的校正，早期研究和應(yīng)用中，都未認(rèn)真考慮該因素，近年始有學(xué)者對此做了一些研究；再之，靠近探測目標(biāo)，獲得異常強度大，易于識別，更為準(zhǔn)確；另外，井下施工條件復(fù)雜，各種電磁干擾嚴(yán)重，對觀測儀器要求高。這些特點，利弊兼有，給井下電法的研究賦予了許多新的內(nèi)容。

2.2 井下直流電法在該礦區(qū)應(yīng)用的物理前提

巖層之間或地質(zhì)異常體與圍巖之間具有明顯的電性差展品是井下電法探測的應(yīng)用物理前提。以楊壓礦為例，6煤頂板泥巖電阻率僅為200Ω·m左右，底板砂巖電阻率60~100Ω· m，6煤電阻率在200Ω·m以上，相對于頂?shù)壮尸F(xiàn)高阻反映，而灰?guī)r電阻率可以高達(dá)n×1000Ω·m，即6煤附近不同地層導(dǎo)電性存在明顯差異，利用直流測深進(jìn)行層位劃分十分有利；另一方面，當(dāng)灰?guī)r內(nèi)部巖溶裂隙發(fā)育含水豐富時，巖溶附近灰?guī)r電阻率會顯著降低，該特點同樣為利用直流電法在高阻圍巖中尋找低阻地質(zhì)體提供了有利條件。

3應(yīng)用效果和實例

近年來，井下直流電法在全國數(shù)10個礦井尤其是一些水地質(zhì)條件復(fù)雜，水患嚴(yán)重的礦井得到重點推廣。利用井下直流電法探測含（隔）水層厚度、導(dǎo)水構(gòu)造與通道，進(jìn)行富水性評價和突水預(yù)測預(yù)報，取得了相當(dāng)良好的應(yīng)用效果。

楊莊煤礦3622工作面6為底板砂巖裂隙，太灰?guī)r溶十分發(fā)育，灰?guī)r含水豐富，風(fēng)巷掘進(jìn)過程中揭露小型斷層多條，多處底少量出水，具有底板突水的潛在威脅。采用井下直流電法探測巷道底板下60m內(nèi)含導(dǎo)水構(gòu)造、富水區(qū)分布發(fā)育特征，并對可能的突出地段進(jìn)行預(yù)測。圖1是富水異常剖面圖，有3處砂巖富水區(qū)，2處太灰富水區(qū)，并存在2處潛在太灰導(dǎo)水通道。圖2是煤底板下60m附近太灰內(nèi)部富水區(qū)平面分布趨勢圖，存在2處富水區(qū)域。礦方以富水區(qū)進(jìn)行了打鉆驗證，在推薦地段作了適當(dāng)?shù)牡装寮庸坦ぷ?，對太灰水的突出起到積極預(yù)防作用。

　　

　　圖1 3622工作面風(fēng)巷富水異常剖面圖

　　

　　圖2 3622工作面太灰層段富水區(qū)平面分布圖

4 井下電法應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

4.1 應(yīng)用現(xiàn)狀與存在的問題

自20世紀(jì)50年代末開始，國內(nèi)先后有多家高等院校和科研院所開展井下直流電法的研究和試驗工作，在基礎(chǔ)理論、方法技術(shù)和井下電法儀器等方面均有一定發(fā)展。目前主要的工作方法有底板測深（確定含隔水層、尋找導(dǎo)水構(gòu)造探查評價富水性）、巷道間直流透視（工作面內(nèi)部富水性評價）和掘進(jìn)頭超前探測。由于直流電法有眾多分支，運用起來比較靈活，現(xiàn)對其特點及適應(yīng)性歸納于表1。

　　

　　表1 礦井直流電法分支及其適應(yīng)性

基于對國內(nèi)井下直流電法研究和應(yīng)用現(xiàn)狀的分析，筆者認(rèn)為，作為礦井物探手段的重要分支，其研究和應(yīng)用中仍有以下幾個方面的工和需要努力：一是理論上要建立盡可能貼近井下實際情況的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值模擬、巷道校正以期提高解釋精度；二是數(shù)據(jù)質(zhì)量，一切分析解釋都是建立在可靠準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)據(jù)基礎(chǔ)之上，井下電法數(shù)據(jù)采集環(huán)境復(fù)雜，干擾因素多，勞動強度大，不僅要求井下儀器靈敏度抗干擾性強智能輕便耐用，而且迫切需要改進(jìn)施工方法技術(shù)，采取各種手段有解決諸如鐵軌、金屬支架、電機、浮煤厚、底板堅硬接地因難、局部積水等因素造成的不利影響；三是發(fā)展掘進(jìn)頭超前探測，巷道掘進(jìn)過程中，經(jīng)常需要快捷準(zhǔn)確地探測前方構(gòu)造發(fā)育情況及其導(dǎo)水性，目前超前探測理論有待完善，地質(zhì)效果也不盡理想；四是井下直流電法可以利用多參數(shù)聯(lián)合解釋，并與其它物探方法配合，利用綜合物探手段提高探測的可靠性與準(zhǔn)確性。

4.2 發(fā)展前景

與其它地方物探方法相比，井下直流電法具有無可比擬的優(yōu)點，因而具有廣闊發(fā)發(fā)展前景，隨著理論研究的進(jìn)一步深入、儀器性能的提高和工作方法的改進(jìn)，井下直流電法在預(yù)測水文地質(zhì)災(zāi)害方面一定能發(fā)揮其獨待作用。

　5小結(jié)

　本文以楊莊煤礦的水文地質(zhì)特點為例論述了水害突發(fā)的特點，具一定的程度的代表性，并進(jìn)一步論述了適合該類礦區(qū)的太灰水害探測的有效手段——井下直流電法的方法特點、應(yīng)用現(xiàn)狀、存在的問題和發(fā)展前景，以期對該方法的研究應(yīng)用工作和類似楊莊煤礦的太灰水害探測防治工作有所啟示。