楊莊煤礦太灰水患及其井下電法探測

楊莊煤礦是淮北礦業集團公司所屬現代化大型煤炭生產企業，原設計生產能力為90t/a，采用豎井多水平聯合開采方式，1970年達產，隨著技術改造，產量連年上升，二水平投產後，曾達240萬t（1981）年，其後，隨著開采深度增加，構造及水文地質條件日趨複雜，重新核定生產能力為140萬t/a,近年產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岩溶裂隙水對安全回采構成嚴重威脅，因此，加強太灰水害的預測和治理工作十分重要。

1礦區構造及水文地質的特點

1.1 地質構造、主要含（隔）水層及其特點

楊莊井田位於閘河複式向斜的南部轉折端，所處大地構造為華北淮地台魯西隆起徐州褶斷帶的西南側。井田地層由老至新為奧淘係，石灰係、二疊係、第四係，其中石灰係、二疊為含煤地層，井田構造以褶曲為主，斷裂構造相對不發育，岩漿岩對煤層破壞嚴重。主要含水層組有第四係孔隙含水組、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、太原組岩溶隙含水組、奧灰岩溶裂隙含水組；主要隔水層有第四係底部隔水層、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工作麵的6煤底板太灰水突發釀成重大災害以後，楊莊礦井水文地質條件修定為極複雜型。

1.2主采煤層及太灰水的威脅

楊莊煤礦受板灰岩水害威脅最為嚴重的是6煤，該煤層發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，由於太灰砂岩裂隙和奧灰岩浴發育，小型斷層眾多，掘進和回采對底板的破壞和擾動，隔水層失去效用，灰岩水順斷層或裂隙通道突出，對6煤安全回采構成嚴重威脅。

1.3 突水類型及其特點

（1）5煤含水組突水，主要發生在掘進巷道迎頭及回采工作麵，頂板砂岩裂隙水，特點是初期水量大、來勢凶猛、難以防範，但延續時間不長，隨後枯幹，對工作麵安全回采影響極大。

（2）6煤含水層突水，多發生在掘進巷道迎頭，開治湧水量大，很快減少然後幹枯，對安全生產無大影響。

（3）太灰突水，采動破壞底板觸發灰岩岩溶裂隙形成導水通道所致，特點是開始水量小，然後迅速增大，很快達到峰值，隨後漸小並保持穩定，突出波及範圍廣，嚴重威脅礦井安全生產，是突水災害的主要形式。

（4）奧灰突水，在構造發育地段或通過岩溶裂隙通道向太灰水進行補給所引發的底板突水，其特點是水源充沛，儲水量和輸水能力巨大，雖然可能性和次數較小，一旦發生後果卻是災難性的。

（5）鑽孔突水，生產中個別鑽孔穿過太原區組灰岩，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，是防範的主要對象。

2井下直流電法探測

2.1 井下直流電法探測以岩石的導電性差異為基礎，通過觀測和03manbetx 巷道或采場附近穩定電流場的分布規律來研究解決有關礦井地質問題，與地麵電法相比，並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，受井下空間條件製約，一般隻能在巷道中進行，而巷道空間對探測效果有重大影響，必須進行巷道空間影響的校正，早期研究和應用中，都未認真考慮該因素，近年始有學者對此做了一些研究；再之，靠近探測目標，獲得異常強度大，易於識別，更為準確；另外，井下施工條件複雜，各種電磁幹擾嚴重，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容。

2.2 井下直流電法在該礦區應用的物理前提

岩層之間或地質異常體與圍岩之間具有明顯的電性差展品是井下電法探測的應用物理前提。以楊壓礦為例，6煤頂板泥岩電阻率僅為200Ω·m左右，底板砂岩電阻率60~100Ω· m，6煤電阻率在200Ω·m以上，相對於頂底呈現高阻反映，而灰岩電阻率可以高達n×1000Ω·m，即6煤附近不同地層導電性存在明顯差異，利用直流測深進行層位劃分十分有利；另一方麵，當灰岩內部岩溶裂隙發育含水豐富時，岩溶附近灰岩電阻率會顯著降低，該特點同樣為利用直流電法在高阻圍岩中尋找低阻地質體提供了有利條件。

3應用效果和實例

近年來，井下直流電法在全國數10個礦井尤其是一些水地質條件複雜，水患嚴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、導水構造與通道，進行富水性評價和突水預測預報，取得了相當良好的應用效果。

楊莊煤礦3622工作麵6為底板砂岩裂隙，太灰岩溶十分發育，灰岩含水豐富，風巷掘進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內含導水構造、富水區分布發育特征，並對可能的突出地段進行預測。圖1是富水異常剖麵圖，有3處砂岩富水區，2處太灰富水區，並存在2處潛在太灰導水通道。圖2是煤底板下60m附近太灰內部富水區平麵分布趨勢圖，存在2處富水區域。礦方以富水區進行了打鑽驗證，在推薦地段作了適當的底板加固工作，對太灰水的突出起到積極預防作用。



　　圖1 3622工作麵風巷富水異常剖麵圖



　　圖2 3622工作麵太灰層段富水區平麵分布圖

4 井下電法應用現狀及發展趨勢

4.1 應用現狀與存在的問題

自20世紀50年代末開始，國內先後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，在基礎理論、方法技術和井下電法儀器等方麵均有一定發展。目前主要的工作方法有底板測深（確定含隔水層、尋找導水構造探查評價富水性）、巷道間直流透視（工作麵內部富水性評價）和掘進頭超前探測。由於直流電法有眾多分支，運用起來比較靈活，現對其特點及適應性歸納於表1。



　　表1 礦井直流電法分支及其適應性

基於對國內井下直流電法研究和應用現狀的03manbetx ，筆者認為，作為礦井物探手段的重要分支，其研究和應用中仍有以下幾個方麵的工和需要努力：一是理論上要建立盡可能貼近井下實際情況的數學模型進行數值模擬、巷道校正以期提高解釋精度；二是數據質量，一切03manbetx 解釋都是建立在可靠準確的數據據基礎之上，井下電法數據采集環境複雜，幹擾因素多，勞動強度大，不僅要求井下儀器靈敏度抗幹擾性強智能輕便耐用，而且迫切需要改進施工方法技術，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；三是發展掘進頭超前探測，巷道掘進過程中，經常需要快捷準確地探測前方構造發育情況及其導水性，目前超前探測理論有待完善，地質效果也不盡理想；四是井下直流電法可以利用多參數聯合解釋，並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確性。

4.2 發展前景

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點，因而具有廣闊發發展前景，隨著理論研究的進一步深入、儀器性能的提高和工作方法的改進，井下直流電法在預測水文地質災害方麵一定能發揮其獨待作用。

　5小結

　本文以楊莊煤礦的水文地質特點為例論述了水害突發的特點，具一定的程度的代表性，並進一步論述了適合該類礦區的太灰水害探測的有效手段——井下直流電法的方法特點、應用現狀、存在的問題和發展前景，以期對該方法的研究應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。