陷落柱突水的防治技術(shù)探析

邵文崗

（山西蘭花沁裕煤礦有限公司，山西 晉城 048000）

·問(wèn)題探討·

陷落柱突水的防治技術(shù)探析

邵文崗

（山西蘭花沁裕煤礦有限公司，山西 晉城 048000）

巖溶陷落柱的存在容易引起礦井突水，對(duì)煤礦正常回采威脅巨大。本文主要探討陷落柱突水的防治技術(shù)，對(duì)巖溶陷落柱的形成機(jī)理進(jìn)行了分析，指出巖溶陷落柱的形成需要經(jīng)歷溶洞發(fā)育和巖溶塌陷兩個(gè)階段，論述了陷落柱圍巖特征和陷落柱周邊小構(gòu)造以及陷落柱突水的防治技術(shù)。

煤礦；陷落柱；突水；機(jī)理；防治

巖溶陷落柱是廣泛分布于我國(guó)煤田的一種特殊的隱伏構(gòu)造，在我國(guó)山西、河南、河北、江蘇等產(chǎn)煤大省都有分布。由于巖溶陷落柱容易引起礦井突水，因此危害巨大。研究陷落柱突水的防治技術(shù)對(duì)于煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。在研究陷落柱突水之前，首先要弄清楚陷落柱的形成原因、突水機(jī)理等。本文將對(duì)陷落柱突水技術(shù)的防治進(jìn)行探討。

1 巖溶陷落柱的形成機(jī)理

陷落柱的形成要經(jīng)歷兩個(gè)階段，第一個(gè)階段是溶洞發(fā)育階段，第二個(gè)階段是巖溶塌陷階段。

1．1 溶洞發(fā)育階段

巖溶腔洞只有在特定的地質(zhì)條件下才能形成，這些條件可以稱之為巖溶陷落柱形成的基礎(chǔ)條件，這些條件包括：1）巖層要比較破碎，比如有斷層、破碎帶、裂隙帶等存在，這些破碎的裂隙可以為地下水提供滲流通道。2）有石灰?guī)r、白云巖等可溶性巖層存在。3）巖溶水需要具有侵蝕性，必須能夠侵蝕巖層。4）地下水不僅要有入口，還要有出口，這樣才能處于流動(dòng)狀態(tài)，只有流動(dòng)的地下水才能不斷沖刷巖層，使其被腐蝕。巖層在具有侵蝕性的巖溶水的長(zhǎng)期侵泡和沖刷下，不斷被巖溶水溶解和破壞，久而久之，巖層就被侵蝕出一些大大小小的腔洞，稱之為“巖溶腔洞”當(dāng)上述條件全部存在時(shí)，巖溶腔洞就會(huì)形成。

1．2 巖溶塌陷階段

巖溶塌陷的形成，也需要一種或多種地質(zhì)條件，這些地質(zhì)條件是巖溶陷落柱形成的進(jìn)階條件，它們可能是下面的一種或多種：1）在某些條件下，地下水水位下降，溶巖溶洞腔內(nèi)水面以上空間氣體的壓力顯著降低，甚至出現(xiàn)真空，此時(shí)巖層在上部或四周巖石的巨大壓力下會(huì)被破壞，發(fā)生塌陷。2）溶洞受區(qū)域性的節(jié)理、斷層、褶皺等構(gòu)造因素影響，使頂部巖層或圍巖破壞，在構(gòu)造應(yīng)力或含水層壓力的作用下垮落。3）塌陷區(qū)域多分布現(xiàn)代伸展構(gòu)造，溶洞上方的巖層比較軟，容易被破壞，巖層在自身重力的作用下垮落形成塌陷。4）當(dāng)發(fā)生地震、火山噴發(fā)、大型構(gòu)造運(yùn)動(dòng)或者大規(guī)模的人為工程活動(dòng)時(shí)，溶洞巖石可能發(fā)生破壞而坍塌。

2 陷落柱圍巖特征

在陷落柱發(fā)育區(qū)域，圍巖表現(xiàn)出一些異常特征，熟悉這些特征，就可以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)陷落柱的存在。陷落柱圍巖特征主要有：

1）節(jié)理裂隙異常發(fā)育，煤、巖層破碎，地層發(fā)生彎曲，煤、巖層發(fā)生傾斜，傾斜方向一般偏向陷落柱方向，見(jiàn)圖1。

2）出現(xiàn)大量小型的正斷層，這些正斷層一般呈弧形，延展短，斷距小，且傾向由陷落柱中心向外，從

平面上看似環(huán)狀分布。

3）陷落柱附近的煤層，由于會(huì)接觸到空氣，因此，常常會(huì)有被氧化的現(xiàn)象。

4）陷落柱附近煤層可能會(huì)出現(xiàn)淋水加大的情況。

圖1 陷落柱周邊地層示意圖

3 陷落柱周邊小構(gòu)造

1）下伏陷落柱的“凹式”構(gòu)造。如果在煤層下方存在巖溶陷落柱，則由于陷落柱對(duì)煤層失去支撐作用，煤層或煤層下部的巖層會(huì)向下發(fā)生彎曲，形成“凹式”構(gòu)造，見(jiàn)圖2。

圖2 下伏陷落柱的“凹式”構(gòu)造示意圖

2）正斷層。由于陷落柱周?chē)乃角邢驊?yīng)力比正常地層應(yīng)力大，而水平徑向應(yīng)力又比正常地層應(yīng)力小，因而在陷落柱周邊容易形成正斷層，其力學(xué)模型見(jiàn)圖3。這些正斷層一般形成于節(jié)理面等軟弱結(jié)構(gòu)面，傾角較大，且多成組出現(xiàn)。

4 陷落柱突水的防治技術(shù)

在煤回采過(guò)程中，應(yīng)做好超前鉆探測(cè)工作，及時(shí)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)各種險(xiǎn)情。目前，可用于探測(cè)陷落柱的手段很多，如鉆探、地質(zhì)雷達(dá)、瞬變電磁法、直流電法、三維物探、工程物探、音頻電透視等，這些方法有的適合探測(cè)陷落柱的位置，有的可以用于探測(cè)巖層的富水性，每種方法各有優(yōu)劣，在選擇的時(shí)候，要根據(jù)具體的地質(zhì)情況和本煤礦的情況來(lái)選擇。另外，現(xiàn)場(chǎng)工人應(yīng)掌握陷落柱圍巖特征與突水征兆，一旦發(fā)現(xiàn)有陷落柱存在的可能或者突水的可能，應(yīng)立即匯報(bào)并采取適當(dāng)?shù)拇胧?/p>

對(duì)于煤礦陷落柱水害的防治，主要有兩方面技術(shù)措施，第一類是采取預(yù)防類措施，即回采時(shí)留設(shè)防水煤巖柱或者繞過(guò)陷落柱所在區(qū)域，避免突水，這類措施需要首先做好超前探測(cè)工作，只有摸清了陷落柱發(fā)育位置，才能采取正確的預(yù)防措施。第二類技術(shù)措施是治理類措施，治理的基本思路有“堵”、“固”、“截”、“引”等，“堵”，就是堵水；“固”就是加固圍巖，增加其強(qiáng)度，防止其被破壞而發(fā)生突水事故；“截”就是截?cái)嗨魍ǖ溃弧耙笔侵覆扇∫欢ǖ拇胧⑺抛摺Ｄ壳埃卫硭Φ木唧w措施有直接封堵技術(shù)、巷道截流技術(shù)、預(yù)注漿技術(shù)、直接封堵技術(shù)、返流注漿技術(shù)、“止水帽（塞）”技術(shù)等，這些技術(shù)都是在上述指導(dǎo)思想下形成的具體技術(shù)措施。

圖3 陷落柱周邊形成正斷層的機(jī)理示意圖

5 結(jié) 論

1）通過(guò)對(duì)陷落柱形成的機(jī)理進(jìn)行分析，指出溶洞的形成需要經(jīng)歷溶洞發(fā)育和巖溶塌陷兩個(gè)階段，每個(gè)階段都需要一定的條件才能完成，前者是基礎(chǔ)條件，后者是進(jìn)階條件。

2）落柱圍巖有明顯的異常特征，熟悉這些特征，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)陷落柱的存在。

3）落柱周?chē)嬖谥鞍际健睒?gòu)造和正斷層。

4）對(duì)陷落柱突水防治技術(shù)進(jìn)行了探討。要做好陷落柱突水的防治，首先要做好超前探測(cè)工作。陷落柱水害的防治措施有兩類，一類是預(yù)防類，另一類是采取一定的措施進(jìn)行治理，如巷道截流技術(shù)、預(yù)注漿技術(shù)、直接封堵技術(shù)、返流注漿技術(shù)等。

［1］盧 萍，侯克鵬．帷幕注漿技術(shù)在礦山治水中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］．現(xiàn)代礦業(yè)，2010（3）：21-24．

［2］趙永清．北徐樓煤礦陷落柱充水、導(dǎo)水性分析及防治［D］．泰安：山東科技大學(xué)，2006．

［3］吳文金．巖溶陷落柱充填特征與堵導(dǎo)水分析［J］．北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，5（2）：106-109．

［4］張茂林，尹尚先．華北型煤田陷落柱形成過(guò)程研究［J］．煤田地質(zhì)與勘探，2007，35（6）：26-29．

Analysis on Prevention and Control Technology of Collapse Column Water Inrush

Shao Wen-gang

The existence of the karst collapse column is easy to cause the mine water inrush，the threat to normal mining in the coal mine is huge．This paper mainly discusses the collapse column water inrush prevention and control technology，the forming mechanism of karst collapse column are analyzed，and pointed out that the formation of karst collapse column need to experience the two stages of karst cave and karst collapse，and discusses surrounding rock characteristics of the collapse column and the small structure around collapse column and collapse column water inrush prevention and control technology．

Coal mine；Collapse column；Water inrush；The mechanism；Prevention and control

TD745+．21

A

1672-0652（2013）08-0052-02

2013-05-11

邵文崗（1976—），男，山西高平人，2008年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，工程師，主要從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理工作（E-mail）2821217279＠qq．com