煤礦井下陷落柱的判斷和處理

姚青璽

摘 要：陷落柱對井下安全生產構成一定的威脅，因此，煤礦井下對陷落柱的判斷和處理至關重要。本文闡述了井下陷落柱的觀測、判斷和處理方法，以期為煤礦井下安全生產提供一定的借鑒。

關鍵詞：陷落柱；觀測；判斷；處理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.078

當煤層底板存在可溶巖時，如碳酸鹽巖，在地下水的不斷溶蝕下，可溶巖逐漸塌落，導致其上覆巖層隨之冒落而形成柱狀的塌陷體，這種柱狀塌陷體稱為喀斯特陷落柱，簡稱陷落柱。陷落柱穿過煤層成為無煤區，減少了煤炭儲量。如果煤礦井下主要開拓巷道穿過陷落柱，將會加大巷道支護和頂板控制的難度，增加掘進和維護費用。陷落柱發育的地區難以布置出綜采工作面；如果工作面內包藏多個陷落柱，采煤機組和液壓自移掩護支架無法使用。在水文地質條件復雜的礦井，陷落柱可能導致涌水量增大，對安全生產構成威脅。因此，煤礦井下對陷落柱的判斷和處理至關重要。

1 陷落柱的觀測

陷落柱的判斷和處理的基礎是準確的觀測。對于陷落柱的觀測，除了要描述陷落柱的形狀、大小和陷落角外，還要詳細記錄陷落柱填充物的巖性及其所屬層位、填充物的密實程度和透水性，對于陷落柱附近煤層的厚度、傾向、傾角和走向也要有所記錄。具體觀測內容如下：

1.1 陷落柱的形狀、大小

陷落柱在立面投影圖上一般呈現為上小、下大的圓錐形，也有部分陷落柱呈現出上下同樣粗的柱狀或者上大、下小的漏斗狀。其形狀和大小是觀測的基礎內容。

1.2 陷落柱的柱體物質

由陷落柱的成因可知，陷落柱內的填充物都是其上覆巖層冒落形成的，無論從哪一層位觀察，巖塊都來自其上方的各巖、煤層。對于柱內填充物，要詳細記錄其巖性、密實程度和透水性等。

1.3 陷落柱與圍巖的接觸面

可溶巖上覆巖層冒落時，通常為逐步塌陷，所以陷落柱與周圍巖層的接觸面一般為不規則的鋸齒狀，這也是由其成因所導致的。接觸面一般呈60°～80°傾角。當遇到堅硬巖層時，接觸面向外突出，當遇到松軟巖層則相反。

2 陷落柱的判斷

（1）煤、巖層產狀發生變化。一般情況下，臨近陷落柱時，煤巖層產狀稍有變化，向陷落柱中心傾角增大或減小，傾角變化多在3°～6°之間，個別可達10°以上，如圖1所示。

（2）裂隙和小斷層增多。喀斯特塌陷過程中，在陷落柱周圍的煤、巖層中形成一些張性裂隙和小型正斷層。斷層面大多傾角較陡，走向平行于柱面的切線方向，或呈弧形平行于柱面。斷層落差很小，走向延伸不長，短者2～3m，長者10m左右，沿傾向往往消失于煤層中。

（3）煤出現風氧化現象。在靠近陷落柱的煤層中，煤常常不同程度地遭受風氧化，輕則光澤變暗，灰分略高，煤質松軟，重則風化成粉末狀。煤的風氧化程度和影響范圍與陷落柱的大小、裂隙發育程度、距地表的深度和地下水的活動情況有關。

（4）煤層中擠入破碎巖塊。在鄰近陷落柱的煤層中，因局部煤質松軟，陷落巖塊常嵌入煤層。擠入煤內的巖塊棱角分明，但并未引起煤層層理和頂、底板的異常變化。

（5）地下水涌出量增大。陷落柱既可以積聚地下水，又可以是連接富水層的良好通道。

3 陷落柱的處理方法

陷落柱的處理要從設計、生產全過程進行考慮。首先在工作面布置或巷道開拓時，要盡量考慮把陷落柱作為煤柱一部分進行留設，即在設計之初，就避開過陷落柱，從而減少煤炭的所示，提高生產安全和穩定。

當觀測不準確導致在巷道掘進過程中遇到陷落柱時，要分情況進行處理。如果掘進的是礦井的開拓巷道、準備巷道等主要生產巷道，為避免整個生產系統重新設計，應按設計直接穿過陷落柱開展施工。但在此過程中，必須做好防水、防瓦斯突出等工作，確保掘進安全。如果掘進的是回風巷、聯絡巷、瓦斯抽排巷等非主要巷道，可繞過陷落柱掘進，避免掘進困難的同時也能對陷落柱進行準確的巷探。

當工作面回采過程中遇到陷落柱時，要根據陷落柱的形狀、大小和位置進行處理。如圖2所示，在采煤工作面不同位置上有3個陷落柱，其長軸方向與煤層傾向一致。圖中左下角的陷落柱位于運輸巷和開切眼交匯處，采用開斜切眼，回采時擺尾式開采，將工作面調整到正常位置。對工作面中部的陷落柱，如果面積不大，可采用強行硬割的辦法通過陷落柱；如果面積較大，則需要預先開掘新開切眼，當工作面推進到陷落柱左側時倒面搬家，跳過陷落柱繼續回采。當陷落柱位于風巷和上山交匯處時，采用縮短工作面長度或者用減小刮板輸送機機尾進尺的辦法避開陷落柱。

參考文獻：

[1]李增學.煤礦地質學（第2版）[M].北京：煤炭工業出版社， 2013.

[2]孫慶貴.巖溶陷落柱對煤礦的影響與處理措施[J].科技風， 2008（01）.

[3]朱友莉，顏賢華，向先富.陷落柱成因及其開采時的處理方法[J].煤炭工程師， 1991（04）.