井下陷落柱的初步辨識

徐玉新

摘要：陷落柱對井下安全生產(chǎn)構(gòu)成一定的威脅，因此，煤礦井下對陷落柱的判斷和處理至關(guān)重要。本文闡述了井下陷落柱的成因、影響和處理方法，以期為煤礦井下安全生產(chǎn)提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：陷落柱；觀測；判斷；處理

前言

安順公司位于昔陽縣境內(nèi)，下屬五個煤礦，其中樂安、勝利兩礦為井工開采。礦井在建設(shè)及生產(chǎn)期間，揭露許多陷落柱，對礦井建設(shè)和生產(chǎn)造成很大的影響。鑒于此，有必要結(jié)合安順礦井內(nèi)實際情況，對井下陷落柱進(jìn)行分析、總結(jié)。

1 陷落柱定義

巖溶是發(fā)育分布在石灰?guī)r地層中，由流動的地下水進(jìn)行長期的溶蝕作用而形成的。在石灰?guī)r中古代溶洞非常發(fā)育，由于地下水的不斷溶蝕、洞穴越來越大。在地質(zhì)構(gòu)造力和上部覆蓋巖層的重力長期作用下，有些溶洞發(fā)生坍塌，這時覆蓋在上部的煤系地層也隨之陷落，于是煤層遭受破壞。由于這種塌陷呈圓形或不甚規(guī)則的橢圓形柱狀體，因此叫陷落柱。

2 煤礦井下陷落柱的成因分析

陷落柱多數(shù)形成于地質(zhì)歷史時期，是可溶性巖體（即巖層）在巖層重力和煤礦礦層重力等多種力的作用下塌陷而成的，通常也叫做“巖溶陷落柱”。一般來說，陷落柱的形成與巖溶的發(fā)育有著直接的關(guān)系，而巖溶的發(fā)育離不開以下幾個地質(zhì)條件：

2.1可溶性的巖層或者礦層

可溶性巖層隨著時間的推移會逐漸消融進(jìn)而具備塌陷的可能性，所以可溶性的巖層或者礦層的存在是巖溶形成和發(fā)育的地質(zhì)基礎(chǔ)。一般來說，可溶巖包括白云巖、石膏（硫酸鹽類）和碳酸鹽類石灰?guī)r等。并且，可溶巖的可溶性隨著可溶巖的純度的升高而增強(qiáng)，巖溶發(fā)育也更加容易，形成大溶洞的可能性也越大，從而陷落柱也更加容易形成。

2.2可形成地下水通道的地質(zhì)構(gòu)造

因為只有這樣，才能夠形成地下水，進(jìn)而加速對可溶巖的沖蝕和溶解，這是巖溶發(fā)育的重要條件。

2.3有地下水的交替沖擊

一般來說，地下水必須存在出口，只有這樣地下水的交替運行才能夠加速進(jìn)行，從而對巖層造成沖刷。

2.4水質(zhì)必須具有侵蝕性

這就是說，地下水需要含有碳酸鈣等侵蝕性物質(zhì)，且必須豐富飽和，這也是巖溶發(fā)育的一大地質(zhì)條件。

在具備以上這些條件以后，陷落柱的形成則是卡斯特洞穴下陷的直接后果。換句話說，卡斯特洞穴是陷落柱形成的前提條件。而并非所有的卡斯特洞穴都會塌陷，卡斯特洞穴下陷通常是在重力作用、真空吸蝕作用和物理化學(xué)作用等力量的綜合作用結(jié)果之下出現(xiàn)的。

3 陷落柱的影響

在陷落柱比較發(fā)育的地區(qū)，煤系地層中的煤層及其周圍的巖石常遭到嚴(yán)重的破壞，給煤礦生產(chǎn)造成了很大的困難，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

3.1 破壞可采煤層，減少煤炭儲量。

.由于陷落區(qū)的 煤層遭到破壞 而失去可采價值，使井田內(nèi)的儲量大大的減少。造成縮短礦井服務(wù)年限和巷道提前報廢的嚴(yán)重后果。

3.2 降低采掘效率，提高生產(chǎn)成本

在開拓主要運輸巷道時，如集中運輸大巷，總回風(fēng)巷，上山巷道，下山巷道時遇到陷落柱，為避免巷道拐彎，便于運輸和通風(fēng)，一般情況下按照原設(shè)計施工，直接穿過陷落柱，給巷道的維護(hù)和頂板的管理造成很大困難，同時也增加了巷道的維護(hù)費用。此外，在回采過程中遇到陷落柱時，一般先采用巷道摸清陷落范圍，然后采取措施進(jìn)行回采。這樣不僅影響采煤工作的正常進(jìn)行而且降低了生產(chǎn)效率，給工作面運輸、頂板管理和通風(fēng)造成很大困難。

3.3 妨礙機(jī)械化采煤，影響正規(guī)生產(chǎn)

在陷落柱比較發(fā)育的地區(qū)，很難布置出內(nèi)部無陷落柱的長壁回采工作面，如果在長壁回采工作面內(nèi)包藏幾個陷落柱時，將使采煤機(jī)組和液壓自移掩體支架無法使用和通過。

4 陷落柱的防治方法

陷落柱是巖溶地層在地下水的侵蝕下形成的溶洞塌陷造成的，常沿巖溶化斷裂帶、古河床和斷層附近等形成，大的直徑有上百米，小的直徑有幾米到十幾米不等，有的含水、有的含水和有害氣體。陷落柱對生產(chǎn)的影響主要是掘進(jìn)效率降低、回采煤質(zhì)變差等。掘進(jìn)中遇到陷落柱主要方法有“硬過”——直接掘進(jìn)，或調(diào)向掘繞道等，至于采取哪種方法，關(guān)鍵在于判斷陷落柱直徑的大小。陷落柱直徑小時可“硬過”——直接掘進(jìn)，陷落柱直徑大了就需要調(diào)向掘繞道或放棄掘進(jìn)——更改施工方案設(shè)計。判斷陷落柱直徑的大小，有多種方法：巷探法、物探法、鉆探法、經(jīng)驗法等。巷探法比較準(zhǔn)確、投資最大，時間也最長，其他方法次之。經(jīng)驗法成本最低，投資最小、時間最短，誤差也最大，但它能給是否采用其他方法來驗證提供一些參考，效率還是比較高的，能迅速地做出判斷和決策，給施工贏得時間。

4 安順井田規(guī)律總結(jié)

通過井下對陷落柱的觀察、與廣大現(xiàn)場施工人員和技術(shù)管理人員交流、分析等，發(fā)現(xiàn)在安順公司井田區(qū)域判斷陷落柱的大小也存在一定的小規(guī)律，廣大現(xiàn)場施工人員在對陷落柱的施工中也積累了豐富的經(jīng)驗和感性認(rèn)識，對處理陷落柱有他們的自己方法和辦法，并總結(jié)聊安順井田陷落柱的規(guī)律。

4.1 安順井田內(nèi)東部埋藏較淺，所以陷落柱較少，直徑也小；西部埋藏較深，所以陷落柱較多，直徑也大；

4.2 大的斷層附近常伴生陷落柱；靠近大的陷落柱，煤層傾角往往有變化，靠近小的陷落柱，煤層傾角變化較小或無變化，因此煤層傾角的變化情況也可反推陷落柱的大小。

4.3 揭露陷落柱后，首先觀察陷落柱內(nèi)是否有紅泥，有紅泥就說明陷落柱已冒落至地表或裂隙至地表，紅泥順裂隙雨水滲入填充至陷落柱內(nèi)，這種陷落柱往往直徑很大；若陷落柱內(nèi)是黑色的頁巖較多、硬度不大，則可能是15#煤直接頂，冒落高度不高，陷落柱直徑不大，一般在幾米到十幾米；若陷落柱內(nèi)有灰?guī)r則可能是K2灰?guī)r，若陷落柱內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)灰?guī)r，只有灰白色巖石、硬度較大，則可能是15#煤老頂冒落，陷落柱直徑不大也不小，一般得有二十多米；

4.4 若陷落柱內(nèi)是黑色的頁巖較多、硬度不大，則可以掘進(jìn)試試看；若陷落柱內(nèi)有紅泥，則需要暫停掘進(jìn)，先打鉆探明情況再做決定；

4.5 安順公司井田內(nèi)的陷落柱一般都是干燥的，大部分沒有水，多年來也只發(fā)現(xiàn)有兩個有水。若陷落柱內(nèi)碎巖很濕潤或靠近陷落柱前煤層有滲水，要小心其上部空腔中含水或有害氣體，多加防范。

4.6 掘進(jìn)中遇到陷落柱，面向迎頭，左側(cè)先見的還是右鍘先見的，可以初步判斷陷落柱在巷道的左側(cè)或右側(cè)，也可能掘進(jìn)巷道與陷落柱擦邊而過。

5 結(jié)束語

總之，陷落柱是一種比較復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，每一個陷落柱都有它獨特的形成過程和形態(tài)，我們對它的認(rèn)識還比較粗淺，還沒有完全掌握其發(fā)育規(guī)律，有待于在以后的工作中進(jìn)一步加強(qiáng)分析、總結(jié)。同時也希望各位領(lǐng)導(dǎo)、同仁批評指正，以共同提高技術(shù)管理水平，為礦井安全生產(chǎn)，為企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展提供更好的服務(wù)。

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