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成因、影響和處理方法，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

前言

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

1 陷落柱定義

巖溶是發育分布在石灰巖地層中，由流動的地下水進行長期的溶蝕作用而形成的。在石灰巖中古代溶洞非常發育，由于地下水的不斷溶蝕、洞穴越來越大。在地質構造力和上部覆蓋巖層的重力長期作用下，有些溶洞發生坍塌，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

陷落柱多數形成于地質歷史時期，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育有著直接的關系，而巖溶的發育離不開以下幾個地質條件：

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育的地質基礎。一般來說，可溶巖包括白云巖、石膏（硫酸鹽類）和碳酸鹽類石灰巖等。并且，可溶巖的可溶性隨著可溶巖的純度的升高而增強，巖溶發育也更加容易，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構造

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

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行，從而對巖層造成沖刷。

2.4水質必須具有侵蝕性

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

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作用等力量的綜合作用結果之下出現的。

3 陷落柱的影響

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

3.1 破壞可采煤層，減少煤炭儲量。

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

3.2 降低采掘效率，提高生產成本

在開拓主要運輸巷道時，如集中運輸大巷，總回風巷，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，一般情況下按照原設計施工，直接穿過陷落柱，給巷道的維護和頂板的管理造成很大困難，同時也增加了巷道的維護費用。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，然后采取措施進行回采。這樣不僅影響采煤工作的正常進行而且降低了生產效率，給工作面運輸、頂板管理和通風造成很大困難。

3.3 妨礙機械化采煤，影響正規生產

在陷落柱比較發育的地區，很難布置出內部無陷落柱的長壁回采工作面，如果在長壁回采工作面內包藏幾個陷落柱時，將使采煤機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。陷落柱對生產的影響主要是掘進效率降低、回采煤質變差等。掘進中遇到陷落柱主要方法有“硬過”——直接掘進，或調向掘繞道等，至于采取哪種方法，關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，陷落柱直徑大了就需要調向掘繞道或放棄掘進——更改施工方案設計。判斷陷落柱直徑的大小，有多種方法：巷探法、物探法、鉆探法、經驗法等。巷探法比較準確、投資最大，時間也最長，其他方法次之。經驗法成本最低，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 安順井田規律總結

通過井下對陷落柱的觀察、與廣大現場施工人員和技術管理人員交流、分析等，發現在安順公司井田區域判斷陷落柱的大小也存在一定的小規律，廣大現場施工人員在對陷落柱的施工中也積累了豐富的經驗和感性認識，對處理陷落柱有他們的自己方法和辦法，并總結聊安順井田陷落柱的規律。

4.1 安順井田內東部埋藏較淺，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，這種陷落柱往往直徑很大；若陷落柱內是黑色的頁巖較多、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；若陷落柱內有灰巖則可能是K2灰巖，若陷落柱內沒有發現灰巖，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 若陷落柱內是黑色的頁巖較多、硬度不大，則可以掘進試試看；若陷落柱內有紅泥，則需要暫停掘進，先打鉆探明情況再做決定；

4.5 安順公司井田內的陷落柱一般都是干燥的，大部分沒有水，多年來也只發現有兩個有水。若陷落柱內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 掘進中遇到陷落柱，面向迎頭，左側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或右側，也可能掘進巷道與陷落柱擦邊而過。

5 結束語

總之，陷落柱是一種比較復雜的地質構造，每一個陷落柱都有它獨特的形成過程和形態，我們對它的認識還比較粗淺，還沒有完全掌握其發育規律，有待于在以后的工作中進一步加強分析、總結。同時也希望各位領導、同仁批評指正，以共同提高技術管理水平，為礦井安全生產，為企業長遠發展提供更好的服務。

參考文獻：

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