淺析陷落柱發育形態及探查防治辦法

摘要：巖溶陷落柱是影響煤礦生產和建設的主要地質因素之一，它影響和制約著采區的布置、采面的劃分、計劃的安排和采掘的接替，而且還直接導致突水，造成人員和財產的重大損失。掌握其發育形態，超前探查，并制定合理的防治辦法，對礦井的安全生產作用非常重大。

關鍵詞：陷落柱；探查；防治；辦法

巖溶陷落柱是影響煤礦安全生產和建設的主要地質因素之一，陷落柱的存在對礦井的安全生產影響非常大，如不能提早發現，很可能會造成不可挽回的損失。在兩淮地區很多礦井均發現了陷落柱或“疑似陷落柱”，超前探查，提前掌握陷落柱的發育形態及特征，并制定合理的防治辦法，對礦井的安全生產作用非常重大。解決陷落柱的安全影響，也可以提高礦井資源的回收率，避免資源的浪費。

1 陷落柱的形態特征

1.1 陷落柱的平面形態

巖溶陷落柱的平面形狀也稱為橫切面形狀，主要有橢圓形、似圓形、腎形、長條形和不規則形等，其中呈橢圓形和似圓形者居多，尤以橢圓形為最多。同一巖溶陷落柱，由于垂向上圍巖巖層性質的差異，其平面形狀有時也有變化，不同井田或構造區段的陷落柱平面產狀不同，且變化較大。同一陷落柱底部柱體坍塌在平面上面積一般較大，向上發育面積逐漸變小，陷落柱長軸展布方向與節理方向具有一致性。

1.2 陷落柱的剖面形態

巖溶陷落柱的剖面形狀多呈不規則的柱狀體。在巖性比較堅硬均一、裂隙又比較發育的巖層中，其形狀多呈上小下大的圓錐狀；在松散層中，巖溶陷落柱的剖面形狀多呈上大下小的漏斗狀。受陷落柱圍巖力學性質影響，陷落柱剖面常呈凸凹不平粗細相間的不規則狀。除多數陷落柱呈漏斗狀外，部分陷落柱發育呈圓筒狀或彎曲狀等。

2 煤礦陷落柱的探查

陷落柱屬垂直構造，與常規斷裂構造相比較，其水平投影面積較小，均呈較小的點狀，不利于地面鉆探的垂直揭露，同時也不利于帶有“體積效應”的各類物探方法，同時陷落柱屬隱伏構造，其發育高度多變，即使在建井過程中沒有遇到陷落柱的發育，但下煤層的開采中可能仍會遇到，而且陷落柱具有隱伏、孤立與隨機分布的特點，決定了其探測工作的復雜性，采用單一的探測手段難以取得理想的探測成果。

2.1 地面三維地震物探

地面三維地震物探需在礦井建設初期進行，它是利用反射波將地震測網按一定規律布置成方格狀或環狀的地震面積勘探方法，可從三維空間了解地面下的地質構造發育情況。三維地震數據精細解釋，能夠從立體的角度解析井下地質構造圖像，應用三維地震資料發現并解釋陷落柱的存在，能夠為煤礦開采前提供了初步的地質基礎資料，對在生產過程中的防治起著先導作用。

2.2 高密度電法勘探

高密度電法是以巖土的電性差異為基礎的一種電探方法，根據在施加的電場作用下地中傳導分布規律，推斷地下不同地質體的賦存情況。高密度電法作為一種定性的物探技術，隨著它的發展，其技術越來越成熟，它的應用領域也越來越廣。高密度電法勘探，能夠對井下陷落柱的發育及賦存情況進行判斷。

2.3 瞬變電磁法勘探

瞬變電磁法分地面和井下兩種。其勘探原理也是通過對目標體探測，獲取視電阻率數據，分析視電阻率異常區范圍，推測地質異常體（陷落柱）的發育情況，能夠探查其相對的電阻率差異。該方法不能探測陷落柱的邊界，無法確定視電阻率“異常區”的性質，通常在三維地震基本確認陷落柱的情況下，采用該方法探測分析陷落柱的含導水性能夠起到很好的判斷作用。如不含導水陷落柱，由于其結構松散、巖石破碎，表現為高阻特征。含導水陷落柱則表現為相對低阻特征。瞬變電磁法能夠對異常體定性，但要準確的探查陷落柱的賦存及含導水性，需結合鉆探探查。

3 煤礦陷落柱的水害防治

巖溶陷落柱是影響煤礦生產和建設的主要地質因素之一，特別是含導水的巖溶陷落柱，誤揭露陷落柱后可導致突水，造成人員和財產的重大損失。

3.1 確定陷落柱的導水性質

巖溶陷落柱導水能力的強弱取決于水壓和阻力。水壓是奧灰水上升的力源，水壓值的大小決定了巖溶水的導升高度，當巖溶陷落柱內水壓值接近或者相當于附近奧灰水壓值且壓力升高很快時，說明巖溶陷落柱的導水能力很強。如果探查發現巖溶陷落柱水具有高壓，并符合奧灰水水質特征（水溫20℃以上、中阻80～100Ω、硝酸根離子含量7mg/L以上），則該巖溶陷落柱屬于全導水性質的巖溶陷落柱；如果巖溶陷落柱水壓與煤系地層含水層水位相對應，水質不同于奧灰水的特征則屬于邊緣導水性質的巖溶陷落柱。

3.2 有針對性的治理方法

不同導水性質的巖溶陷落柱對礦井安全產生影響的程度不同，治理的難度也不同，治理采用的方法也不一樣。

（1）全充水型和導水型的巖溶陷落柱直接將奧灰水導入煤系地層，成為礦井突水的直接水源，必須徹底根治。由于對此類巖溶陷落柱治理難度比較大，所以必須堅持邊探邊治和先探后治的原則，在探清巖溶陷落柱形態、內部結構、導水性能等基礎上，有針對性的制定治理方案。（2）邊緣導水型巖溶陷落柱充水和導水性有限，一般只與接近的含水層有水力聯系，不能直接導通奧灰巖溶水，即使突水水量一般也較小，而且很快被疏干。對此類巖溶陷落柱可以采用放水疏干或注漿封堵加固邊緣裂隙的方法進行治理，以便于工程施工和巷道維護。

3.3 探、防、治相結合

由于導水巖溶陷落柱與太灰、奧灰溝通，導水通道暢通，補給水源豐富，所以當采掘工程直接揭露時，一般很容易造成突水淹井。從搶險保礦需要出發，礦井發生突水，首先投入的保礦措施就是增加排水能力進行強排水，以制止或延緩礦井淹沒水位的上漲，另外堵水是治理導水巖溶陷落柱的關鍵。對巖溶陷落柱的治理需要查、防、治相結合的技術手段。

4 結論

對在礦井生產中，綜合探查確定的導水巖溶陷落柱，仍應遵循查、治結合的原則，在邊探邊治過程中，逐步查明巖溶陷落柱的空間位置、形態、內部結構和導水特征，同時應加強注意以下技術問題：加固導水巖溶陷落柱附近的井下通道，為帶壓封堵巖溶陷落柱創造條件；建立可靠的井上下監測系統，井下發現異常立即停止地面注漿作業，以保證礦井安全為前提來確定注漿工藝；形成一套可行的技術管理體系。總之，采取一定的技術手段，巖溶陷落柱的探查和防治是能夠做到的。

參考文獻：

[1]畢江洪.巖溶陷落柱鉆探探查技術.中州煤炭期刊，2011.

[2]劉天放，李志聃.礦井地球物理勘探.北京：煤炭工業出版社，1993.

作者簡介：謝瓊芳（1986），女，地質工程師，主要從事礦井地質技術和研究工作。