淺析陽煤五礦陷落柱的成因及分布規律

張 鑫

（陽煤集團五礦，山西 陽泉 045000）

巖溶陷落柱是我國華北地區廣泛發育的一種極富區域特色的地質現象，陽煤五礦井田所在的陽泉礦區也發育有大量陷落柱。這種特殊地質現象的存在，不僅破壞煤層賦存，減少可采儲量，還會影響巷道的掘進和煤層的開采，特定條件下甚至會導致突水和瓦斯積聚等安全問題。 因此，分析礦井陷落柱成因及其分布規律對礦井提高經濟效益和安全生產具有重要的指導意義。

1 工程概況

1.1 基本情況

五礦隸屬陽泉煤業（集團）有限責任公司，井田范圍內有兩個生產礦井，分別是貴石溝礦井和五林礦井。五礦井田總體為一單斜構造，地層總的走向為北西～北北西向，傾向南西，傾角平緩，一般在3～15?。受區域構造控制，井田內總的構造線方向為北北東及北東向， 發育有較平緩的褶皺群和層間小斷層，局部發育陡傾撓曲。主要發肓一些短軸褶曲，斷裂構造較少，斷層規模一般較小，落差較大的多為逆斷層。井田內陷落柱十分發育，井田在地質勘探過程中就發現大量陷落柱，再加上多年的生產揭露，現在全井田共實際揭露陷落柱623個，其分采區統計見表1。

1.2 陷落柱的發育特征

礦井陷落柱的發育特征主要體現在以下五個方面：（1）從表1可以看出陷落柱總體數量多，實際揭露的已達到623個，且局部地區陷落柱密度大，已經達到40個/km2。（2）陷落柱在井田內分布不均衡，井田內北部及西北部陷落柱發育相對較少。生產過程中回采工作面揭露陷落柱情況很少，有些工作面未揭露陷落柱。井田中部及南部較為發育，據生產實際統計平均每個工作面揭露陷落柱數量超過10個。（3）直徑較大的陷落柱經常出現整體塌陷情況，造成其上覆煤巖層成層塌落。（4）以往揭露的陷落柱均充填密實，不存在導水情況，僅在8112工作面回采過程中揭露的一個陷落柱有潮濕現象，雖然生產中未發現陷落柱有導水的現象，但不能排除陷落柱導水的可能。（5）陷落柱直徑大小差異較大。資料顯示最大的直徑為385m，最小的直徑僅為2m，實際揭露發現以直徑為40～60m的居多，占總數的80%左右。

表1 陷落柱分布統計表

1.3 陷落柱的形態特征

礦井陷落柱的形態特征主要體現在以下兩方面：（1）陷落柱的平面形態多為橢圓形，少數為長圓形、近圓形，極個別為其他不規則形狀。（2）陷落柱的剖面形態以“上小下大”的圓錐狀最為常見，同時少數為“上大下小”的倒圓錐狀和上下尺寸基本一致的圓筒狀柱體。

2 陷落柱的成因分析

陷落柱又被稱為巖溶塌陷，它是巖溶發育到晚期的產物，巖溶的發育是陷落柱形成的前提條件，因此本文從巖溶產生的三個條件分析礦井陷落柱的成因。

2.1 有可溶性巖層

礦井陷落柱是由上部覆蓋的十分堅硬的非可溶性巖層塌陷形成的。首先是奧陶系中統聚集程度特別高的的硬石膏層發生水化，在這個過程中會形成較大的膨脹力，就會對上覆巖體產生擠壓，進而將其擠碎，再加上石膏層及周邊巖層的溶蝕影響和地下水強徑流沖刷，從而形成空洞，接著上部石炭二疊系地層破碎的巖體向該空洞不斷崩塌、陷落以至冒頂, 就會形成礦井揭露的陷落柱。可以看出上述石膏層的發育是陷落柱形成的先決條件，而陷落的規模則受地下水徑流水力作用強弱的影響。

2.2 有地下水強烈運動

地下水強烈運動也是礦井產生陷落柱的必要條件，地下水劇烈運動可分為三帶：飽氣帶、完全飽和帶和深層循環帶。其中完全飽和帶中，水流速度較高，呈水平運動，由于水流速度較高所以其沖力較大，進而溶蝕作用較強。本井田位于娘子關泉域南部強徑流區，奧灰水位標高+400～ +504m，區內巖溶地下水的水力坡度約為3‰，奧灰地下水流向：由南向北向陽泉匯集，與區域西部徑流帶匯合后向在娘子關泉群分散排泄，礦井地下水活動強烈。

2.3 有地下水流通道

礦井井田處在冶西背斜，總體為一單斜構造，地層總的走向為北西～北北西向，傾向南西，傾角平緩，一般在3?～15?，受構造應力影響明顯。在地層傾角走向變化部位和斷層附近形成構造裂隙帶，這些裂隙成為地下水活動的理想通道。

3 陷落柱分布規律

3.1 礦井陷落柱的分布與構造有密切關系

冶西背斜是礦井井田的主體背斜，對礦井陷落柱的布展規律有著較強的影響，且具有明顯的分帶特征。除此之外，礦井陷落柱的發育走向為帶條狀發育，自北偏東向斷層發育。由此可以得出礦井陷落柱分布與構造有著密切關系，構造是控制陷落柱發育程度的重要因素。

3.2 陷落柱分布與構造線方向基本一致

從整體來看礦井陷落柱成“S”形發育，由北西方向至北東方向,其發育表現為冶西背斜和宋家莊向斜兩種,在這兩種發育走向中，陷落柱的平面形象為橢圓形，且長軸方向與構造軸線走向基本一致。由此可以得出礦井陷落柱的分布與構造線方向基本一致。

3.3 陷落柱密集成群分布

礦井陷落柱密集成群分布主要集中在南川河以南和聶家莊以北，勘測結果顯示，基本上沒有單個陷落柱發育的情況。由此可以得出礦井在已揭露的陷落柱中多呈密集成群分布。

3.4 陷落柱網絡帶狀分布

礦井陷落柱密集分布帶之間，陷落柱發育規模不大，整體呈帶狀發育，由此可以得出礦井陷落柱呈網絡帶狀分布。

3.5 陷落柱似等距性分布

根據實際勘測結果，礦井陷落柱之間都有一定的距離，而且兩個陷落柱之間的距離基本上相同，并非隨意分布，因此可以得出礦井陷落柱似等距分布。

4 結論

根據陽煤五礦勘探資料、鉆孔資料和實際生產過程中實測資料等，對礦井井田揭露的陷落柱的數量、發育特征和形態特征進行統計描述，從有可溶性巖層、有地下水強烈運動和有地下水流通道三個方面對礦井陷落柱的成因進行了分析，闡述了礦井陷落柱的分布與構造的復雜程度有密切關系、陷落柱分布與構造線方向基本一致、陷落柱密集成群分布、陷落柱網絡帶狀分布和陷落柱似等距性分布五個分布規律，對礦井提高經濟效益和安全生產具有重要的指導意義。