高陽井田巖溶陷落柱形成時存在的特殊現象淺析

趙建忠 楊明淵

摘 要：在華北一些礦區，巖溶陷落柱較發育對煤礦的生產和建設影響極大。由于陷落柱的存在，尤其在陷落柱極為發育區域煤層的連續性被破壞，給井巷工程的布置和施工、采煤方法和采掘機械的選擇增加了很多困難，許多工作面就因為巖溶陷落柱的影響不能形成一個完整的回采面，產量受到限制;因此我們作為一名煤礦地質工作者有必要搞清楚陷落柱的發育特征及存在的特殊性，為礦井的安全生產保駕護航，為組隊安全施工提供可靠的地質資料。

關鍵詞：巖溶陷落柱;特殊現象;中心軸;整體塌陷

1 巖溶陷落柱的形成機理

巖溶洞穴的發育和塌陷是形成巖溶陷落柱的根本原因。巖溶溶洞是形成巖溶陷落柱的前提條件，但并不是所有的溶洞都會塌落成陷落柱。在煤系及其下部存在較厚的可溶性石灰巖的地區，由于地下水長期對石灰巖的化學溶蝕作用，在石灰巖層中形成大量的巖溶空洞，隨著空洞規模不斷擴大，洞頂巖層在重力作用及其他因素誘導下向下塌陷。伴著時間的推移，地下水的活動又不斷對塌陷的巖石進行搬運、破壞，逐漸向上擴容。當溶洞內水面上升到洞頂巖層（煤層）時，水便對其浸泡并使其軟化，強度下降，加速破壞。上覆巖層因受巖體自重重力、水的軟化以及溶洞內的真空負壓三重作用而破壞坍落形成陷落柱。

2 高陽井田陷落柱的特殊現象

2.1 對陷落柱塌陷中心軸的分析

經過對高陽煤礦在上、下組煤都揭露的同一個陷落柱進行對比分析，陷落柱在下組煤的影響范圍總體比上組煤要大，上組煤與下組煤的層間距平均95m，同一個陷落柱在下組煤擴大范圍一般在10m-30m。經分析陷落柱形成塌陷過程中，在受自身自由重力作用下，應該是垂直塌落，中心軸應該是直立的。但由于高陽井田地層傾向總體為北東，巖溶陷落柱在形成時對上覆地層都會造成影響，不同巖性的巖層破壞程度不一，巖石裂隙發育程度不同，因而陷落柱平面大小不一，中心軸平面形態發生變化，成為歪斜的甚至扭轉的，總體上中心軸的偏離位移與巖層產狀相關。

2.2 陷落柱群周圍煤層存在整體塌陷現象

在高陽井田西部區域煤巖層傾角較大的單斜構造區，地下有一個良好的流水通道，且水中含有豐富的侵蝕性的二氧化碳，對巖石侵蝕性較大，故在此區域形成了陷落柱群并引起了其范圍之內的地層整體下沉。在塌陷形成陷落柱的過程中，由于不均勻陷落柱在不同層位的反映，陷落柱群和局部巖層整體下沉。產生這種現象容易誤導生產隊組巷道掘進走錯層位，因此遇到這種特殊情況我們必須認真分析，通過多種手段進行驗證，找準層位，避免損失。

這種陷落柱里煤層整體塌陷的特殊現象在高陽井田上、下組煤都出現過，利用鉆探的方法及時進行驗證才確保巷道沒有穿層施工，避免了巷道走錯層位造成的損失。

3 高陽井田陷落柱特殊性認識

高陽井田隸屬于郭莊泉域的徑流區，地下水活動強烈，受構造裂隙的影響，很容易形成巖溶陷落柱。陷落柱的平面分布特點，與該區域地下水集中徑流帶關系密切。在高陽井田向斜構造背景控制下，陷落柱的分布呈現北西向帶狀分布、成群出現的規律，主要受到底板奧陶系灰巖、構造發育和地下水強徑流帶的控制及影響。

由于地質構造的形成是地應力失衡的結果，陷落柱同樣也是地應力變化的產物。如果巖溶溶洞形成后，地應力緩慢變化，陷落柱由溶洞頂部緩慢垮落（塌陷）的塊體形成大小不一混亂柱體。隨著地應力不斷急劇變化，突然增大好多倍，迅速破壞了空洞頂部和周圍的應力平衡，產生瞬間塌落，將可能出現陷落柱柱內的巖層整體下沉。

4 結論

在理想狀態下，陷落柱受自由重力一般垂直塌陷，中心軸是直立的，但在高陽井田由于構造作用造成巖層產狀改變和同時存在的層間滑動的結果，直接導致現在的陷落柱中心軸傾斜甚至彎曲，同一個陷落柱在下部煤層影響范圍發生變化，因此掌握中心軸變化規律，有助于預測下部煤層或下水平陷落柱的平面位置，為生產銜接合理布置工作面提供理論依據。通過對巖溶陷落柱群周圍煤層存在整體塌陷的特殊現象認識，在以后的生產中指導施工起到效果顯著，巷道掘過陷落柱后比較理想找到了2號煤、9-10-11號煤層，加快了施工進度，緩和了工作面銜接的緊張，取得了明顯的經濟效益。但陷落柱群引起局部地層整體下（定性）的認識，對準確測定陷落柱兩邊同一層位的高差（定量）還需繼續深入研究和探索。

作者簡介：

趙建忠（1968- ），男，山西孝義人，1989年6月畢業于北京煤炭工業學校，地質專業，中專，高級工程師，高陽煤礦首席地測工程師兼防治水副總工程師。

楊明淵（1987- ），男，山西黎城人，2010年6月畢業于山西煤炭職業技術學院，礦山地質專業，大專，工程師。