浅谈煤矿井下陷落柱成因及预防措施

伦向前

摘要：煤矿井下陷落柱对于矿井采煤作业的影响和危害比较大，因而找出陷落柱的成因并制定针对性的预防措施是煤矿企业和管理机构所关注的话题。文章从可溶性岩层的发育、地下水的循环冲击和溶洞的塌陷等方面对煤矿井下陷落柱的成因进行了分析，归纳煤矿井下陷落柱的危害，并对如何防止陷落柱的危害发生提出了建议和措施。

关键词：煤矿矿井；陷落柱；煤矿安全；卡斯特洞穴；无碳柱

中图分类号：TD163文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）22-0123-031概述

陷落柱一般分布在石灰岩地带，它是由于溶洞在地质变化过程中的塌陷而形成的。溶洞由于地质构造力和岩层自身的重力作用会发生塌陷，塌陷过程中溶洞上层的煤系地层也陷落，这种情况下的塌陷物由于呈现出柱状体形状，因此被形象地称为所谓的（煤矿井下）陷落柱。如图1所示，陷落柱的形成过程是逐渐发生的，在形成之后，陷落柱在地表一般会变现为椭圆形的盆地，并且陷落柱的岩石排列混乱，与粘土相互包裹，中心轴与周围土地岩层呈倾斜相交（一般为75°交角）。因此，陷落柱对于煤炭开采地下作业是一个安全隐患和进度障碍。在煤矿井下，陷落柱内部及周围岩层破碎、渗水严重，从而增加发生积水内灌、塌方和瓦斯爆炸等矿难的风险。所以，做好煤矿井下陷落柱成因的分析并在此基础上做好预防措施的制定和落实是煤矿安全工作的重中之重。

2煤矿井下陷落柱的成因分析

陷落柱多数形成于地质历史时期，是可溶性岩体（即岩层）在岩层重力和煤矿矿层重力等多种力的作用下塌陷而成的，通常也叫做“岩溶陷落柱”。一般来说，陷落柱的形成与岩溶的发育有着直接的关系，而岩溶的发育离不开以下几个地质

条件：

2.1可溶性的岩层或者矿层

可溶性岩层随着时间的推移会逐渐消融进而具备塌陷的可能性，所以可溶性的岩层或者矿层的存在是岩溶形成和发育的地质基础。一般来说，可溶岩包括白云岩、石膏（硫酸盐类）和碳酸盐类石灰岩等。并且，可溶岩的可溶性随着可溶岩的纯度的升高而增强，岩溶发育也更加容易，形成大溶洞的可能性也越大，从而陷落柱也更加容易形成。

2.2可形成地下水通道的地质构造

因为只有这样，才能够形成地下水，进而加速对可溶岩的冲蚀和溶解，这是岩溶发育的重要条件。

2.3有地下水的交替冲击

一般来说，地下水必须存在出口，只有这样地下水的交替运行才能够加速进行，从而对岩层造成冲刷。

2.4水质必须具有侵蚀性

这就是说，地下水需要含有碳酸钙等侵蚀性物质，且必须丰富饱和，这也是岩溶发育的一大地质条件。

在具备以上这些条件以后，陷落柱的形成则是卡斯特洞穴下陷的直接后果。换句话说，卡斯特洞穴是陷落柱形成的前提条件。而并非所有的卡斯特洞穴都会塌陷，卡斯特洞穴下陷通常是在重力作用、真空吸蚀作用和物理化学作用等力量的综合作用结果之下出现的。

3煤矿井下陷落柱的危害及预防措施

3.1煤矿井下陷落柱的危害

陷落柱对煤矿矿层周围的岩石完整性和煤矿矿层的完整性都造成了损害，在实践中，对煤矿作业产生了一些可估量或者不可估量的危害，这些危害主要表现在以下几方面：

3.1.1破坏煤层的连续性和煤炭开采量。陷落柱由于是上层岩层的陷落，所以本身通常不是煤层，也正因为如此，陷落柱又被称为“无碳柱”。这些无碳柱使得原本连续的煤炭层出现断裂，进而使得原本估计的煤炭储量不得不打折扣，实际可开采量不及估计量，进而影响煤矿的效益。

3.1.2严重影响煤矿采掘施工作业。作为地下作业，煤炭矿井作业难度较大，而陷落柱的存在则加大了这种作业难度。一方面，矿井的设计为了保证通风和通道的畅通，会尽量保持直线型，而当遇到了陷落柱以后，为了避免绕弯，通常是穿过陷落柱，这就使得矿道的掘进速度不得不放缓，同时也使得矿道的支护工作面临更高的要求和更大的难度。另一方面，煤矿的回采工作由于复杂的地质构造而常常被放弃。综上所述，煤矿井下陷落柱对煤矿的采掘施工作业带来了诸多不利影响。

3.1.3矿井作业安全面临更多挑战。很多矿难事故中，矿井水的渗漏以及瓦斯的流动是通过陷落柱进行的，或者说陷落柱加剧了矿井水及矿井瓦斯的危险度。在掘进的过程中，陷落柱的下组煤被揭露，那么陷落柱就会成为地下水通道，喷水事故便会随之发生，严重威胁作业安全，造成经济损失和人员伤亡。

3.2煤矿井下陷落柱的预防

煤矿井下陷落柱的预防工作主要表现在两个方面，首先是识别陷落柱的特征并从中看出陷落柱的征兆，其次是采取措施防止陷落柱的危害。这两个方面是连贯而不可分割的，只有做好前一项工作才能为后一项工作提供明确的用力对象，使得防治工作有的放矢，从而提高煤矿井下陷落柱防治的实际

成效。

3.2.1识别陷落柱的征兆。煤层形状发生显著变化，主要表现为陷落柱的中心轴与原来位置发生偏离，从而使得原来某个位置的煤层会发生15cm左右的位置移动（假设中心轴的倾角发生了8°的偏移）。如图2所示，需要对陷落柱的剖面图加以周期性的观测。

煤层的裂隙增多，同时断层特别是小断层的数量明显增加。这些断层的走向与陷落柱中心轴同向，并且裂缝指向一个中心点，总体布局呈现

环形。

我们在采掘实践中经常发现这么一个现象，那就是某一处从某一个时候开始常常有淋水发生。这个时候我们就要注意了，这可能是陷落柱变化的征兆，

如果淋水时间持续较长，那么可能性就更大了。

3.2.2对煤矿井下陷落柱采取预防措施。在开采之前或者初期确定陷落柱的准确位置。在陷落柱的位置确认的技术上，我国通常采用的是三维物探技术。同时，结合运用多点钻探技术，从而尽可能多地将开采规划区域内的潜在陷落柱识别出来并进行准确定位。

确定含水层。上组煤的水害主要是由于煤层顶底板处砂岩含水层的存在而产生的，这些含水层由于厚度和范围的广泛，因而储量大，再加之陷落柱本身的分布偶然性，因此含水层的危害十分严重且难以控制。那么，对含水层从位置和大小等方面加以确定对于预防和治理陷落柱带来的水害具有基础性作用。

选择合适的探测方法。对下组煤的勘探不可随意进行，更不能使用深巷探测法来探测陷落柱，因为这很可能形成突水通道。被理论界和工程界证明有效的探测方法是钻探与物探相结合的探测方法。另外，为防止突水通道而对陷落柱“穿裙带帽”所采用的帷幕注浆法也是有效的。

加强对三级富水区的勘测和动态观测。防治陷落柱的一项重要工作就是防止突水，而要防止陷落柱突水，对三级富水区的认知和了解是否明晰对防灾工作有直接影响。因此，在实践中，运用三维物探技术和工程水文技术动态观测记录三级富水区的变化是被证明有效的和需要被重视的。

4结语

陷落柱对井下作业造成了诸多障碍和安全隐患，为此，作为煤矿施工方和管理方都应该实事求是地分析煤井陷落柱形成的原因，并在此基础上加强对富水区等重点区域的观测和分析，从而做好井下陷落柱的预防和治理，进而为安全作业和经济作业保驾护航。

参考文献

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