煤矿陷落柱特征分析及处理方法

李旭春

1 概述

陷落柱是煤矿井下常见的一种地质现象。陷落柱破坏了原有的煤层，降低了工作效率，恶化了生产环境，有时甚至会造成安全事故。快速识别陷落柱并采取合理措施安全通过，避免或者降低其对安全生产的影响，是煤矿采掘活动中需要解决的一个难题。

2 陷落柱的破坏性

1）围岩产状变化

陷落柱四周的围岩不同程度地向柱体倾斜，其倾斜的程度跟煤层本身的倾角有很大的关系，如果陷落柱出现在下山方向则会导致煤层倾角加大，如果陷落柱出现在上山方向则会导致煤层倾角变缓，其导致的角度变化一般在5°左右，影响的范围一般在20 m以内，但在实际生产作业中出现过倾角变化约20°的现象。

2）裂隙和小断层增多

在陷落柱形成的过程中周围的岩体会被向下坍塌的岩石拖曳而倾向柱体方向，这样就形成了许多倾向柱体的裂隙，若裂隙两侧的岩体发生位移则形成了小断层。断层的落差一般在2 m以内，绝大多数不超过0.5 m，走向长度较短，一般不超过20 m。多数情况下在倾向柱体的方向上成阶梯状出现，落差逐渐变小，断层间距逐渐变短，而且都是正断层。

3）煤质氧化

陷落柱周边的煤层松软，光泽变得暗淡，灰分增大。

4）水和瓦斯涌出量增大

如果陷落柱穿过含水层就会将地下水导入到煤层中，导致采掘工作面涌水量增大。陷落柱坍塌形成的空间，导致瓦斯向柱体涌入从而使瓦斯涌出量增大。

3 陷落柱的基本特征

1）陷落柱外部形态特征。陷落柱在平面上呈近圆形或近椭圆形，个别呈现不规则形状；在剖面上大致呈一个锥形，上小下大；与围岩接触界限明显，边缘上凸凹不平，接触面呈锯齿状；围岩变化一般较大，有明显的牵引带；发育在向斜轴部或褶曲的两翼处，未曾发现发育在背斜轴部的陷落柱[1]。

2）陷落柱内部特征。充填物产状有一定的规律，四周岩石产状倾向柱体中心；围绕柱体中心的岩石岩性具有对称性；塌陷岩层的高度与陷落柱的大小成正比，见图1。

图1 陷落柱内部特征

4 陷落柱的观察

遇到陷落柱时要观测其导水性，观测瓦斯涌出情况，要观测周围裂隙和小断层的发育情况，察看内部岩石的岩性，碎石的胶结情况等；根据以上观测内容采取合理方法确定陷落柱的边界、大小，以及制定通过陷落柱的措施等。

5 陷落柱的处理方法

1）尽量避免陷落柱

矿井在各个时期已知的陷落柱要尽量使其留设在煤柱中，如地面物探探测到的陷落柱，或者开采上组煤时揭露的陷落柱等。

2）主要巷道遇陷落柱

矿井的主要巷道如轨道大巷、皮带大巷等要求比较平直的巷道遇到陷落柱时，首先要探明其导水性，确定其安全后选择直接通过，在通过陷落柱的过程中要制定好防止冒顶等的安全技术措施并严格执行。

3）掘进工作面遇陷落柱

这种情况下我们一般采取“三步走”的方法，即物探、钻探和巷探。遇到陷落柱时首先进行物探，其主要目的是探测陷落柱的导水性，采用的仪器为瞬变电磁仪或直流电仪器。若物探有异常则采用钻探方法进行验证，若物探无异常也要进行钻探，此时钻探的目的是探测陷落柱的大小范围等。如果陷落柱出现在较薄的煤层中，在钻探的过程中钻杆极易进入顶底板导致难以辨别陷落柱边界，此时可采用巷探的方法加以验证，巷探一般采用小断面快速掘进，这种方法简单、直接，但是工程量较大。技术人员在掘进工作面遇到陷落柱时往往会采取先水平通过陷落柱进入正常煤岩层中，然后再根据层位找煤。这种方法在找煤时比较安全，不会发生走错层位的事故，但是往往会增加岩巷的掘进量，降低生产效率。我们要做到的是能在通过陷落柱时设计一个合理的坡度，在穿过陷落柱时可以直接进入煤层，但是这需要很高的技术要求。根据笔者多年的经验总结出如下设计坡度的方法：

① 根据煤层顶底板标高设计巷道坡度。如曙光煤矿1214运输巷与切巷交叉口处遇到一个陷落柱，该陷落柱首先在运输巷揭露，通过钻探得知该陷落柱直径约40 m，而此时距与切巷贯通处约25 m，于是停止该巷道的掘进测得煤层顶板标高。队组改为掘进切巷，在切巷揭露陷落柱时距贯通处约20 m，测得该处的煤层顶板标高，通过地测科计算切巷先以2°坡度施工到贯通处然后水平掘进与运输巷贯通。

② 根据临近巷道煤岩层产状设计巷道坡度。如果揭露陷落柱的巷道有临近的已掘巷道，可根据临近巷道的煤岩层产状设计本巷道的掘进坡度，这种方法与两巷道之间的煤柱长度有关系，煤柱越短两巷煤岩层产状越相似，煤柱越长煤岩层产状相似性越小，此时应结合其他因素综合设计。

③ 根据本巷道煤岩层产状设计巷道坡度。当巷道周围没有已掘巷道，钻探效果不理想时，只能根据现有的煤岩层产状设计巷道坡度。需要注意的是此时的煤岩层产状不包括牵引范围内的煤岩层产状，而是正常煤层的产状。一般采取在正常煤岩层产状基础上减去5°。

4）回采工作面遇陷落柱

回采工作面遇陷落柱时首先要核查陷落柱的边界、大小，视其对安全生产的影响大小决定是否直接推过。图2中1203回采工作面在回采期间遇到一个陷落柱，技术人员采取了巷探结合钻探的方法对其进行了勘查，探明了其长轴约60 m，短轴约40 m，对安全生产影响较大，故工作面采取搬家倒面的方法规避了该陷落柱。

图2 1203回采工作面陷落柱

6 结论

陷落柱有其明显的外部及内部特征，利用其特征结合合理的措施就能找到最好的处理陷落柱的方法。遇到陷落柱时最重要的是确保其不具有导水性，控制瓦斯涌出量，然后根据各种地质资料确定巷道坡度，制定通过陷落柱时的安全技术措施。

〔1〕张文义，孔凡军，王乐义，等.掘进工作面过陷落柱破碎围岩控制探讨及应用[J].山东煤炭科技，2012（5）：161-163.