井下陷落柱的初步辨识

徐玉新

摘要：陷落柱对井下安全生产构成一定的威胁，因此，煤矿井下对陷落柱的判断和处理至关重要。本文阐述了井下陷落柱的成因、影响和处理方法，以期为煤矿井下安全生产提供一定的借鉴。

关键词：陷落柱；观测；判断；处理

前言

安顺公司位于昔阳县境内，下属五个煤矿，其中乐安、胜利两矿为井工开采。矿井在建设及生产期间，揭露许多陷落柱，对矿井建设和生产造成很大的影响。鉴于此，有必要结合安顺矿井内实际情况，对井下陷落柱进行分析、总结。

1 陷落柱定义

岩溶是发育分布在石灰岩地层中，由流动的地下水进行长期的溶蚀作用而形成的。在石灰岩中古代溶洞非常发育，由于地下水的不断溶蚀、洞穴越来越大。在地质构造力和上部覆盖岩层的重力长期作用下，有些溶洞发生坍塌，这时覆盖在上部的煤系地层也随之陷落，于是煤层遭受破坏。由于这种塌陷呈圆形或不甚规则的椭圆形柱状体，因此叫陷落柱。

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。一般來说，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 陷落柱的影响

在陷落柱比较发育的地区，煤系地层中的煤层及其周围的岩石常遭到严重的破坏，给煤矿生产造成了很大的困难，主要表现在以下几个方面：

3.1 破坏可采煤层，减少煤炭储量。

.由于陷落区的 煤层遭到破坏 而失去可采价值，使井田内的储量大大的减少。造成缩短矿井服务年限和巷道提前报废的严重后果。

3.2 降低采掘效率，提高生产成本

在开拓主要运输巷道时，如集中运输大巷，总回风巷，上山巷道，下山巷道时遇到陷落柱，为避免巷道拐弯，便于运输和通风，一般情况下按照原设计施工，直接穿过陷落柱，给巷道的维护和顶板的管理造成很大困难，同时也增加了巷道的维护费用。此外，在回采过程中遇到陷落柱时，一般先采用巷道摸清陷落范围，然后采取措施进行回采。这样不仅影响采煤工作的正常进行而且降低了生产效率，给工作面运输、顶板管理和通风造成很大困难。

3.3 妨碍机械化采煤，影响正规生产

在陷落柱比较发育的地区，很难布置出内部无陷落柱的长壁回采工作面，如果在长壁回采工作面内包藏几个陷落柱时，将使采煤机组和液压自移掩体支架无法使用和通过。

4 陷落柱的防治方法

陷落柱是岩溶地层在地下水的侵蚀下形成的溶洞塌陷造成的，常沿岩溶化断裂带、古河床和断层附近等形成，大的直径有上百米，小的直径有几米到十几米不等，有的含水、有的含水和有害气体。陷落柱对生产的影响主要是掘进效率降低、回采煤质变差等。掘进中遇到陷落柱主要方法有“硬过”——直接掘进，或调向掘绕道等，至于采取哪种方法，关键在于判断陷落柱直径的大小。陷落柱直径小时可“硬过”——直接掘进，陷落柱直径大了就需要调向掘绕道或放弃掘进——更改施工方案设计。判断陷落柱直径的大小，有多种方法：巷探法、物探法、钻探法、经验法等。巷探法比较准确、投资最大，时间也最长，其他方法次之。经验法成本最低，投资最小、时间最短，误差也最大，但它能给是否采用其他方法来验证提供一些参考，效率还是比较高的，能迅速地做出判断和决策，给施工赢得时间。

4 安顺井田规律总结

通过井下对陷落柱的观察、与广大现场施工人员和技术管理人员交流、分析等，发现在安顺公司井田区域判断陷落柱的大小也存在一定的小规律，广大现场施工人员在对陷落柱的施工中也积累了丰富的经验和感性认识，对处理陷落柱有他们的自己方法和办法，并总结聊安顺井田陷落柱的规律。

4.1 安顺井田内东部埋藏较浅，所以陷落柱较少，直径也小；西部埋藏较深，所以陷落柱较多，直径也大；

4.2 大的断层附近常伴生陷落柱；靠近大的陷落柱，煤层倾角往往有变化，靠近小的陷落柱，煤层倾角变化较小或无变化，因此煤层倾角的变化情况也可反推陷落柱的大小。

4.3 揭露陷落柱后，首先观察陷落柱内是否有红泥，有红泥就说明陷落柱已冒落至地表或裂隙至地表，红泥顺裂隙雨水渗入填充至陷落柱内，这种陷落柱往往直径很大；若陷落柱内是黑色的页岩较多、硬度不大，则可能是15#煤直接顶，冒落高度不高，陷落柱直径不大，一般在几米到十几米；若陷落柱内有灰岩则可能是K2灰岩，若陷落柱内没有发现灰岩，只有灰白色岩石、硬度较大，则可能是15#煤老顶冒落，陷落柱直径不大也不小，一般得有二十多米；

4.4 若陷落柱内是黑色的页岩较多、硬度不大，则可以掘进试试看；若陷落柱内有红泥，则需要暂停掘进，先打钻探明情况再做决定；

4.5 安顺公司井田内的陷落柱一般都是干燥的，大部分没有水，多年来也只发现有两个有水。若陷落柱内碎岩很湿润或靠近陷落柱前煤层有渗水，要小心其上部空腔中含水或有害气体，多加防范。

4.6 掘进中遇到陷落柱，面向迎头，左侧先见的还是右铡先见的，可以初步判断陷落柱在巷道的左侧或右侧，也可能掘进巷道与陷落柱擦边而过。

5 结束语

总之，陷落柱是一种比较复杂的地质构造，每一个陷落柱都有它独特的形成过程和形态，我们对它的认识还比较粗浅，还没有完全掌握其发育规律，有待于在以后的工作中进一步加强分析、总结。同时也希望各位领导、同仁批评指正，以共同提高技术管理水平，为矿井安全生产，为企业长远发展提供更好的服务。

参考文献：

[1]欧苏北，王连国.采动影响下陷落柱渗流特征分析[J].煤矿安全，2012，（3）：155-156.

[2]刘云虎.陷落柱出水地面注浆封堵护架技术实践[J].山西焦煤科技，2010，（6）：1