淺談煤礦井下陷落柱成因及預(yù)防措施

倫向前

摘要：煤礦井下陷落柱對于礦井采煤作業(yè)的影響和危害比較大，因而找出陷落柱的成因并制定針對性的預(yù)防措施是煤礦企業(yè)和管理機構(gòu)所關(guān)注的話題。文章從可溶性巖層的發(fā)育、地下水的循環(huán)沖擊和溶洞的塌陷等方面對煤礦井下陷落柱的成因進行了分析，歸納煤礦井下陷落柱的危害，并對如何防止陷落柱的危害發(fā)生提出了建議和措施。

關(guān)鍵詞：煤礦礦井；陷落柱；煤礦安全；卡斯特洞穴；無碳柱

中圖分類號：TD163文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）22-0123-031概述

陷落柱一般分布在石灰?guī)r地帶，它是由于溶洞在地質(zhì)變化過程中的塌陷而形成的。溶洞由于地質(zhì)構(gòu)造力和巖層自身的重力作用會發(fā)生塌陷，塌陷過程中溶洞上層的煤系地層也陷落，這種情況下的塌陷物由于呈現(xiàn)出柱狀體形狀，因此被形象地稱為所謂的（煤礦井下）陷落柱。如圖1所示，陷落柱的形成過程是逐漸發(fā)生的，在形成之后，陷落柱在地表一般會變現(xiàn)為橢圓形的盆地，并且陷落柱的巖石排列混亂，與粘土相互包裹，中心軸與周圍土地巖層呈傾斜相交（一般為75°交角）。因此，陷落柱對于煤炭開采地下作業(yè)是一個安全隱患和進度障礙。在煤礦井下，陷落柱內(nèi)部及周圍巖層破碎、滲水嚴重，從而增加發(fā)生積水內(nèi)灌、塌方和瓦斯爆炸等礦難的風險。所以，做好煤礦井下陷落柱成因的分析并在此基礎(chǔ)上做好預(yù)防措施的制定和落實是煤礦安全工作的重中之重。

2煤礦井下陷落柱的成因分析

陷落柱多數(shù)形成于地質(zhì)歷史時期，是可溶性巖體（即巖層）在巖層重力和煤礦礦層重力等多種力的作用下塌陷而成的，通常也叫做“巖溶陷落柱”。一般來說，陷落柱的形成與巖溶的發(fā)育有著直接的關(guān)系，而巖溶的發(fā)育離不開以下幾個地質(zhì)

條件：

2.1可溶性的巖層或者礦層

可溶性巖層隨著時間的推移會逐漸消融進而具備塌陷的可能性，所以可溶性的巖層或者礦層的存在是巖溶形成和發(fā)育的地質(zhì)基礎(chǔ)。一般來說，可溶巖包括白云巖、石膏（硫酸鹽類）和碳酸鹽類石灰?guī)r等。并且，可溶巖的可溶性隨著可溶巖的純度的升高而增強，巖溶發(fā)育也更加容易，形成大溶洞的可能性也越大，從而陷落柱也更加容易形成。

2.2可形成地下水通道的地質(zhì)構(gòu)造

因為只有這樣，才能夠形成地下水，進而加速對可溶巖的沖蝕和溶解，這是巖溶發(fā)育的重要條件。

2.3有地下水的交替沖擊

一般來說，地下水必須存在出口，只有這樣地下水的交替運行才能夠加速進行，從而對巖層造成沖刷。

2.4水質(zhì)必須具有侵蝕性

這就是說，地下水需要含有碳酸鈣等侵蝕性物質(zhì)，且必須豐富飽和，這也是巖溶發(fā)育的一大地質(zhì)條件。

在具備以上這些條件以后，陷落柱的形成則是卡斯特洞穴下陷的直接后果。換句話說，卡斯特洞穴是陷落柱形成的前提條件。而并非所有的卡斯特洞穴都會塌陷，卡斯特洞穴下陷通常是在重力作用、真空吸蝕作用和物理化學作用等力量的綜合作用結(jié)果之下出現(xiàn)的。

3煤礦井下陷落柱的危害及預(yù)防措施

3.1煤礦井下陷落柱的危害

陷落柱對煤礦礦層周圍的巖石完整性和煤礦礦層的完整性都造成了損害，在實踐中，對煤礦作業(yè)產(chǎn)生了一些可估量或者不可估量的危害，這些危害主要表現(xiàn)在以下幾方面：

3.1.1破壞煤層的連續(xù)性和煤炭開采量。陷落柱由于是上層巖層的陷落，所以本身通常不是煤層，也正因為如此，陷落柱又被稱為“無碳柱”。這些無碳柱使得原本連續(xù)的煤炭層出現(xiàn)斷裂，進而使得原本估計的煤炭儲量不得不打折扣，實際可開采量不及估計量，進而影響煤礦的效益。

3.1.2嚴重影響煤礦采掘施工作業(yè)。作為地下作業(yè)，煤炭礦井作業(yè)難度較大，而陷落柱的存在則加大了這種作業(yè)難度。一方面，礦井的設(shè)計為了保證通風和通道的暢通，會盡量保持直線型，而當遇到了陷落柱以后，為了避免繞彎，通常是穿過陷落柱，這就使得礦道的掘進速度不得不放緩，同時也使得礦道的支護工作面臨更高的要求和更大的難度。另一方面，煤礦的回采工作由于復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造而常常被放棄。綜上所述，煤礦井下陷落柱對煤礦的采掘施工作業(yè)帶來了諸多不利影響。

3.1.3礦井作業(yè)安全面臨更多挑戰(zhàn)。很多礦難事故中，礦井水的滲漏以及瓦斯的流動是通過陷落柱進行的，或者說陷落柱加劇了礦井水及礦井瓦斯的危險度。在掘進的過程中，陷落柱的下組煤被揭露，那么陷落柱就會成為地下水通道，噴水事故便會隨之發(fā)生，嚴重威脅作業(yè)安全，造成經(jīng)濟損失和人員傷亡。

3.2煤礦井下陷落柱的預(yù)防

煤礦井下陷落柱的預(yù)防工作主要表現(xiàn)在兩個方面，首先是識別陷落柱的特征并從中看出陷落柱的征兆，其次是采取措施防止陷落柱的危害。這兩個方面是連貫而不可分割的，只有做好前一項工作才能為后一項工作提供明確的用力對象，使得防治工作有的放矢，從而提高煤礦井下陷落柱防治的實際

成效。

3.2.1識別陷落柱的征兆。煤層形狀發(fā)生顯著變化，主要表現(xiàn)為陷落柱的中心軸與原來位置發(fā)生偏離，從而使得原來某個位置的煤層會發(fā)生15cm左右的位置移動（假設(shè)中心軸的傾角發(fā)生了8°的偏移）。如圖2所示，需要對陷落柱的剖面圖加以周期性的觀測。

煤層的裂隙增多，同時斷層特別是小斷層的數(shù)量明顯增加。這些斷層的走向與陷落柱中心軸同向，并且裂縫指向一個中心點，總體布局呈現(xiàn)

環(huán)形。

我們在采掘?qū)嵺`中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)這么一個現(xiàn)象，那就是某一處從某一個時候開始常常有淋水發(fā)生。這個時候我們就要注意了，這可能是陷落柱變化的征兆，

如果淋水時間持續(xù)較長，那么可能性就更大了。

3.2.2對煤礦井下陷落柱采取預(yù)防措施。在開采之前或者初期確定陷落柱的準確位置。在陷落柱的位置確認的技術(shù)上，我國通常采用的是三維物探技術(shù)。同時，結(jié)合運用多點鉆探技術(shù)，從而盡可能多地將開采規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的潛在陷落柱識別出來并進行準確定位。

確定含水層。上組煤的水害主要是由于煤層頂?shù)装逄幧皫r含水層的存在而產(chǎn)生的，這些含水層由于厚度和范圍的廣泛，因而儲量大，再加之陷落柱本身的分布偶然性，因此含水層的危害十分嚴重且難以控制。那么，對含水層從位置和大小等方面加以確定對于預(yù)防和治理陷落柱帶來的水害具有基礎(chǔ)性作用。

選擇合適的探測方法。對下組煤的勘探不可隨意進行，更不能使用深巷探測法來探測陷落柱，因為這很可能形成突水通道。被理論界和工程界證明有效的探測方法是鉆探與物探相結(jié)合的探測方法。另外，為防止突水通道而對陷落柱“穿裙帶帽”所采用的帷幕注漿法也是有效的。

加強對三級富水區(qū)的勘測和動態(tài)觀測。防治陷落柱的一項重要工作就是防止突水，而要防止陷落柱突水，對三級富水區(qū)的認知和了解是否明晰對防災(zāi)工作有直接影響。因此，在實踐中，運用三維物探技術(shù)和工程水文技術(shù)動態(tài)觀測記錄三級富水區(qū)的變化是被證明有效的和需要被重視的。

4結(jié)語

陷落柱對井下作業(yè)造成了諸多障礙和安全隱患，為此，作為煤礦施工方和管理方都應(yīng)該實事求是地分析煤井陷落柱形成的原因，并在此基礎(chǔ)上加強對富水區(qū)等重點區(qū)域的觀測和分析，從而做好井下陷落柱的預(yù)防和治理，進而為安全作業(yè)和經(jīng)濟作業(yè)保駕護航。

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