煤礦井下陷落柱的判斷和處理

姚青璽

摘 要：陷落柱對(duì)井下安全生產(chǎn)構(gòu)成一定的威脅，因此，煤礦井下對(duì)陷落柱的判斷和處理至關(guān)重要。本文闡述了井下陷落柱的觀測(cè)、判斷和處理方法，以期為煤礦井下安全生產(chǎn)提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：陷落柱；觀測(cè)；判斷；處理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.078

當(dāng)煤層底板存在可溶巖時(shí)，如碳酸鹽巖，在地下水的不斷溶蝕下，可溶巖逐漸塌落，導(dǎo)致其上覆巖層隨之冒落而形成柱狀的塌陷體，這種柱狀塌陷體稱為喀斯特陷落柱，簡(jiǎn)稱陷落柱。陷落柱穿過煤層成為無煤區(qū)，減少了煤炭?jī)?chǔ)量。如果煤礦井下主要開拓巷道穿過陷落柱，將會(huì)加大巷道支護(hù)和頂板控制的難度，增加掘進(jìn)和維護(hù)費(fèi)用。陷落柱發(fā)育的地區(qū)難以布置出綜采工作面；如果工作面內(nèi)包藏多個(gè)陷落柱，采煤機(jī)組和液壓自移掩護(hù)支架無法使用。在水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井，陷落柱可能導(dǎo)致涌水量增大，對(duì)安全生產(chǎn)構(gòu)成威脅。因此，煤礦井下對(duì)陷落柱的判斷和處理至關(guān)重要。

1 陷落柱的觀測(cè)

陷落柱的判斷和處理的基礎(chǔ)是準(zhǔn)確的觀測(cè)。對(duì)于陷落柱的觀測(cè)，除了要描述陷落柱的形狀、大小和陷落角外，還要詳細(xì)記錄陷落柱填充物的巖性及其所屬層位、填充物的密實(shí)程度和透水性，對(duì)于陷落柱附近煤層的厚度、傾向、傾角和走向也要有所記錄。具體觀測(cè)內(nèi)容如下：

1.1 陷落柱的形狀、大小

陷落柱在立面投影圖上一般呈現(xiàn)為上小、下大的圓錐形，也有部分陷落柱呈現(xiàn)出上下同樣粗的柱狀或者上大、下小的漏斗狀。其形狀和大小是觀測(cè)的基礎(chǔ)內(nèi)容。

1.2 陷落柱的柱體物質(zhì)

由陷落柱的成因可知，陷落柱內(nèi)的填充物都是其上覆巖層冒落形成的，無論從哪一層位觀察，巖塊都來自其上方的各巖、煤層。對(duì)于柱內(nèi)填充物，要詳細(xì)記錄其巖性、密實(shí)程度和透水性等。

1.3 陷落柱與圍巖的接觸面

可溶巖上覆巖層冒落時(shí)，通常為逐步塌陷，所以陷落柱與周圍巖層的接觸面一般為不規(guī)則的鋸齒狀，這也是由其成因所導(dǎo)致的。接觸面一般呈60°～80°傾角。當(dāng)遇到堅(jiān)硬巖層時(shí)，接觸面向外突出，當(dāng)遇到松軟巖層則相反。

2 陷落柱的判斷

（1）煤、巖層產(chǎn)狀發(fā)生變化。一般情況下，臨近陷落柱時(shí)，煤巖層產(chǎn)狀稍有變化，向陷落柱中心傾角增大或減小，傾角變化多在3°～6°之間，個(gè)別可達(dá)10°以上，如圖1所示。

（2）裂隙和小斷層增多。喀斯特塌陷過程中，在陷落柱周圍的煤、巖層中形成一些張性裂隙和小型正斷層。斷層面大多傾角較陡，走向平行于柱面的切線方向，或呈弧形平行于柱面。斷層落差很小，走向延伸不長，短者2～3m，長者10m左右，沿傾向往往消失于煤層中。

（3）煤出現(xiàn)風(fēng)氧化現(xiàn)象。在靠近陷落柱的煤層中，煤常常不同程度地遭受風(fēng)氧化，輕則光澤變暗，灰分略高，煤質(zhì)松軟，重則風(fēng)化成粉末狀。煤的風(fēng)氧化程度和影響范圍與陷落柱的大小、裂隙發(fā)育程度、距地表的深度和地下水的活動(dòng)情況有關(guān)。

（4）煤層中擠入破碎巖塊。在鄰近陷落柱的煤層中，因局部煤質(zhì)松軟，陷落巖塊常嵌入煤層。擠入煤內(nèi)的巖塊棱角分明，但并未引起煤層層理和頂、底板的異常變化。

（5）地下水涌出量增大。陷落柱既可以積聚地下水，又可以是連接富水層的良好通道。

3 陷落柱的處理方法

陷落柱的處理要從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)全過程進(jìn)行考慮。首先在工作面布置或巷道開拓時(shí)，要盡量考慮把陷落柱作為煤柱一部分進(jìn)行留設(shè)，即在設(shè)計(jì)之初，就避開過陷落柱，從而減少煤炭的所示，提高生產(chǎn)安全和穩(wěn)定。

當(dāng)觀測(cè)不準(zhǔn)確導(dǎo)致在巷道掘進(jìn)過程中遇到陷落柱時(shí)，要分情況進(jìn)行處理。如果掘進(jìn)的是礦井的開拓巷道、準(zhǔn)備巷道等主要生產(chǎn)巷道，為避免整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)，應(yīng)按設(shè)計(jì)直接穿過陷落柱開展施工。但在此過程中，必須做好防水、防瓦斯突出等工作，確保掘進(jìn)安全。如果掘進(jìn)的是回風(fēng)巷、聯(lián)絡(luò)巷、瓦斯抽排巷等非主要巷道，可繞過陷落柱掘進(jìn)，避免掘進(jìn)困難的同時(shí)也能對(duì)陷落柱進(jìn)行準(zhǔn)確的巷探。

當(dāng)工作面回采過程中遇到陷落柱時(shí)，要根據(jù)陷落柱的形狀、大小和位置進(jìn)行處理。如圖2所示，在采煤工作面不同位置上有3個(gè)陷落柱，其長軸方向與煤層傾向一致。圖中左下角的陷落柱位于運(yùn)輸巷和開切眼交匯處，采用開斜切眼，回采時(shí)擺尾式開采，將工作面調(diào)整到正常位置。對(duì)工作面中部的陷落柱，如果面積不大，可采用強(qiáng)行硬割的辦法通過陷落柱；如果面積較大，則需要預(yù)先開掘新開切眼，當(dāng)工作面推進(jìn)到陷落柱左側(cè)時(shí)倒面搬家，跳過陷落柱繼續(xù)回采。當(dāng)陷落柱位于風(fēng)巷和上山交匯處時(shí)，采用縮短工作面長度或者用減小刮板輸送機(jī)機(jī)尾進(jìn)尺的辦法避開陷落柱。

參考文獻(xiàn)：

[1]李增學(xué).煤礦地質(zhì)學(xué)（第2版）[M].北京：煤炭工業(yè)出版社， 2013.

[2]孫慶貴.巖溶陷落柱對(duì)煤礦的影響與處理措施[J].科技風(fēng)， 2008（01）.

[3]朱友莉，顏賢華，向先富.陷落柱成因及其開采時(shí)的處理方法[J].煤炭工程師， 1991（04）.