一、緒言

我國華北地區(qū)蘊藏著豐富的煤炭資源，隨著煤礦生產(chǎn)不斷向深部進行，越來越多的陷落柱被揭露。巖溶陷落柱是一種特殊類型的巖溶塌陷，是一種隱伏垂向構(gòu)造，在我國華北石炭二疊紀煤系地層中廣為分布。陷落柱的存在不僅造成煤炭損失、影響采掘生產(chǎn)，而且極易成為溝通地下巖溶水和巷道、采場的通道。長期以來，陷落柱問題是礦井地質(zhì)工作中的難點。由于陷落柱柱尤其是埋藏型陷落柱特殊的分布形態(tài)，難以在煤田勘探過程中查明，更難做到采掘工程布置前把握其存在的位置和規(guī)模，陷落柱已經(jīng)成為煤田開采中的一種地質(zhì)災害。因此分析研究華北地區(qū)陷落柱的成因及其發(fā)育規(guī)律，以找到合適的解決方法，具有重要的意義。

二、華北地區(qū)陷落柱的成因

華北地區(qū)陷落柱的成因比較復雜，但主要是由于以下的原因形成的：

華北地區(qū)石炭、二疊系煤系地層基底巖性為奧陶系中統(tǒng)峰峰組灰?guī)r，這是一種可溶性巖層，在這層灰?guī)r之下有一個很好的含水層，這個含水層在大部分地段屬于承壓含水層，在較長的地質(zhì)歷史發(fā)展過程中，灰?guī)r不斷受到構(gòu)造應力的作用，不同程度地發(fā)育著構(gòu)造裂隙，地下水沿裂隙形成地下水徑流，這就為地下水的溶蝕作用創(chuàng)造了有利條件，由于地下水不斷的溶蝕，溶洞愈來愈大，在地質(zhì)構(gòu)造應力和上覆巖層重力長期作用下，有些溶洞發(fā)生塌陷，覆蓋在上面的煤系地層也隨之陷落，因而破壞了煤層的完整性，形成了現(xiàn)在的陷落柱。

三、陷落柱的發(fā)育規(guī)律

1、陷落柱的發(fā)育特征規(guī)律 (1)：地貌上陷落區(qū)的形狀一般為近圓形或者橢圓形陷落盆地。外圍的巖層產(chǎn)狀正常而連續(xù)，盆地中常常被不同地層的巖煤的碎塊埴充，無層序，混亂堆積。（2）陷落柱的總體形態(tài)一般是上小下大的不規(guī)則椎形，個別地方也有上下一樣的圓柱狀．它們在水平切面上多呈橢圓和近圓形，直徑大小不一。（3）陷落柱的巖石棱角分明，形狀不規(guī)則，排列紊亂，大小混雜，為粘土充填粘結(jié)。如在某一層位觀察陷落柱的巖塊特征，可以發(fā)現(xiàn)它們都是來自同一層位上的各個巖層和煤層。（4）陷落柱與圍巖的接觸界面多呈現(xiàn)出不規(guī)則的鋸齒狀，界線明顯，接觸面的角度是上大下小，一般在50—85度之間，75度最常見，接觸處的圍巖產(chǎn)狀基本正常，接觸帶的煤層以及頂?shù)装逡话銦o牽連現(xiàn)象，接近陷落柱3—5米時，巖層裂隙發(fā)育，煤層十分破碎，有時可以見到落差不大的小正斷層，斷層的走向與柱體相切，傾向柱體。在陷落區(qū)的邊緣地帶有的柱內(nèi)千燥無水，有的有水，因不同地區(qū)而異。（5）陷落柱錐形體的中心軸與巖層層面近似垂直。因此，在傾斜巖層里陷落柱也發(fā)生歪斜，在水平的投影圖上，各煤層的陷落柱范圍并不是完全重疊。

2、陷落柱的空間分布規(guī)律 （1）華北地區(qū)陷落柱是在特定的地質(zhì)背景下、多種因素和條件綜合作用的產(chǎn)物，往往經(jīng)歷一個孕育、發(fā)生、發(fā)展的復雜過程。煤系基底奧陶系碳酸鹽巖的發(fā)育程度是陷落柱形成的前提，奧灰頂部古風化剝蝕巖溶發(fā)育帶是陷落柱形成的基礎，地下水徑流條件是不可缺少的水動力因素，以重力為主的動力作用是陷落柱形成的動力條件，地質(zhì)構(gòu)造是陷落柱發(fā)育的主導性控制因素，層滑構(gòu)造對陷落柱形成有著重要的影響。上述因素和條件制約著華北煤礦區(qū)陷落柱的空間分布，并與區(qū)域構(gòu)造演化息息相關。華北型煤田陷落柱的區(qū)域分布受大型構(gòu)造體系的控制，多分布在水平伸展作用形成的箕狀斷陷盆地或地塹式盆地內(nèi)；盆地內(nèi)的中小型次級構(gòu)造控制陷落柱的具體發(fā)育部位。（2）陷落柱的空間分布與層滑構(gòu)造的發(fā)育具有一致性。近年來研究發(fā)現(xiàn)，華北煤田普遍存在以石炭二疊紀煤系與中奧陶統(tǒng)灰?guī)r之間的假整合面為主滑面以及煤系中若干次級滑面共同組成的多級滑動構(gòu)造系。主滑面滑動強度大，它一方面造成本溪組徐家莊灰?guī)r（徐灰）以下的隔水層嚴重破壞和滑失，徐灰和奧灰實際上成為一個聯(lián)合水體；另一方面，主滑面對奧灰頂部充填帶破壞改造也比較徹底，從而為奧灰頂部巖溶洞穴的發(fā)育及初始陷落柱的形成創(chuàng)造了良好的條件。同時，煤系中次級滑面數(shù)量比較多，并派生一系列順層和垂直巖層的節(jié)理，使煤系巖層穩(wěn)定性受到破壞，為巖溶塌陷和陷落柱向上發(fā)展提供了有利條件。因此，陷落柱多分布在滑動構(gòu)造比較發(fā)育的井田，特別是滑動強度較大的淺部。這是前人研究中忽視的一個比較重要的方面。（3）華北型煤田陷落柱常成群出現(xiàn)，單個出現(xiàn)的情況比較少，并且有分區(qū)、分片、成帶分布的特點。這一特點除了與構(gòu)造、徑流條件等因素有關外，有人提出“共振論”，即在陷落柱形成過程中，巖溶地下水的波動變化頻率與上覆巖層的固有頻率相同時，地下水與蓋層產(chǎn)生共振，引起巖溶塌陷的連鎖反應。此外，陷落柱分布具有明顯的不均勻性，反映了華北埋藏型巖溶發(fā)育的極不均勻性以及地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件的復雜多變和差異性。

四、結(jié)束語

華北地區(qū)巖溶陷落柱已成為礦井開采中最主要的地質(zhì)災害之一，分析研究并進一步認識其發(fā)育特征、規(guī)律，對于防治陷落柱形成的危害具有重要的意義。