倫向前

摘要：煤礦井下陷落柱對(duì)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(duì)性的預(yù)防措施是煤礦企業(yè)和管理機(jī)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(duì)煤礦井下陷落柱的成因進(jìn)行了分析，歸納煤礦井下陷落柱的危害，并對(duì)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(hào)：TD163文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(huì)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(huì)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(duì)于煤炭開采地下作業(yè)是一個(gè)安全隱患和進(jìn)度障礙。在煤礦井下，陷落柱內(nèi)部及周圍巖層破碎、滲水嚴(yán)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(fēng)險(xiǎn)。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(shí)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(shí)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(gè)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(shí)間的推移會(huì)逐漸消融進(jìn)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(qiáng)，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?yàn)橹挥羞@樣，才能夠形成地下水，進(jìn)而加速對(duì)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(yùn)行才能夠加速進(jìn)行，從而對(duì)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(huì)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(xué)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(duì)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(shí)踐中，對(duì)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?yàn)槿绱?，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(jìn)而使得原本估計(jì)的煤炭?jī)?chǔ)量不得不打折扣，實(shí)際可開采量不及估計(jì)量，進(jìn)而影響煤礦的效益。

3.1.2嚴(yán)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(jì)為了保證通風(fēng)和通道的暢通，會(huì)盡量保持直線型，而當(dāng)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(jìn)速度不得不放緩，同時(shí)也使得礦道的支護(hù)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(duì)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(dòng)是通過陷落柱進(jìn)行的，或者說陷落柱加劇了礦井水及礦井瓦斯的危險(xiǎn)度。在掘進(jìn)的過程中，陷落柱的下組煤被揭露，那么陷落柱就會(huì)成為地下水通道，噴水事故便會(huì)隨之發(fā)生，嚴(yán)重威脅作業(yè)安全，造成經(jīng)濟(jì)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(gè)方面，首先是識(shí)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(gè)方面是連貫而不可分割的，只有做好前一項(xiàng)工作才能為后一項(xiàng)工作提供明確的用力對(duì)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(shí)際

成效。

3.2.1識(shí)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(gè)位置的煤層會(huì)發(fā)生15cm左右的位置移動(dòng)（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(duì)陷落柱的剖面圖加以周期性的觀測(cè)。

煤層的裂隙增多，同時(shí)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(gè)中心點(diǎn)，總體布局呈現(xiàn)

環(huán)形。

我們?cè)诓删驅(qū)嵺`中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)這么一個(gè)現(xiàn)象，那就是某一處從某一個(gè)時(shí)候開始常常有淋水發(fā)生。這個(gè)時(shí)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(shí)間持續(xù)較長(zhǎng)，那么可能性就更大了。

3.2.2對(duì)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(zhǔn)確位置。在陷落柱的位置確認(rèn)的技術(shù)上，我國(guó)通常采用的是三維物探技術(shù)。同時(shí)，結(jié)合運(yùn)用多點(diǎn)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(shí)別出來并進(jìn)行準(zhǔn)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(chǔ)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(yán)重且難以控制。那么，對(duì)含水層從位置和大小等方面加以確定對(duì)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(cè)方法。對(duì)下組煤的勘探不可隨意進(jìn)行，更不能使用深巷探測(cè)法來探測(cè)陷落柱，因?yàn)檫@很可能形成突水通道。被理論界和工程界證明有效的探測(cè)方法是鉆探與物探相結(jié)合的探測(cè)方法。另外，為防止突水通道而對(duì)陷落柱“穿裙帶帽”所采用的帷幕注漿法也是有效的。

加強(qiáng)對(duì)三級(jí)富水區(qū)的勘測(cè)和動(dòng)態(tài)觀測(cè)。防治陷落柱的一項(xiàng)重要工作就是防止突水，而要防止陷落柱突水，對(duì)三級(jí)富水區(qū)的認(rèn)知和了解是否明晰對(duì)防災(zāi)工作有直接影響。因此，在實(shí)踐中，運(yùn)用三維物探技術(shù)和工程水文技術(shù)動(dòng)態(tài)觀測(cè)記錄三級(jí)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(duì)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(shí)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(qiáng)對(duì)富水區(qū)等重點(diǎn)區(qū)域的觀測(cè)和分析，從而做好井下陷落柱的預(yù)防和治理，進(jìn)而為安全作業(yè)和經(jīng)濟(jì)作業(yè)保駕護(hù)航。

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