侯春明

（山西金暉隆泰煤業(yè)有限公司，山西 長治 046500）

淺析礦井陷落柱成因、對(duì)煤礦開采的影響及處理措施

侯春明

（山西金暉隆泰煤業(yè)有限公司，山西 長治 046500）

陷落柱會(huì)對(duì)煤礦的生產(chǎn)和管理帶來諸多問題和隱患。分析了巖溶陷落柱的成因及其特征（形狀、大小、柱體物質(zhì)，與圍巖的接觸面），歸納了陷落柱對(duì)煤礦井下采掘工程的影響因素，對(duì)如何處理陷落柱提出了相應(yīng)方法和措施。只要施工單位能根據(jù)施工工程的具體技術(shù)要求施工，根據(jù)具體情況采取相應(yīng)措施，就能處理好陷落柱問題。

煤礦；陷落柱；成因；影響；處理方法

在煤礦井下施工作業(yè)過程中，時(shí)常揭露和遇到陷落柱。陷落柱的出現(xiàn)給煤礦生產(chǎn)和安全管理帶來很多問題和隱患。為保證煤礦礦井安全生產(chǎn)，提高礦井的抗災(zāi)能力，有必要對(duì)陷落柱的成因、影響有一定的認(rèn)識(shí)，并采取具有針對(duì)性的方法和措施進(jìn)行應(yīng)對(duì)。

1 陷落柱的成因及特征

1.1 陷落柱的成因

有石灰?guī)r分布的地帶，在地下水的長期侵蝕作用下，石灰?guī)r層中形成大量的巖溶空洞，溶洞規(guī)模不斷擴(kuò)大，洞頂巖層在重力及其他因素的誘導(dǎo)下向下坍塌。與此同時(shí)，地下水的活動(dòng)又不斷地對(duì)坍落的巖石進(jìn)行破壞，以化學(xué)或機(jī)械方式進(jìn)行搬運(yùn)，維持塌落空間，使坍塌由下而上不斷發(fā)展，最終形成鑲嵌于煤系地層內(nèi)豎直狀的碑石堆積體——巖溶陷落柱。

巖溶陷落柱是巖溶塌陷多次反復(fù)長期積累的結(jié)果。巖溶塌陷與地下水位的頻繁升降和侵蝕基準(zhǔn)面的變化密切相關(guān)。多煤層、多旋回、多無炭柱是地殼小振蕩運(yùn)動(dòng)在成煤作用、沉積作用、構(gòu)造作用3個(gè)方面的具體表現(xiàn)。

巖溶是形成陷落柱的基本條件，巖溶發(fā)育必須具備以下4個(gè)條件：①有可溶性的巖（礦）層；②有地下水的良好通道；③有豐富、飽和的侵蝕性水質(zhì)；④有地下水的排泄口，以便加劇地下水的交替作用。

1.2 陷落柱的特征

1.2.1 陷落柱的形狀大小

陷落柱多為上小下大的圓錐體，也有上大下小或上下一樣粗細(xì)的柱狀體。在縱剖面上的形態(tài)呈漏斗狀、錐狀或不規(guī)則狀。在水平切面上的形態(tài)，多為似圓形、似橢圓形，也有長條形、不規(guī)則形，截面的直徑有幾米到幾百米。如在山西靈石附近煤礦井下揭露的陷落柱有十幾處，截面直徑在8~63m。塌落到地表的陷落柱地形上表現(xiàn)為近圓或橢圓的陷落盆地，盆地內(nèi)巖層產(chǎn)狀雜亂，層次不清，盆地周圍巖層因受塌陷影響而略顯彎曲，多向陷落區(qū)內(nèi)傾斜。

陷落柱柱體的高度大小不一，小的幾十米，只穿過幾個(gè)或幾十個(gè)煤巖層，大者高度達(dá)數(shù)百米。

1.2.2 陷落柱的柱體物質(zhì)

由塌落的溶洞上方的各巖石層、煤層組成，陷落柱的煤巖碎塊，一般棱角分明，形狀不規(guī)則，排列紊亂，大小混雜。古老的陷落柱中的巖塊多被膠結(jié)，近代塌陷的巖塊呈松散堆積。陷落柱大多干燥無水，有的陷落柱柱體內(nèi)存有少量空隙，內(nèi)存有一定量積水。有的陷落柱與含水層導(dǎo)通，可能造成突水淹井事故。

1.2.3 陷落柱與圍巖的接觸面

多呈不規(guī)則的鋸齒形，界面明顯，柱面傾角一般為60°～80°，在堅(jiān)硬巖層處突出，在松軟巖層處凹進(jìn)。陷落柱周圍小型斷層也較為發(fā)育。

2 陷落柱對(duì)煤礦井下的影響

2.1 破壞煤層的連續(xù)性和煤炭開采量，破壞可采煤層，減少煤炭儲(chǔ)量

陷落柱是上層巖層的陷落，而本身不是煤層，因此，陷落柱又被稱為“無炭柱”。這些“無炭柱”使得原本連續(xù)的煤層出現(xiàn)斷失，進(jìn)而使原本估計(jì)的煤炭儲(chǔ)量不得不打折扣。實(shí)際可采儲(chǔ)量不及估計(jì)量，從而影響了煤礦效益。

2.2 嚴(yán)重影響煤礦采掘施工，制約機(jī)械化作業(yè)，降低礦井效益

陷落柱的存在影響綜采工作面的正常布置，造成工作面強(qiáng)行搬家，甚至采煤工藝由機(jī)采改為炮采；增加巷道掘進(jìn)量；由于陷落柱柱體內(nèi)巖石紊亂無序，巖石力學(xué)性能差，同時(shí)增加了巷道支護(hù)難度和支護(hù)成本。

2.3 礦井作業(yè)安全面臨多個(gè)挑戰(zhàn)，易引發(fā)礦井安全事故

陷落柱附近的煤巖層裂隙發(fā)育，柱體內(nèi)巖塊更是雜亂破碎，容易發(fā)生冒板、片幫事故；高瓦斯礦井在接近陷落柱處，工作面瓦斯涌出量可能會(huì)急劇增大，管理疏忽易發(fā)生瓦斯事故；帶壓開采的礦井，遇導(dǎo)水陷落柱是可能發(fā)生礦井突水事故。

3 煤礦生產(chǎn)對(duì)陷落柱的治理方法和措施

3.1 設(shè)計(jì)方面對(duì)陷落柱的處理

對(duì)于已知的陷落柱，在設(shè)計(jì)時(shí)，盡量把陷落柱留設(shè)在煤柱中，既減少煤炭損失，又保證生產(chǎn)安全。對(duì)于回采工作面內(nèi)，可根據(jù)陷落柱的位置、大小確定是否配巷而繞過陷落柱。

3.2 掘進(jìn)期間遇陷落柱

若是礦井主要巷道，應(yīng)按原設(shè)計(jì)施工直接穿過陷落柱，同時(shí)要特別注意防止礦井水或瓦斯的涌出，提前做好工作面后路排水能力的保障工作，做好一旦瓦斯涌出量超限時(shí)的通風(fēng)管理措施，做好巷道圍巖一旦破碎而采取加強(qiáng)支護(hù)的支護(hù)材料準(zhǔn)備工作。如果是沿煤層布置施工的巷道，要采取定向定坡的方式穿越陷落柱，巷道坡度的確定，可參照巷道遇陷落柱前10～30m范圍煤層在巷道內(nèi)沿施工方向上的實(shí)際煤層傾角，以保證巷道在穿過陷落柱后，仍處在設(shè)計(jì)煤層層位內(nèi)，防止巷道層位偏離。也可采取鉆探方式提前按預(yù)定方位和坡度測定陷落柱另一側(cè)的煤層位置，驗(yàn)證所選定巷道定坡的準(zhǔn)確性，如圖1所示。

圖1 掘進(jìn)巷道過陷落柱示意圖

圖2 回采工作面過陷落柱示意圖

當(dāng)工作面順槽巷道穿過巷道后，采取鉆探的方法探測陷落柱的范圍。

3.3 鉆探

在井下可通過鉆探的方式查明陷落柱的范圍。在巷道內(nèi)布置探測陷落柱的鉆孔，應(yīng)根據(jù)施工方向布置平行孔或扇形孔。探查回采工作面內(nèi)部有無陷落柱，一般布置扇形孔，孔距應(yīng)略小于本礦區(qū)已知陷落柱的平均直徑。

3.4 回采工作面內(nèi)遇到陷落柱

一般應(yīng)先探明其形狀、大小、位置，然后采取處理方法，如圖2所示。在回采工作面內(nèi)不同位置各有1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，采用斜切眼布置，回采時(shí)調(diào)斜工作面上頭方式開采，將工作面調(diào)整到正常位置。對(duì)于工作面中部的陷落柱，如果面積不大，采用強(qiáng)行硬割的方法通過陷落柱（過陷落柱地段巖層堅(jiān)硬時(shí)要超前工作面處理）；如果面積較大，則需要預(yù)先開掘配切眼，當(dāng)工作面推進(jìn)到陷落柱邊沿時(shí)，倒面搬家，跳過陷落柱繼續(xù)回采。當(dāng)陷落柱位于回風(fēng)巷側(cè)時(shí)，可采用預(yù)先配巷，縮短工作面長度，推過陷落柱后延長工作面長度的方法避開陷落柱。

4 結(jié)束語

在煤礦井下施工中，遇到或揭露陷落柱，要根據(jù)施工工程的具體技術(shù)要求，結(jié)合所揭露陷落柱的位置、大小等具體情況，采取具有針對(duì)性的處理方法和措施，同時(shí)加強(qiáng)頂板支護(hù)、通風(fēng)瓦斯、施工涌水排放等方面的現(xiàn)場管理措施，這樣就能夠安全順利地處理好陷落柱問題。

Analysisof Causesof Mine Collapse Column on the Impact of Coal Mining and Treatment Measures

Hou Chunm ing

The fall in the production andmanagementof the coalminesof the columnwillbringmany problemsand pitfalls.The paperanalyses the causesand characteristicsofkarstcollapse column(Shape,size,cylindersmaterial,contactsurfacewith the surrounding rock),summarizes the influence factorsofmining engineering collapse column in coalmine underground,on how to dealwith the collapse column itputs forward correspondingmethodsandmeasures.As long as the construction unitsaccording to the concrete construction technology requirementsof the projectconstruction,to take correspondingmeasuresaccording to the specific circumstances,can handle the problem ofcollapsing column.

coalmine;collapse columns;causes;influence;method

TD822+.3

A

1000-8136（2013）02-0144-02

侯春明，男，1964年6月出生，河南省?？h人，1986年畢業(yè)于河北峰峰煤礦學(xué)校采煤專業(yè)，中級(jí)采礦工程師。

（編輯：王靜）