張 鑫

（陽煤集團(tuán)五礦，山西 陽泉 045000）

巖溶陷落柱是我國華北地區(qū)廣泛發(fā)育的一種極富區(qū)域特色的地質(zhì)現(xiàn)象，陽煤五礦井田所在的陽泉礦區(qū)也發(fā)育有大量陷落柱。這種特殊地質(zhì)現(xiàn)象的存在，不僅破壞煤層賦存，減少可采儲量，還會影響巷道的掘進(jìn)和煤層的開采，特定條件下甚至?xí)?dǎo)致突水和瓦斯積聚等安全問題。 因此，分析礦井陷落柱成因及其分布規(guī)律對礦井提高經(jīng)濟(jì)效益和安全生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。

1 工程概況

1.1 基本情況

五礦隸屬陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，井田范圍內(nèi)有兩個生產(chǎn)礦井，分別是貴石溝礦井和五林礦井。五礦井田總體為一單斜構(gòu)造，地層總的走向為北西～北北西向，傾向南西，傾角平緩，一般在3～15?。受區(qū)域構(gòu)造控制，井田內(nèi)總的構(gòu)造線方向為北北東及北東向， 發(fā)育有較平緩的褶皺群和層間小斷層，局部發(fā)育陡傾撓曲。主要發(fā)肓一些短軸褶曲，斷裂構(gòu)造較少，斷層規(guī)模一般較小，落差較大的多為逆斷層。井田內(nèi)陷落柱十分發(fā)育，井田在地質(zhì)勘探過程中就發(fā)現(xiàn)大量陷落柱，再加上多年的生產(chǎn)揭露，現(xiàn)在全井田共實際揭露陷落柱623個，其分采區(qū)統(tǒng)計見表1。

1.2 陷落柱的發(fā)育特征

礦井陷落柱的發(fā)育特征主要體現(xiàn)在以下五個方面：（1）從表1可以看出陷落柱總體數(shù)量多，實際揭露的已達(dá)到623個，且局部地區(qū)陷落柱密度大，已經(jīng)達(dá)到40個/km2。（2）陷落柱在井田內(nèi)分布不均衡，井田內(nèi)北部及西北部陷落柱發(fā)育相對較少。生產(chǎn)過程中回采工作面揭露陷落柱情況很少，有些工作面未揭露陷落柱。井田中部及南部較為發(fā)育，據(jù)生產(chǎn)實際統(tǒng)計平均每個工作面揭露陷落柱數(shù)量超過10個。（3）直徑較大的陷落柱經(jīng)常出現(xiàn)整體塌陷情況，造成其上覆煤巖層成層塌落。（4）以往揭露的陷落柱均充填密實，不存在導(dǎo)水情況，僅在8112工作面回采過程中揭露的一個陷落柱有潮濕現(xiàn)象，雖然生產(chǎn)中未發(fā)現(xiàn)陷落柱有導(dǎo)水的現(xiàn)象，但不能排除陷落柱導(dǎo)水的可能。（5）陷落柱直徑大小差異較大。資料顯示最大的直徑為385m，最小的直徑僅為2m，實際揭露發(fā)現(xiàn)以直徑為40～60m的居多，占總數(shù)的80%左右。

表1 陷落柱分布統(tǒng)計表

1.3 陷落柱的形態(tài)特征

礦井陷落柱的形態(tài)特征主要體現(xiàn)在以下兩方面：（1）陷落柱的平面形態(tài)多為橢圓形，少數(shù)為長圓形、近圓形，極個別為其他不規(guī)則形狀。（2）陷落柱的剖面形態(tài)以“上小下大”的圓錐狀最為常見，同時少數(shù)為“上大下小”的倒圓錐狀和上下尺寸基本一致的圓筒狀柱體。

2 陷落柱的成因分析

陷落柱又被稱為巖溶塌陷，它是巖溶發(fā)育到晚期的產(chǎn)物，巖溶的發(fā)育是陷落柱形成的前提條件，因此本文從巖溶產(chǎn)生的三個條件分析礦井陷落柱的成因。

2.1 有可溶性巖層

礦井陷落柱是由上部覆蓋的十分堅硬的非可溶性巖層塌陷形成的。首先是奧陶系中統(tǒng)聚集程度特別高的的硬石膏層發(fā)生水化，在這個過程中會形成較大的膨脹力，就會對上覆巖體產(chǎn)生擠壓，進(jìn)而將其擠碎，再加上石膏層及周邊巖層的溶蝕影響和地下水強徑流沖刷，從而形成空洞，接著上部石炭二疊系地層破碎的巖體向該空洞不斷崩塌、陷落以至冒頂, 就會形成礦井揭露的陷落柱?？梢钥闯錾鲜鍪鄬拥陌l(fā)育是陷落柱形成的先決條件，而陷落的規(guī)模則受地下水徑流水力作用強弱的影響。

2.2 有地下水強烈運動

地下水強烈運動也是礦井產(chǎn)生陷落柱的必要條件，地下水劇烈運動可分為三帶：飽氣帶、完全飽和帶和深層循環(huán)帶。其中完全飽和帶中，水流速度較高，呈水平運動，由于水流速度較高所以其沖力較大，進(jìn)而溶蝕作用較強。本井田位于娘子關(guān)泉域南部強徑流區(qū)，奧灰水位標(biāo)高+400～ +504m，區(qū)內(nèi)巖溶地下水的水力坡度約為3‰，奧灰地下水流向：由南向北向陽泉匯集，與區(qū)域西部徑流帶匯合后向在娘子關(guān)泉群分散排泄，礦井地下水活動強烈。

2.3 有地下水流通道

礦井井田處在冶西背斜，總體為一單斜構(gòu)造，地層總的走向為北西～北北西向，傾向南西，傾角平緩，一般在3?～15?，受構(gòu)造應(yīng)力影響明顯。在地層傾角走向變化部位和斷層附近形成構(gòu)造裂隙帶，這些裂隙成為地下水活動的理想通道。

3 陷落柱分布規(guī)律

3.1 礦井陷落柱的分布與構(gòu)造有密切關(guān)系

冶西背斜是礦井井田的主體背斜，對礦井陷落柱的布展規(guī)律有著較強的影響，且具有明顯的分帶特征。除此之外，礦井陷落柱的發(fā)育走向為帶條狀發(fā)育，自北偏東向斷層發(fā)育。由此可以得出礦井陷落柱分布與構(gòu)造有著密切關(guān)系，構(gòu)造是控制陷落柱發(fā)育程度的重要因素。

3.2 陷落柱分布與構(gòu)造線方向基本一致

從整體來看礦井陷落柱成“S”形發(fā)育，由北西方向至北東方向,其發(fā)育表現(xiàn)為冶西背斜和宋家莊向斜兩種,在這兩種發(fā)育走向中，陷落柱的平面形象為橢圓形，且長軸方向與構(gòu)造軸線走向基本一致。由此可以得出礦井陷落柱的分布與構(gòu)造線方向基本一致。

3.3 陷落柱密集成群分布

礦井陷落柱密集成群分布主要集中在南川河以南和聶家莊以北，勘測結(jié)果顯示，基本上沒有單個陷落柱發(fā)育的情況。由此可以得出礦井在已揭露的陷落柱中多呈密集成群分布。

3.4 陷落柱網(wǎng)絡(luò)帶狀分布

礦井陷落柱密集分布帶之間，陷落柱發(fā)育規(guī)模不大，整體呈帶狀發(fā)育，由此可以得出礦井陷落柱呈網(wǎng)絡(luò)帶狀分布。

3.5 陷落柱似等距性分布

根據(jù)實際勘測結(jié)果，礦井陷落柱之間都有一定的距離，而且兩個陷落柱之間的距離基本上相同，并非隨意分布，因此可以得出礦井陷落柱似等距分布。

4 結(jié)論

根據(jù)陽煤五礦勘探資料、鉆孔資料和實際生產(chǎn)過程中實測資料等，對礦井井田揭露的陷落柱的數(shù)量、發(fā)育特征和形態(tài)特征進(jìn)行統(tǒng)計描述，從有可溶性巖層、有地下水強烈運動和有地下水流通道三個方面對礦井陷落柱的成因進(jìn)行了分析，闡述了礦井陷落柱的分布與構(gòu)造的復(fù)雜程度有密切關(guān)系、陷落柱分布與構(gòu)造線方向基本一致、陷落柱密集成群分布、陷落柱網(wǎng)絡(luò)帶狀分布和陷落柱似等距性分布五個分布規(guī)律，對礦井提高經(jīng)濟(jì)效益和安全生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。