史賢章

(陽泉煤業(yè)集團(tuán)一礦，山西 陽泉 045000)

1 井田陷落柱特征及發(fā)育規(guī)律

從該礦礦區(qū)巖溶陷落柱平面展布情況來看，巖溶陷落柱呈群分片出現(xiàn)。從井下揭露情況來看，陷落柱比較集中分布于井田的中部區(qū)域，自南往北陷落柱數(shù)量增多、密度變大。但每個陷落柱的具體位置分布沒有明顯的規(guī)律性，從煤層底板上看，陷落柱群的大致方向為NW-SE向，且在巨溝村背斜、煙咀-高家溝-常家溝向斜和楊家峪-紅簡溝-周家山背斜有大量陷落柱發(fā)育，占總數(shù)80%以上。陷落柱的形態(tài)特征是指陷落柱的三度空間形狀?，F(xiàn)以3#煤層揭露的陷落柱為例，從陷落柱的平面和剖面形態(tài)和中心軸等方面揭示整個陷落柱的形態(tài)特征。

(1)平面形態(tài)

它是指陷落柱與地面、水平切面或煤層面的交線形態(tài)。一般呈橢圓形，也可呈圓形、蠶豆形或長條形等。本礦井田內(nèi)的陷落柱在煤層底板上的平面投影形狀大多呈橢圓形，極少數(shù)為不規(guī)則形或似圓形。陷落柱的直徑大小相差懸殊，最大的直徑為385m，最小的僅為10m。陷落柱長軸方向性不太明顯，但大體上可以看出有三組方向較為發(fā)育。即320°～330°一組較為發(fā)育，以10°～20°、80°～90°兩組次之。通過對3#煤層揭露的陷落柱長軸方向進(jìn)行統(tǒng)計，可以得出：陷落柱長軸方向以北西方向為主，占總數(shù)的47%。

(2)剖面形態(tài)

它是指沿陷落柱中心軸切剖面的陷落柱形態(tài)。剖面形態(tài)與所穿透的各巖層的巖石性質(zhì)有關(guān)，如果陷落柱穿過極易塌陷的含水松軟巖層(如第四紀(jì)沖積層或裂隙發(fā)育的泥質(zhì)巖層)，則剖面形態(tài)多至上大下小的漏斗狀；如果穿過不易塌陷的、巖性均一的堅硬巖層(如砂巖、砂礫巖、礫巖和石灰?guī)r層)，則剖面形態(tài)多至上小下大的錐形，錐面與水平面的交角為60°-80°；如果穿過巖性不均一的巖層，則剖面形態(tài)很不規(guī)則，但總體仍是錐形柱狀。陷落柱的柱體形態(tài)并不很規(guī)則，根據(jù)揭露的情況來看，陷落柱在剖面上呈切頂錐體形態(tài)出現(xiàn)，陷落角一般為78°～80°，一般下部比上部大。且柱體多傾斜，傾斜方向不一。

(3)陷落柱的中心軸

陷落柱的中心軸是指陷落柱各平面形態(tài)的中心點的連線。通常，中心軸垂直于所穿過的巖層層面。由于陷落柱穿過的各巖層的產(chǎn)狀、巖石性質(zhì)和裂隙發(fā)育程度常有變化，因此，中心軸大多不是垂直的，而是歪斜的，甚至呈扭轉(zhuǎn)狀態(tài)。原因分析：后期構(gòu)造造成影響，柱體部分層段出現(xiàn)水平錯位；陷落柱形成過程中，覆巖層成分密度不均，其豎向力學(xué)性質(zhì)在各個方向切割力不同，使得陷落柱超薄弱一側(cè)移動。從剖面上幾個煤層揭露同一陷落柱研究，多數(shù)中軸線位置均有偏移，3號～12號煤層(層間距90米)的偏移距離最大為30～40米，12號～15號煤層(層間距40米)的偏移距離最大為20米。掌握中心軸的傾伏向、傾伏角及其變化規(guī)律，對于準(zhǔn)確預(yù)測下部煤層、下部水平陷落的平面位置非常重要。

2 陷落柱的突水防治技術(shù)研究

2.1 陷落柱突水機(jī)理

陷落柱成分繁雜多樣，外部邊緣受斷層、穿層等影響，采礦活動造成周圍圍巖穩(wěn)定性發(fā)生變化，出現(xiàn)新的裂隙。通常柱體邊界多存有裂隙帶、破碎帶等，均為該區(qū)域巖體的薄弱帶，陷落柱突水多與煤層采動相關(guān)。

2.2 陷落柱突水的防治技術(shù)

煤炭開采中，礦工要實時掌握陷落柱圍巖特性及突水征兆，做好現(xiàn)場的預(yù)測工作，可采用超前鉆探、陷落柱成分分析等手段進(jìn)行鑒別。運用瞬變電磁法、地質(zhì)雷達(dá)、物探技術(shù)等確定陷落柱的位置上及富水性。

陷落柱的技術(shù)預(yù)防措施分為預(yù)防類、截流灌漿兩大類。預(yù)防類首先探明陷落柱的具體范圍，采礦時繞行陷落柱區(qū)域，設(shè)置防水煤巖柱等；截流灌漿類通常采用堵、截、引、固等技術(shù)將滲透液或骨料注入陷落柱斷裂破碎帶含水層間隙等，達(dá)到固結(jié)效果，形成隔水帶，以增加圍巖隔水性能。該技術(shù)包含止水帽技術(shù)預(yù)注漿技術(shù)、直接封堵技術(shù)、帷幕注漿技術(shù)、引流注漿技術(shù)、巷道截流技術(shù)等。陷落柱發(fā)生水害后，對出現(xiàn)的空洞和采取充填，從而將動水流轉(zhuǎn)換為滲透流，改良膠結(jié)效果、縮減空隙率、預(yù)注漿或截流注漿一定量后，漿液不可能通過小裂隙擴(kuò)散到已封閉的較小裂隙以外的區(qū)域，該情況，引流注漿通過泵壓將漿液沿著大通道流動，在引流水壓差和泵壓的雙重作用下，流至未填充好的區(qū)域。為保障垂向?qū)卫硇Ч?，阻斷?dǎo)水通道下部水源，可設(shè)立人工阻水塞。

要結(jié)合陷落柱類型，選擇適當(dāng)?shù)姆乐嗡夹g(shù)。針對不充水型陷落柱可采取在其周邊采用水泥砂漿加固的方式，同時在巷道中設(shè)立密閉墻；針對充水性陷落柱，生產(chǎn)過程中一旦揭露，首先安排人員速度撤離，并對巷道或工作面采取封閉措施，采用帷幕注漿方式，切斷導(dǎo)水通道，達(dá)到治理目標(biāo)。

3 結(jié)論

實踐表明，多數(shù)陷落柱屬于不導(dǎo)水類別，但是在采動影響下，可能演變?yōu)閷?dǎo)水陷落柱，為此，需要正確認(rèn)識陷落柱的分布規(guī)律、詳盡掌握其突水機(jī)理，對于預(yù)防陷落柱突水事件、防治突水應(yīng)急處理具有積極意義。