岩溶陷落柱探查与治理

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恒源煤矿岩溶陷落柱探防的关键举措创新

恒源煤矿岩溶陷落柱探防的关键举措创新摘要：恒源煤矿Ⅱ633工作面初采期间，突遇岩溶陷落柱灾害，导致工作面生产间断，若采用常规的陷落柱探防技术手段防治，将造成工作面停产数月、切眼重掘、综采设备重新拆、装、老空充填加固等众多工程，并将导致数千万元经济损失的严重后果。

为减小灾害的影响，降低损失，矿地测防治水技术人员提出了应对灾害的关键举措---强推硬过岩溶陷落柱的技术方案。

他们以严谨的数据分析、科学的专业论断、完善的应急预案和切实可行的举措，成功地消除了恒源3#岩溶陷落柱的重大突水威胁，避免了数千万元的重大经济损失，为矿井的安全有序生产创造了有利条件。

同时也为类似矿井灾害的防治，探索出了一条全新的水害防治技术方法。

关键词：岩溶陷落柱；突水；注浆加固；关键举措；评价1.矿井及工作面概述1.1恒源煤矿概况华北型煤田安徽恒源煤电股份有限公司煤矿（简称：恒源煤矿）位于安徽省淮北市濉溪县刘桥镇境内。

井田面积约19.1km2，矿井采用立井、主石门集中运输大巷开拓方式。

一水平标高－400 m，二水平标高－600m。

矿井设计年生产能力为60万t，经先后三期技改后，矿井实际生产能力达240万t/a，截至2018年底，矿井剩余可采储量3298.4万t。

恒源煤矿井处于华北板块南缘大吴集复向斜南部的次级褶曲土楼背斜西翼，总体为一走向北北东，向西北方向倾斜的单斜构造，次级褶曲较为发育，矿井地质构造较为复杂，已实际揭露3个岩溶陷落柱，煤层火成岩、天然焦、冲刷区均较发育。

井田主采二叠系下石盒子组4煤层及山西组6煤层，倾角一般3～15°，属稳定中厚煤层。

矿井水文地质条件复杂，在开采深部6煤时，主要受到6煤下伏石炭系太原组灰岩水的危害。

该含水层岩溶裂隙水丰富，井下钻孔揭露时，单孔涌水量最大达310m3/h以上，涌水量大且稳定。

1.2Ⅱ633工作面概况Ⅱ633工作面是恒源煤矿Ⅱ63采区的第二个工作面，同时也是建矿以来储量最大、埋藏最深的工作面，设计为综采面。

陷落柱防治措施

陷落柱防治措施1、做好预测预报工作，掘进施工前应做好超前物探工作。

2、在物探可疑区域前应按规程规定设置警戒线、探水线。

3、在施工至设置的探水线位置后，必须设计探测钻孔，确定陷落柱长、短轴的长度，取芯判别陷落柱垮落高度，同时探清陷落柱含水情况。

4、如果不再施工陷落柱，应按规程规定留设，陷落柱保护煤（岩）柱，并在充水性图、工程平面图上标明其位置，并建好台帐卡片。

5、如果要继续向前施工，应按陷落柱是否含水的情况，分别采取措施。

（1）不含水；A：在陷落柱影响带做好水仓，并备好排水设施。

B：在陷落柱影响带边缘起加强支护，用好前探梁或其它临时支护措施。

C：设计好钎探验证孔及在每个掘进循环前按设计施工，无异常情况才能掘进。

D：陷落柱带中应按实际情况确定支护方式，特别要考虑，底板受水后，易软化下的特点及受压后巷道易发生底鼓等特点。

E：陷落柱及其影响带应加强顶板压力情况观测，并建立预警机制，防止滞后垮塌事故。

F：回采时，应根据陷落柱发育情况，如采陷落柱发育（宽度大或位于工作面间时，应采用跳采方式，补做切眼回采，停采线应划定在周期，陷落柱发育在工作面机、风巷时，可补做巷道进行回采。

（2）含水时：A：应采用管棚+注浆方式施工，处理好后，才能掘进。

其余：同上。

勘探不良钻孔防治措施1、井田历年的勘探孔封孔情况，建立台帐，并将封堵不良的钻孔。

上在矿井充水性图上。

2、在掘进回采前做好观测预报工作，采用物探方式进行超前探测，确定其在煤层中具体位置，并探明水害情况。

3、在距钻孔30米时，做好排水沟及水仓，并备好抽排水设备（巷道不能自排的情况）。

4、在掘进或回采到距钻孔30米时，进行钻孔施工，排放钻孔积水，放水孔要有专门的设计及安全防护措施。

5、在孔内流量稳定后，流量≤20m3/h时，可以继续向前掘进（或回采）如果水量≥20 m3/h时，且排放时间长，可以采用注浆封堵方式处理，封堵高度不得小于回采后导水裂隙带高度。

6、掘进后，巷道应根据顶板受水侵蚀后的实际情况，及时加强支护，防止发展生顶板置落事故。

岩溶陷落柱

作面内部陷落柱时，一般宜采用扇形孔布置
钻孔圈定采面内陷落柱示意图

2、巷探：
为了查明陷落柱的确切位置、大小、形状以及其
对煤层的破坏程度，对没有突水危险的陷落柱，
可利用小断面的巷道进行探测。

3、物探：微重力勘探无限电波透视瑞雷波勘探电法地质雷达（电磁波）

地震波CT
槽波勘探
岩溶陷落柱
主讲：宋达达回答：马一开
岩溶陷落柱
一、陷落柱特征
二、陷落柱成因三、陷落柱对煤矿生产的影响四、陷落柱的探测
五、煤矿生产中对陷落柱的处理
一、陷落柱特征

岩溶陷落柱是岩溶空洞塌陷的产物，它是由于下伏易溶岩层，经地下水强烈溶蚀，形成大的溶洞，从而引起上覆岩层失稳，向溶洞中冒落、塌陷所形成的筒状柱体，简称陷落柱。陷落柱是影响煤矿生产的特殊地质条件之一，在我国华北石炭二叠纪煤田中普遍分布，目前全国矿井已揭露岩溶陷落柱7000～8000个，主要分布在山西、河北、河南、山东、安徽、四川等地，其中以山西、河北最为发育。
Thanks
主讲：宋达达回答：马一开
C.洞穴的顶部逐渐坍陷；
D.最后的拱顶坍陷
三、陷落柱对煤矿生产的影响
（1）破坏可采煤层，减少煤炭储量（2）影响正规采煤，制约机械化作业（3）提高掘进率，降低矿井效益（4）陷落柱对煤矿安全生产造成影响

四、陷落柱的探测

1、钻探：
在探查巷道掘进前方陷落柱时，应根据巷道施工
方向，平行布置或扇形布置钻孔；在探查回采工
齿状。界限明显。

牵引不明显，但有时可见接触带的煤层受较大影

多种勘探手段排查岩溶陷落柱的突水性

ＳｕｎＬｉｘｉｎ，ＺｈａｏＣｈａｎｇｚｈｅｎｇ（ＧｅｏｐｈｙｓｉｃａｌＰｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇａｎｄＳｕｒｖｅｙｉｎｇＴｅａｍ，ＳｈａｎｄｏｎｇＢｕｒｅａｕｏｆＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，Ｔａｉａｎ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ２７１０００）
第２９卷５期
２０１７年５月
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－１８０３．２０１７．０
地
质
Ｖｏ１．２９Ｎｏ．０５Ｍａｖ．２０１７
Ｃ０ＡＬＧＥ０ＬｏＧＹｏＦＣＨＩＮＡ
中国分类号：Ｐ６１３文献标识码：Ａ
ＫａｒｓｔｉｃＳｕｂｓｉｄｅｄＣｏｌｕｍｎＷａｔｅｒＢｕｒｓｔｉｎｇＰｒｏｐｅｒｔｙＥｘａｍｉｎａｔｉｏｎｔｈｒｏｕｇｈＭｕｌｔｉｐｌｅＰｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇＭｅａｎｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｉｄｅｎｔｉｆｙｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅｓｕｓｐｅｃｔｅｄｋａｒｓｔｉｃｓｕｂｓｉｄｅｄｃｏｌｕｍｎｗｏｕｌｄｃａｕｓｅｗａｔｅｒｂｕｒｓｔｉｎｇｔｈｒｅａｔｉｎｃｏａｌｍｉｎｅｗｉｎｎｉｎｇｄｉｓｔｒｉｃｔ，ｍｕｌｔｉｐｌｅｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇｍｅａｎｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇ３Ｄｓｅｉｓｍｉｃ，ｅｌｅｃｔｒｉｃｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ，ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｄｉｌｒｌｉｎｇ，ｗｅｌｌｌｏｇｇｉｎｇａｎｄｐｕｍｐｉｎｇｔｅｓｔｈａｖｅｂｅｅｎｕｓｅｄｔｏｃａｒｒｙｏｕｔｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ３Ｄｓｅｉｓｍｉｃｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇｐｒｅｓｔａｃｋｍｉｇｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎａｌｙｚｅｄｓｕｂｓｉｄｅｄｃｏｌｕｍｎｓｐａｔｉａｌｅｘｔｅｎｄｉｎｇ；ｅｌｅｃｔｒｉｃｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇｉｎｔｅｒｐｒｅｔｅｄｓｕｂｓｉｄｅｄｃｏｌｕｍｎｉｍｐａｃｔｉｎｇａｒｅａｗａｔｅｒｉｆｌｌｉｎｇａｑｕｉ￣ｒｗａｔｅｒｙｉｅｌｄｐｒｏｐｅｔｙｒａｎｄｈｙｄｒａｕ — ｌｉｃｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ；ｂｏｒｅｈｏｌｅｈａｓｔｙｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄｐｕｍｐｉｎｇｔｅｓｔｒｅｖｅａｌｅｄｗａｔｅｒｈｏｓｔｉｎｇａｒｅａｗａｔｅｒｉｆｌｌｉｎｇｉｎｔｅｎｓｉｔｙ；ｄｒｉｌｌｉｎｇａｎｄｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌｗｅｌｌｌｏｇｇｉｎｇｒｅｖｅａｌｅｄｓｕｂｓｉｄｅｄｃｏｌｕｍｎｉｍｐａｃｔｉｎｇａｒｅａｓｔｒａｔａｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎａｎｄｒｏｃｋｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｔｅｇｒｉｔｙ．Ｔｈｅｐｒｏｓ —

大采深水文地质极复杂矿井陷落柱探查治理

煤炭与化工Coal and Chemical Industry第44卷第4期2021年4月Vol 44 No.4Apr. 2021地测与水害防治大采深水文地质极复杂矿井陷落柱探查治理王真海（冀中能源股份有限公司邢东矿，河北邢台054000）摘要：邢东矿为水文地质极复杂矿井，自投产至今共揭露9个岩溶陷落柱，其中X9陷落柱发育位置位于采区集中巷掘进区域。

为保证集中巷穿过陷落柱期间掘进安全，对X9陷落柱发育范围进行探查，根据探查结果对其进行注浆加固。

关键词：陷落柱；充填密实度；导含水性；瞬变电磁；注浆加固中图分类号：TD74 文献标识码：B 文章编号：2095-5979 （ 2021） 04-0061-03Exploration and management of collapsed column in complex hydrogeology mine with large mining depthWang Zhenhai(Xingdong Mine, Jizhong Energy Corporation Ltd., Xingtai 054000, China )Abstract : Xingdong Mine with extremely complex hydrogeology, and a total of 9 exposed Karst callapsed columns, amongwhich X 9 column was located in the centralized mining area. In order to ensure the safe mining, when the concentratedroadway passing through the collapsed column, the development range of X9 trap column was explored, and it wasreinforced by grouting according to the investigation results.Key Words : collapsed column; filling density; water conductivity; transient electromagnetic; grouting reinforcement1概况邢东矿为大采深水文地质类型极复杂矿井，井田范围内发育有岩溶陷落柱，给矿井安全开采造成威胁。

范各庄矿岩溶陷落柱发育规律及防治对策

问题探讨范各庄矿岩溶陷落柱发育规律及防治对策乔宝印 (开滦精煤公司范各庄矿分公司,河北唐山　063109)摘　要:分析了范各庄矿井田内已发现的12个岩溶陷落柱的发育规律,提出了煤矿开采过程中对隐伏导水陷落柱的防治对策。

关键词:岩溶陷落柱;发育规律;防治对策中图分类号:T D163+.1 文献标识码:A 文章编号:1007-1083(2003)03-0001-02Development regularity of karst collapse pillar andits prevention in Fangezhuang C oal M ineQI AO Bao-yin(Branch of Fangezhuang C oal M ine of K ailuan Clean C oal Administration,T angshan063109,China)Abstract:Through the analysis on development regularity of twelve karst collapse pillars in Fangezhuang C oal Mine,the pre2 vention and res olution of covered water-diversion collapse pillar are introduced.K ey w ords:karst collapse pillar;development regularity;prevention and res olution 1984年6月2日开滦范各庄矿2171综采工作面发生了举世罕见的透水灾害,高峰期平均突水量2053 /min;1990年6月25日208平七孔突水,最大突水量26168 /min;两次突水均为隐伏岩溶陷落柱所致,隐伏岩溶陷落柱导水问题成为范各庄矿持续稳定发展的安全隐患。

岩溶陷落柱能沟通各含水层,特别是导通煤系地层底部丰富的奥灰高压水,大量溃入矿井造成淹井事故。

岩溶塌陷治理方法

岩溶塌陷治理方法岩溶塌陷应采取预防和治理相结合的防治措施。

预防措施是在查明塌陷成因、影响因素和致塌效应的基础上，为了清除或消减塌陷发生发展主导因素的作用而采取的工程措施。

如设置场地完善的排水系统，进行地表河流的疏导或改道，填补河床漏水点或落水洞，调整抽水井孔布局和井距，控制抽水井的降深和抽水量，限制开采井的抽水井段，重要建筑物基底下隐伏洞隙的预注浆封闭处理等。

对塌陷地基都需要进行处理，未经处理不能作为天然地基。

其处理措施有：（一）清除填堵法：常用于塌坑较浅或浅埋的土洞，首先清除其中的松土，填入块石、碎石，做成反滤层，然后上覆粘土夯实。

对于重要建筑物一般需要将坑底或洞底与基岩面的通道堵塞，可开挖回填混凝土或灌浆处理。

（二）跨越法：用于塌陷坑或土洞较深大，开挖回填有困难的处理方法。

一般以梁板跨越，两端支承在可靠的岩、土体上。

据广西的经验，每边支承长度不小于1.0~1.5m.（三）强夯法：把10～20t的夯锤起吊到一定高度（10～40m），让其自由下落，造成强烈的冲击对土体强力夯实。

一方面是夯实塌陷后松软的土层和塌陷坑或土洞内的回填土，以提高土体强度；另一方面可消除隐伏土洞和软弱带，是一种处理结合预防的措施。

Christain（1984）的试验：锤重15t，落距20m，将影响到地表下8～9m的深度。

利用该方法在没有其它条件限制下，可以确定4.5m以上土洞的位置。

（四）灌注法：把灌注材料通过钻孔或岩溶洞口进行注浆，其目的是强化土层或洞穴充填物、充填岩溶洞隙、隔断地下水流通道、加固建筑物地基。

灌注材料主要是水泥、碎料（砂、矿渣等）和速凝剂（水玻璃、氧化钙）。

水泥标号应大于450号。

灌浆方式可采用低压间歇定量式或循环式灌注，目的是减少浆液流失，间歇时间可控制在7～8小时左右。

（五）深基础法：对于一些深度较大，跨越结构无能为力的土洞、塌陷，通常采用桩基，将荷载传递到基岩上。

（六）旋喷加固法：在浅部用旋喷桩形成一“硬壳层”，在其上再设置筏板基础。

岩溶陷落柱钻探探查技术

１地面钻探工程设计
此次地面钻探设计５个钻孔（括１个机动包
孔）图１，（）钻孔编号 பைடு நூலகம்别为Ｉ孔、 Ⅱ孔、 Ⅲ孔、 Ⅳ孔、
收稿日期：０１— ４— ６２１０２
作者简介：江洪（９４）男，毕１７一，安徽太湖人，高级工程师，理工安徽
ｗｈｅｒｈｏｅｒｖｎｅｏｌｐｅｃｌｎｂｏｅｌｓｄｉｉｇｍｅｔｃｌａｓｏｕｍｎｗｅｅａｓｔｄｉｄ，ｌｔｍｐｅａｕｅｃａｇｓｗｅｅｒｓａｃｅｒｌｏｓｕｅｗｅｌｅｒｔｒｈｎｅｒｅｅｒｈｄｗｈｅｈｒｌｎｒｌｅｎｔｅｄｉｌｇｄｉｌｄ．Ｌａｉｅ－ｋｉｇｓａｓｗｅｅｄｔｒｎｄｂｖｐ－ａｉｚｔｏｉｆｉｎｌｇｉｇｎｅｍｒｅｅｍｉｅｙｅａｏｓｌｎｉａｉｎｄｆｕｓｏｏｇｎ．Ｒｅｅｒｈｓｉｉａｅｈｔｔｘｓｆｔｏｌｐｅｃｌｍｎｗａｎｔｓａｃｅｎｄｃｔｄｔａｈｅｅｉｔｏｈｅｃｌａｓｏｕｓｏ
此次工程有４个孔，中３个孔漏水，其漏水孔率７％（２。灰岩漏水深度８３２５表）８．１～９６１ｌ４．０ｎ。
Ｉ、 Ⅳ孔均有不同程度的掉钻情况。 Ⅲ、
表２掉钻及漏水情况统计
９６．０～９６６４４４．３９．２—９１７５１５５．７

陷落柱治理初步方案

B.陷落柱围岩裂隙注浆加固，防止在水压作用下出现裂隙扩大，出现底板涌突水；
C.建造顶板“止水塞”，切断掘进巷道与顶板灰岩水力联系，消除主要涌水水源，保证掘进速度。
②钻孔类型
主要分为陷落柱边界控制探查孔、注浆孔、机动孔和注浆效果检查孔。施工顺序为探查孔、注浆孔、检查孔。
③钻孔结构、孔深、终孔层位、固管方案、总工程量设计
②人工投放示踪剂（化学和同位素示踪剂）
工作内容：①太灰及奥灰水化学标型元素测试（常规含水层及陷落柱水背景值测试）。该项测试包括水质常规元素测试，如Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-、Cl-，K+合并于Na+）、PH和TDS（总溶解固体）等指标；还有稀有元素钡、钴、铬、铜、钒、钪、锰、铷、钼、铀离子（取其中几种）以及δD和δ18O关系、NOM测试等手段进行水源判别。
(7)集中制浆站的制浆能力应满足灌浆高峰期所有机组用浆需要。制浆站应配备除尘设备，当浆液需掺入掺合料或加入外加剂时，应增设相应的设备。
(8)所有灌浆设备应注意维护保养，保证其正常工作状态，并应有备用量。
(9)工地安装两趟Ф50输浆管路（水泥浆、水玻璃各一趟），应保证浆液流动畅通，并应能承受1.5倍的最大灌浆压力。
山西柳林金家庄煤业有限公司
岩溶陷落柱成因与注浆治理设计
（初步方案）
说
明
书
天地科技股份有限公司开采设计事业部
（煤炭科学研究总院开采研究分院）
二○一七年三月
一、研究目的
（1）明确矿区岩溶陷落柱成因及柱体周围构造发育特征；
（2）探明岩溶陷落柱奥灰与太灰水力联系；
（3）设计岩溶陷落柱注浆高效治理方案。
二、研究内容
①岩溶陷落柱洞腔围岩构造及裂隙发育特征

陷落柱的综合探查及治理技术

陷落柱的综合探查及治理技术摘要陷落柱特别是强导、含水陷落柱对煤矿生产有巨大危害性，往往造成淹井停产。

为了避免矿井在回采过程中发生因误揭陷落柱而导致的安全事故，就必须在工作面回采前探查清工作面内是否存在隐伏的陷落柱。

东庞矿2701工作面在回采前通过井下综合物探探查确定一隐伏地质构造异常体K1，根据综合物探所圈定的异常区又进行了两次钻探验证，由钻探验证结果证实了该地质构造异常体为无水陷落柱。

为了确保2701工作面的安全生产，又对该陷落柱进行了注浆加固，通过5个钻孔共注浆48.5t。

关键词陷落柱；地质构造；物探；钻探；注浆1 工作面概况2701工作面位于东庞矿一水平（-300m水平）七采区最上部，工作面底板标高介于-200m～290m之间，工作面走向长约1096m，倾斜长约141m，工业储量93.6万吨，可采储量87.1万吨。

工作面内地质条件较复杂，掘进过程中共揭露断层17条，其中大于1m断层有5条；工作面发育4处冲刷带，冲刷带宽度6m左右，长度约30m～100m，厚度约1m左右。

2 陷落柱的探查2.1 井下综合物探探查掘进完成后，结合该工作面实际情况，利用井下无线电波坑透、幅频电透视手段进行了综合物探探测。

本次综合物探工作，共完成无线电波坑道透视1130m、幅频电透视700m。

探测结论如下：1）井下坑透圈定2701工作面两处地质异常区（K1、K2），其中K1分析为一隐伏地质异常体，K2为上巷85#附近揭露断层QF10在工作面内的延伸反映；2）幅频电透视圈定2701工作面外段两处水文异常区（FP1、FP2），其中FP2应作为重点防水区域。

（见表1“2701工作面综合物探异常区一览表”）。

2.2 井下综合物探异常区的验证针对幅频电透视圈定的水文异常区FP1、FP2，在-300南翼运输大巷共施工了3个底板钻孔对其进行了探查，累计进尺334m，探测结果显示异常区无水文异常。

针对坑透异常区圈定的地质异常区K1、K2，在工作面圈出后，在上巷自切眼开始每20m施工了1个煤层孔对工作面内部构造及坑透异常区进行了探测，共计施工煤层孔68个，累计进尺7700.33m。

岩溶陷落柱对煤矿的影响与处理措施

２．４陷落柱对煤矿安全生产造成影响
陷落柱附近煤层顶板一般较为破碎 ! 容易发生冒顶 ( 片帮事故) 高瓦斯矿井在接陷落柱处工作面瓦斯涌出量可能急剧增大 ! 管理疏忽易发生瓦斯事故 ) 带压开采的矿井 ! 遇导水陷落柱时可能发生矿井突水事故 % 有的煤矿突水事故 ! 就是奥陶系岩溶强含水层高压承压水经导水陷落柱溃入矿井 %
１．２柱体及附近岩层特征
陷落柱内为来自于围岩层位之上岩层的岩石碎块堆积 ! 大小悬殊 ! 棱角明显 ! 杂乱无章 % 一般陷落柱在形成过程中要穿过一些含水层 ! 地下水中的钙质和铁质在柱体与围岩分界面上有不同程度的沉积 ! 可呈现铁锈色或白色 % 形成时间长的陷落柱 ! 柱体内碎石多被压紧并被粘土充填胶结 ! 而形成时间短的陷落柱 ! 柱体内多较松散 % 一般柱体外围堆积体力学性质较弱 ! 而越向柱体中心 ! 堆积体力学性质越强 % 陷落柱附近岩( 煤层产状一般变化不大! 但节理较为发育! 接近陷落柱时煤层及顶板岩层破碎 ! 可出现煤的氧化现象 ! 有时能见到向柱体中心倾斜的小正断层 %
!"#$%&’&() *+%,
５
２．２影响正规采煤 ! 制约机械化作业
因陷落柱存在将引起工作面设备搬家和重开切眼等一系列问题 ! 在陷落柱发育的矿井 ! 很难布置机械化采煤工作面 % 有的煤矿 ! 设计采用走向长壁综采机采煤法 ! 但因陷落柱极为发育 ! 综采设备无法使用 ! 被迫改为炮采工作面布置 % 即便如此 ! 回采巷道布置都不能对巷道定名编号 ! 只能称为探巷! 随时可能因陷落柱密集发育而造成废巷舍弃! 形成一个网采工作面有很大的难度 %

岩溶塌陷的防治措施

岩溶塌陷的防治措施1. 引言岩溶塌陷是指在岩溶地貌区，由于溶蚀和溶洞导致地下溶蚀空间无法承载地表负荷而引发的地表沉降现象。

岩溶塌陷不仅会对地表建筑物和基础设施造成严重的破坏，还可能引发地下水资源的丧失和地下水源污染问题。

为了防治岩溶塌陷，需要采取一系列可行的措施。

本文将介绍几种常用的岩溶塌陷防治措施。

2. 岩溶体监测与预警岩溶塌陷防治的第一步是进行岩溶地貌的监测与预警工作。

通过使用地质勘探技术和遥感技术，可以对岩溶地貌中的溶洞和溶蚀空间进行检测和定位。

此外，还可以利用地下水位监测、地表位移监测等技术手段，实时监控岩溶地貌的变化情况，预测可能发生的塌陷风险。

及时的监测与预警可以提前采取相应的防治措施，降低岩溶塌陷的危害。

3. 岩溶塌陷治理技术3.1. 巩固填充法巩固填充法是一种常用的岩溶塌陷治理技术。

该技术通过向岩溶地层中注入固化材料，填充溶洞和溶蚀空间，增加地下岩体的强度和稳定性。

常用的固化材料包括水泥浆、混凝土、砾石等。

此外，还可以采用混凝土注浆、压实填充等方法，进一步加固地下岩石体，提高其承载能力。

3.2. 地表整治技术地表整治技术是一种常见的岩溶塌陷防治措施。

通过对地表进行整治，可以减少地表水的渗透，降低地下岩体中溶洞和溶蚀空间的形成。

常用的地表整治技术包括覆土填充、地表排水系统建设等。

覆土填充可以填补地表塌陷坑，增加地表荷载，减少岩溶塌陷的发生。

地表排水系统建设可以将地表水及时排除，减少地下水位的升高，降低岩溶地貌中溶洞和溶蚀空间的形成。

3.3. 塌陷区域隔离与限制开发对于已经发生岩溶塌陷的区域，可以采取隔离与限制开发的措施，以减少岩溶塌陷的扩展范围和危害程度。

一方面，可以设置隔离带，将塌陷区域与周围地区进行有效隔离。

另一方面，可以限制该区域的开发和利用，减少地表负荷，降低岩溶塌陷的风险。

4. 岩溶塌陷防治的运营与维护岩溶塌陷防治不仅需要依靠科学技术手段，还需要进行长期的运营和维护工作。

陷落柱演示

出水征兆就对巷道注浆封闭淹井
在12318工作面实际揭露未出水
9个，2个带状构造异常体（有争议），朱集未
统计在内。
7个，1个构造异常体； 1个特大溶洞
谢桥2个，其中1个是带状孔集实见1个张集1个
顾桂两个是带状构造异常体口孜东矿7个
新集二矿1个构造异常体新集三矿1个特大溶洞
实际揭露一个未出水对西八A组煤开采有影响
三、陷落柱含、导水性
陷落柱的含水、导水性主要取决于柱内岩石的压实程度,而压实程度又取决于陷落柱的形成年代和柱内岩石的水化程度。不同的地质及水文地质条件,形成的陷落柱类型和特征也不相同,其含水、导水性差异也大。
陷落柱形成时，外围影响带岩体应力平衡状态受到破坏，使其周围影响区内煤系地层中早期已形成的裂隙体系活化、开放，具有一定的贮水空间。揭露到陷落柱附近时，会出现出水现象，砂岩水水量丰富，甚至出水数年，这与陷落柱影响区的压密程度有关。
矿区
淮北皖北淮南新集
表1 两淮矿区部分陷落柱出水情况统计表
合计 6个 12个
分布杨庄矿1个沈庄矿1个桃园矿1个袁庄矿1个许瞳矿1个（疑似）刘一8个，恒源1个
任楼2个
祁东1个（有争议）潘三：实见1个，疑似3个
出水情况及其处理无水无水无水无水出水
有的有水，有的没有水其中一个造成淹井，另一个发现有
三、陷落柱含、导பைடு நூலகம்性
现在学者研究表明：陷落柱的含导水性与形成过程中高地温有着密切关系，在高地温和水的作用下，陷落柱内的部分可溶性矿物会二次结晶，在陷落柱纵向上形成不同厚度的结晶体（结晶盖体），这种结晶体有着良好隔水性，本身也不含水，是一些陷落柱含水、导水性的一项重要辨别指标。两淮地区陷落柱水文地质特征方面看，多数陷落柱无水，只有少数存在突水危害性。两淮矿区见陷落柱及出水情况见下表1。

岩溶陷落柱对煤矿的影响与处理措施

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.4 陷落柱对煤矿安全生产造成影响
陷落柱附近煤层顶板一般较为破碎! 容易发生冒顶 ( 片帮事故 ) 高瓦斯矿井在接近陷落柱处工作面瓦斯涌出量可能急剧增大 ! 管理疏忽易发生瓦斯事故 ) 带压开采的矿井 ! 遇导水陷落柱时可能发生矿井突水事故 % 有的煤矿突水事故! 就是奥陶系岩溶强含水层高压承压水经导水陷落柱溃入矿井 %
2.2 影响正规采煤 ! 制约机械化作业
因陷落柱存在将引起工作面设备搬家和重开切眼等一系列问题 ! 在陷落柱发育的矿井 ! 很难布置机械化采煤工作面 % 有的煤矿 ! 设计采用走向长壁综采机采煤法 ! 但因陷落柱极为发育! 综采设备无法使用 ! 被迫改为炮采工作面布置 % 即便如此 ! 回采巷道布置都不能对巷道定名编号! 只能称为探巷! 随时可能因陷落柱密集发育而造成废巷舍弃! 形成一个网采工作面有很大的难度%
2.3 提高掘进率! 降低矿井效益
对陷落柱探测需施工大量的探巷及陷落柱密集发育易造成工作面巷道被迫报废等 ! 使矿井掘进工程量大幅增加! 造成采掘接续紧张 ! 降低矿井生产效益% 某矿井综掘工作面遇一陷落柱! 开始认为陷落柱规模不大! 采用综掘机强行施工的方法处理 ! 结果柱体外围岩石还可以被综掘机截割! 向里推进越来越坚硬! 在两次损坏截割刀具后被迫搬家%

第11章陷落柱水防治

一、岩溶陷落柱特征
1、岩溶陷落柱形态特征
在垂直方向上：自上而下可分为顶部悬空带、上部整体碎裂带、中部松散破碎带、下部致密混杂带
Hale Waihona Puke 2、岩溶陷落柱的水文地质类型
全充水强导水型边缘充水导水型不导水或弱导水型
二、岩溶陷落柱的突水特点和规律
1、突水特点
2、岩溶陷落柱的“活化”
原来不导水的岩溶陷落柱，由于采动引起围岩应力场和裂隙渗流场的改变，触发其导水，这种过程称为陷落柱的 “活化”。
(1)直接封堵法 (2)“三段式”堵水法 (3)巷道截流法 (4)“止水塞”封堵法 (5)返流注浆法 (6)构筑水闸墙
（3）陷落柱突水防治实例
四、导水钻孔的治理
（一）导水钻孔的危害
➢破坏采矿环境，影响生产安全。 ➢由于导通含水层，恶化了矿井水文地质条件。 ➢增加额外排水量，使生产成本加大。
岩溶陷落柱突水分析实例
三、导水陷落柱防治措施
1、陷落柱含水情况的探测要求
① 水压＞2MPa的陷落柱原则上不沿煤层布孔，而应布置在底板岩层中。因为沿煤层埋设的孔口安全止水套管，很可能被高压水突破。
② 孔口安全装置和安全注意事项与探高压断层水要求相同。 ③ 要提高岩心采取率，及时进行岩心鉴定，作好陷落柱的分辨工
（二）导水钻孔的封堵
导水孔地面重封法压缩木柱堵孔法铅柱封孔法套管隔离封堵法
2、压缩木柱堵孔法
对暴露在顶板的钻孔可用压缩木柱堵塞孔口，该方法适用于水量不大、水压不高的钻孔。
3、铅注封孔法 4、套管隔离封堵法
铅柱封孔示意图
作。 ④ 监测并记录孔内水压、水量和水质的变化，发现异常应加密或
加深钻孔，争取直接探到陷落柱。 ⑤ 探到陷落柱无水或水量很小，要用泵进行略大于区域静水压力

岩溶塌陷及其治理措施

岩溶塌陷及其治理措施岩溶塌陷及其治理措施一、岩溶塌陷简介岩溶塌陷是指在岩溶地区，下部可溶岩层中的溶洞或上覆土层中的土洞，因自身洞体扩大或在自然与人为因素影响下，顶板失稳产生塌落或沉陷的统称。

二、岩溶塌陷的治理方法岩溶塌陷应采取预防和治理相结合的防治措施。

对塌陷地基都需要进行处理，未经处理不能作为天然地基。

其处理措施有：(一)清除填堵法：常用于塌坑较浅或浅埋的土洞，首先清除其中的松土，填入块石、碎石，做成反滤层，然后上覆粘土夯实。

对于重要建筑物一般需要将坑底或洞底与基岩面的通道堵塞，可开挖回填混凝土或灌浆处理。

(二)跨越法：用于塌陷坑或土洞较深大，开挖回填有困难的处理方法。

一般以梁板跨越，两端支承在可靠的岩、土体上。

据广西的经验，每边支承长度不小于1．0~1．5m。

(三)强夯法：把10～20t的夯锤起吊到一定高度(10～40m)，让其自由下落，造成强烈的冲击对土体强力夯实。

一方面是夯实塌陷后松软的土层和塌陷坑或土洞内的回填土，以提高土体强度；另一方面可消除隐伏土洞和软弱带，是一种处理结合预防的措施。

Christain(1984)的试验：锤重15t，落距20m，将影响到地表下8～9m的深度。

利用该方法在没有其它条件限制下，可以确定4．5m以上土洞的位置。

(四)灌注法：把灌注材料通过钻孔或岩溶洞口进行注浆，其目的是强化土层或洞穴充填物、充填岩溶洞隙、隔断地下水流通道、加固建筑物地基。

灌注材料主要是水泥、碎料(砂、矿渣等)和速凝剂(水玻璃、氧化钙)。

水泥标号应大于450号。

灌浆方式可采用低压间歇定量式或循环式灌注，目的是减少浆液流失，间歇时间可控制在7～8小时左右。

(五)深基础法：对于一些深度较大，跨越结构无能为力的土洞、塌陷，通常采用桩基，将荷载传递到基岩上。

(六)旋喷加固法：在浅部用旋喷桩形成一“硬壳层”，在其上再设置筏板基础。

“硬壳层”厚度根据具体地质条件和建筑物的设计要求而定，一般可达10—20m。

陷落柱演示

（2）井下物探主要采用瞬变电磁、直流电法、坑透以及地震发射波等物探技术探查陷落柱发育情况。
四、陷落柱探查
（3）探测结果评价由于地震勘探及电磁法勘探对井下岩层电性以及波阻抗界面解释的多解性，其探查结果和陷落柱实际发育情况可能存在一定的差异。地面勘探成本较高，施工复杂，但其勘探范围大；井下物探探查具有简单、快捷的特点，但其探测范围受井下现场条件限制。（4）应用实例许疃煤矿7229工作面底板疑似陷落柱发育情况综合物探, 利用现有工作面的机巷通过综合物探方法，确定该陷落柱在7229底板下部发育情况及富水性。现场采用的综合物探方法及探测目的如下：
疑似陷落柱体轮廓线
图6 疑似陷落柱地震三维探测72煤底板发育剖面成果图
此次物探综合探测利用并行直流电法和地震偏移技术探明了该疑似陷落柱的空间位置和空间展布状况，为72煤和82煤的安全回3/2采3/20提22 供了保障。
四、陷落柱探查
2.钻探
（1）地面钻探对存在异常的区域边缘地带施工地面钻孔，条件允许情况下，对地面钻孔进行人为造斜，以便更好地控制陷落柱的发育范围，地面钻孔布置要充分考虑异常区附近已施工钻孔的布置。（2）井下钻探利用井下已施工的巷道针对异常区域施工井下钻孔，探查异常区地空间位置。钻孔施工需采用防喷、反压装置施工，承压套管试压必须符合设计要求。（3）井上、下钻探优缺点对比地面钻孔可以对陷落柱发育的整个空间范围进行有效控制，钻孔施工相对安全，但施工成本较高，工期长；井下钻孔施工成本底，工期短，但钻孔存在出水的可能，对施工人员人身安全构成一定安全威胁，且受井下巷道空间的限制，探测范围有限。
二、陷落柱形成机理、形态及分布规律
（一）形成机理
目前对煤系地层中陷落柱的成因机理研究还处在探索阶段，没有形成理论上的定论。学术界普遍认为形成陷落柱必备条件是其下伏地层中存在可溶性岩层（如石灰岩、白云岩、石膏等）。

岩溶塌陷的防治措施

岩溶塌陷的防治措施岩溶塌陷是指岩溶地区因长期水体或地下水的侵蚀而形成的地下洞室逐渐塌陷，导致地表和建筑物下沉甚至坍塌的现象。

岩溶塌陷不仅造成人员和财产的巨大损失，还给地下水资源的开发和利用带来极大的困难，因此，岩溶塌陷的防治具有重要的现实意义。

本文将就岩溶塌陷的防治措施进行详细探讨。

一、监测岩溶塌陷岩溶塌陷的防治首先需要对潜在的岩溶塌陷进行科学、全面的监测。

可采取地面监测和遥感监测相结合的方法，地面监测主要包括：地面沉降监测、水位监测、岩溶裂隙监测等；遥感监测则利用航空遥感、卫星、激光雷达等技术手段进行，可以借助遥感技术对岩溶塌陷进行全面、高效、定量的监测，快速掌握岩溶塌陷的状况和发展趋势。

二、治理潜在的岩溶塌陷实施治理工程是防治岩溶塌陷的关键步骤。

利用切割、填平和加固工程等方法对潜在的岩溶塌陷地区进行治理，既可以改善地表地貌，又可以加强地下洞室的稳定性，从而达到防止岩溶塌陷的目的。

具体可采取的治理措施有：1. 利用填方加固法填充地下洞穴。

该方法适用于洞穴深度较浅、规模较小的地区，如平地及低山丘陵地区。

2. 利用钢筋网片加固，使用钢筋网片覆盖岩壁，将板根固定到地层，形成稳定防护层，可有效地增强岩层的稳定性。

3. 防渗加固处理，对渗透性较强的岩石地区可采用防渗帷幕、建设排水井等方法，有效地降低地下水位，减轻了地下水对岩层的侵蚀，达到稳定地下洞穴的目的。

三、地面控制和治理地面控制和治理是岩溶塌陷防治的重要环节。

对于暴露在地面上的潜在塌陷区域，可采取以下措施进行治理：1.利用绿化带防治。

在裸露区域种植草木或人工种植多年生荡，能够有效地增加地表的覆盖层，提高土壤结构稳定性，增加岩石和土层之间粘聚力，增加地下水位，达到稳定地表的目的。

2.利用混凝土边坡对地表进行加固。

该方法适用于陡峭的山地地区和需要加固的道路旁边。

用混凝土分层、加固和支撑岩石地层，可有效地降低地表坡度和滑坡的概率，达到防治岩溶塌陷的目的。

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? 强调溶蚀与重力作用
1.1 陷落柱的概念与基本特征
? 膏岩说，钱学博（1960）
? 陷落柱是石膏喀斯特产物。在中奥陶统马家沟组灰岩中赋存有很厚的硬石膏，峰峰组灰岩中也夹有石膏层。由于地壳不断上升，在地下水的作用下，硬石膏水化变成石膏。体积膨胀 64%，膨胀后的石膏沿着破碎带的挤入上覆的岩层。然后，这种柱状的石膏体不断地被地下水溶蚀，周围的岩石塌落形成陷落柱。
岩溶陷落柱探查与治理
主讲人：南生辉研究员 2012年10月
主要内容
? 1概论
? 1.1 陷落柱的概念与基本特征 ? 1.2 陷落柱分类 ? 1.3 陷落柱对煤矿安全的危害 ? 1.4 典型陷落柱突水淹井案例
? 2陷落柱探查方法
? 2.1 “中间层”综合水文地质试验 ? 2.2 物理探查 ? 2.3 陷落柱发育区预测技术 ? 2.4 巷道掘进与工作面回采陷落柱探测
? （1）平面上陷落柱的形状一般为椭圆形或者是扁圆形的陷落盆地。外围的岩层产状正常而连续，盆地中常常被不同地层的岩煤的碎块填充，无层序，混乱堆积。
? （2）陷落柱的纵向上总体形态一般是上小下大的不规则柱形，顶部多发于有一定规模的空腔，中间为松散充填物，基底为奥奥系石灰岩。
? （3）导水陷落柱，充填物多为松散状，胶结程度差；不导水陷落柱，充填物有二次胶结作用，视时间长短和胶结物性质，胶结程度不一。
? 岩溶陷落柱： ? 在石灰岩等可溶性岩石地区，
由于地下水的溶蚀作用形成洞穴，上覆非可溶性岩层向岩溶洞穴中塌陷的一种地质现象，因形成的塌陷体多呈环形柱状，俗称岩溶陷落柱。
1.1 陷落柱的概念与基本特征
? 2）形成机理与成因 ? 岩溶陷落柱形成机理的代表性学说有 6种： ? 重力说，康颜仁（ 1992） ? 陷落柱形成分三个阶段：首先是岩溶洞穴形成阶段，地下
1.1 陷落柱的概念与基本特征
? CaCO3溶解试验主要结论： ? （1）CaCO3溶解度随温度的升高
而降低，但达到超临界状态时，溶解度又大幅度提高； CaCO 3溶解速度随温度的升高而升高，当升高到超临界状态时，升高速度剧增。
? （2）超临界水对 CaCO 3 溶解度是近临界水的近 2倍，又因为超临界水对 CaCO 3的溶解度与时间无关，可以推测超临界水对石灰岩的溶解几乎是在瞬间完成的。
水沿着可溶性岩石的节理裂隙和断层运动，使裂隙逐渐扩大。于是大量岩溶水汇集其中，不但进行化学溶蚀，而且进行机械侵蚀作用，顶部和两侧岩层坍塌形成溶洞；第二阶段是溶洞再扩大并形成第二层溶洞，由于地壳上升溶洞也随之扩大，还会发育第三、四层溶洞；第三阶段是上覆非可溶性岩层的塌陷，形成陷落柱。当地壳继续上升，地下水位下降，不仅第一层溶洞坍塌，第二层溶洞也开始坍塌。这样坍塌不断增长，当两层溶洞的位置接近一条垂直线时，则有可能连接起来，陷落柱的高度增大，这就是为什么有些陷落柱高度达数百米的原因。
1.1 陷落柱的概念与基本特征
? 岩溶陷落柱的成因是以奥灰岩层中地下水的强烈交替为条件，岩溶发育为基础，岩体自重重力、地应力集中以及溶洞内的真空负压三重作用为动力，经过迅速垮落、间歇、溶蚀、搬运、塌陷、冒落等周而复始过程，分阶段逐步形成陷落柱。
1.1 陷落柱的概念与基本特征
? 3）陷落柱的基本特征
1.1 陷落柱的概念与基本特征
? 循环说，王锐（ 1982）
? 第—阶段：为于水平循环带成虹吸循环带的岩溶洞隙逐渐形成并扩大，产生顶板和两侧岩层塌陷，形成十分复杂的溶洞。
? 第二阶段：由于地壳的上升，溶洞继续扩大上升，地下水向下运动，沿着裂隙进一步加深，且在深部形成第二层溶洞。开始了第二循环、以后还可以出现第三循环、第四个循环
? 实验条件：超临界水 387～389℃， 26～28MPa ；近临界水 301～ 303℃，28MPa 。常温水 18℃， 2MPa。常温条件下加入 2MPa的纯 CO2。
1.1 陷落柱的概念与基本特征
? 构造控制说 ? 陷落柱一般沿断层、向斜轴部发育。
向斜轴部陷落柱成因分析示意图背斜轴部陷落柱成因分析示意图
? 第三阶段：第一层溶洞继续坍塌扩大．上覆非可溶性岩层塌陷。形成岩溶陷落柱，当地壳继续上升，地下水位继续下降时，第二层溶洞也可能开始坍塌、这样，两层溶洞坍塌连接起来，使非可溶性岩层塌陷更深。
1.1 陷落柱的概念与基本特征
? 真空吸蚀说，徐卫国（1972）
? 在相对密封的承压岩溶网络地下水中，由于地下水的排泄或地壳局部的升降等，引起岩溶腔内地下水大幅度下降，当水位低于岩溶腔口表面，即岩溶腔内水体由承压转为无压时，在岩溶腔内水面与岩溶盖层之间出现空穴，即岩溶空腔。逐渐增大的岩溶空腔必定转化为低气压状态，形成真空腔（或称负压腔），在真空腔内不断下降的水面犹如巨型吸盘，强有力的抽吸着上面岩层向下塌落，最终形成陷落柱。
? 3陷落柱治理技术
? 3.1 三段式封堵 ? 3.2 “堵水塞”建造 ? 3.3 陷落柱与突水水源封堵 ? 3.4 不（含）导水陷落柱处理 ? 3.5 效果评价
1.1 陷落柱的概念与基本特征
? 1）基本概念
? 陷落柱是1937年德国人在井陉煤矿误作“环形断层”首先提出的，后因其无序的内部结构，而被称为“矸子窝”、“无炭柱”、“塌陷柱”。1944年日本技术人员将其定名为“陷落柱”。
1.1 陷落柱的概念与基本特征
? 热力岩溶说，陈尚平（ 1993）
? 燕山期火成岩体和热液的侵入，造成残热水和下水复杂的循环和溶蚀作用。高温高压的热水可极大地提高碳酸钙的溶解度。热水岩溶的起始点是从矽卡岩成矿热液生成铁矿后残热水进入碳酸盐岩开始的，这样就可以生成高度极大的岩溶洞穴，而且不受地壳升降与侵蚀基准面变化的影响。当地层褶皱隆起时，洞穴塌陷形成陷落柱。
? （4）陷落柱与围岩的接触界面多呈现出不规则的锯齿状，界线明显，有的地方表现为断层，
? （5）陷落柱锥形体的中心轴与岩层层面近似垂直。因此，在倾斜岩层里陷落柱也发生歪斜，在水平的投影图上，各煤层的陷落柱范围并不是完全地重叠。