矿井地质3C_岩浆岩陷落柱
第四章 岩溶陷落柱
第四章岩溶陷落柱陷落柱：由于下伏易溶岩层，经地下水强烈溶蚀，形成大量空洞，从而引起上覆岩层失稳，向溶蚀空间冒落，塌陷所形成的筒状柱体，简称陷落柱第一节岩溶陷落柱的特征一、地表特征1、盆状塌陷2、丘状凸起3、柱状破碎带山西西山和汾西矿区的沟谷两侧或道路两旁的天然或人工剖面上，常可见到一些柱状破碎锻，这即是陷落住的剖面形态。
4、特殊地貌形态在黄土覆盖区，基岩个的陷落柱可导致表层黄土产生圆形陷坑或弧形阶梯状裂缝。
裂缝窄的仅几厘米，宽的可掉进耕牛，在山西汾西矿区有“跌牛缝”之称。
此外，陷落柱还可引起黄土滑坡。
二、陷落柱井下特征1、陷落柱的形态特征它是指陷落住柱的三度空间形状。
现从它的平面和刻而形态、高度和中心轴等方面揭示整个陷落柱的形态特征。
(1)陷落柱的平面形态它是指陷落柱与地面、水平切面或煤层面的交线形态。
一般呈椭圆形，也可呈圆形、鞋底形或长条形等。
根据山西阳泉三矿已揭露的133个陷落柱的平面形态统计资料，椭圆形的92个，占69％；圆形的13个，占10％；其它形状的28个，占31％。
为了描述陷落柱的平面形态，应标出长轴和短轴，计算出长短轴的比值。
一个矿区，陷落住长轴往往具有一定的方向性。
(2)陷落柱的剖面形态它是指沿陷落柱中心轴切剖面的陷落拄形态。
如果陷落柱穿过极易塌陷的含水松软岩层(如第四纪冲积层或裂隙发育的泥质岩层)，则剖面形态多至上大下小的漏斗状；如果穿过不易塌陷的、岩性均一的坚硬岩层(如砂岩、砂砾岩、砾岩和石灰岩层)，则剖面形态多至上小下大的锥形，锥面与水乎面的交角为60- 80°；如果穿过岩性不均一的岩层，则剖面形态很不规则，但总体仍里，锥形柱状。
( 3)陷落柱的高度它是指从溶洞底到塌陷顶的垂宜距离。
它与溶洞的大小，地下水的排泄条件，岩层的物理力学性质，以及裂隙的发育程度有密切关系．一般高度由几十米到l 00-200m，但也有高达几百米的巨型陷落和仅数米的小型坍塌。
(4)陷落柱的中心轴它是指陷落柱各平面形态的中心点的联线。
煤矿开采工作面内陷落柱综合物探
煤矿开采工作面内陷落柱综合物探发布时间：2021-06-25T03:50:16.290Z 来源：《科技新时代》2021年3期作者：阮宝军[导读] 在我国煤田发育的过程中，陷落柱本身属于一种以垂直向为主的地质构造。
伊犁州发展和改革委员会 835000摘要：煤层工作面内部陷落柱和煤层之间还存在着电阻率、波速率和密度三类指标，每种指标之间还存在着差异，能够采用无线电波透视法和CT震波法来全面探索煤层内部的陷落便捷。
可以看出，陷落柱内部岩石的发育有着很大的关系。
“xxx矿13228”工作面陷落柱的探测表明：在陷落柱的内部范围内本身就具有较高的电磁波吸收的系数特征和纵波特征，又因为整体工作面底板陷落柱向下范围内部的电阻率本身就低。
在实际操作的过程中，由于该综合物探探测结果和实际的资料基本吻合，所以能够有效地了解本煤层工作面开采和施工工作。
关键词：煤矿开采开采工作面陷落柱综合物探查在我国煤田发育的过程中，陷落柱本身属于一种以垂直向为主的地质构造。
尽管我国的大部分的矿区都会出现不导水的问题，只有少数的矿井会因此发生陷落柱坍塌的事故。
如果不及时进行处理，则会在第一时间诱发淹井事故，从而造成巨大的经济损失。
因此，先要对存在陷落柱威胁的煤矿工作面进行勘察，之后再将物探工作结合在内。
可以看出，钻探和验证工作也会产生巨大的作用。
目前，如果能够在采矿的过程中采用坑透物探的方式，就能够在第一时间寻找陷落柱存在的位置。
另外，采用震波透视和槽波透视的方式也能够有效地提升探测效率。
本文主要就煤矿开采工作面内陷落柱综合物探探查技术进行全面的分析。
1 地质概况先在xxx矿矿东二区针对先勘察地面三维地震的情况，这样才能够更好地反映出东二区和8号煤层下面存在的陷落柱。
可以看出，整个地质工作面长度为1500m，宽度为240m。
在2006年、2007年和2008年3年时间内对概念进行解释，但是所解释的内容都是一致的。
因此，在对工作面内部的回风顺槽和运输槽进行挖掘时，要采用物探的方式来减少陷落柱所带来的影响。
煤矿井下陷落柱的判断和处理
煤矿井下陷落柱的判断和处理陷落柱对井下安全生产构成一定的威胁，因此，煤矿井下对陷落柱的判断和处理至关重要。
本文阐述了井下陷落柱的观测、判断和处理方法，以期为煤矿井下安全生产提供一定的借鉴。
标签：陷落柱；观测；判断；处理当煤层底板存在可溶岩时，如碳酸盐岩，在地下水的不断溶蚀下，可溶岩逐渐塌落，导致其上覆岩层随之冒落而形成柱状的塌陷体，这种柱状塌陷体称为喀斯特陷落柱，简称陷落柱。
陷落柱穿过煤层成为无煤区，减少了煤炭储量。
如果煤矿井下主要开拓巷道穿过陷落柱，将会加大巷道支护和顶板控制的难度，增加掘进和维护费用。
陷落柱发育的地区难以布置出综采工作面；如果工作面内包藏多个陷落柱，采煤机组和液压自移掩护支架无法使用。
在水文地质条件复杂的矿井，陷落柱可能导致涌水量增大，对安全生产构成威胁。
因此，煤矿井下对陷落柱的判断和处理至关重要。
1 陷落柱的观测陷落柱的判断和处理的基础是准确的观测。
对于陷落柱的观测，除了要描述陷落柱的形状、大小和陷落角外，还要详细记录陷落柱填充物的岩性及其所属层位、填充物的密实程度和透水性，对于陷落柱附近煤层的厚度、倾向、倾角和走向也要有所记录。
具体观测内容如下：1.1 陷落柱的形状、大小陷落柱在立面投影图上一般呈现为上小、下大的圆锥形，也有部分陷落柱呈现出上下同样粗的柱状或者上大、下小的漏斗状。
其形状和大小是观测的基础内容。
1.2 陷落柱的柱体物质由陷落柱的成因可知，陷落柱内的填充物都是其上覆岩层冒落形成的，无论从哪一层位观察，岩块都来自其上方的各岩、煤层。
对于柱内填充物，要详细记录其岩性、密实程度和透水性等。
1.3 陷落柱与围岩的接触面可溶岩上覆岩层冒落时，通常为逐步塌陷，所以陷落柱与周围岩层的接触面一般为不规则的锯齿状，这也是由其成因所导致的。
接触面一般呈60°～80°倾角。
当遇到坚硬岩层时，接触面向外突出，当遇到松软岩层则相反。
2 陷落柱的判断（1）煤、岩层产状发生变化。
煤矿陷落柱特征
一、陷落柱的形成在我国华北石炭二叠纪煤系的基底，存在有溶洞非常发育的奥陶纪石灰岩，由于地下水的长期溶蚀，这些溶洞就愈来愈大，在地质构造力和上覆岩层重力的长期作用，有些溶洞发生塌陷，覆盖在上面的煤系地层也随之陷落，由于这种塌陷的剖面形态为柱状，所以叫陷落柱(图3-2-1)。
二、陷落柱的特征(一)地表特征当陷落规模较大时，可穿过煤系地层一直通到地表，呈现出特殊的地貌景观，在基岩裸露地区更为明显。
在陷落柱出露处岩层产状杂乱，毫无层次，登高望去，呈一环形盆地。
盆地边缘岩层产状正常，盆地中乱石林立，充填着不同地层的岩石碎块。
另外，周围岩层因受塌陷影响而略显弯曲，岩层多向陷落区内倾斜。
在黄土覆盖地区，由于雨水下渗作用而使地表形成陷坑。
随着雨量的增加和渗透量增大，地表陷坑愈陷愈深，甚至形成小盆地。
当黄土层较厚时，一般在地表很难看到陷落柱的存在。
(二)井下特征1、形态陷落柱总的形态是一个上小下大的圆锥体。
它们在水平切面上多呈圆形或椭圆形，直径大小不一，最大的直径可达几百米(峰峰二矿)，262m(太原西山自家庄矿)，320m(阳泉济生井田)。
最小直径仅几米。
2. 高度陷落柱的高度是有限的，因为溶洞塌陷后，上覆地层岩石碎块的体积比原来的体积增大，所以塌陷到一定高度后，整个柱体空间都被填满，这时塌陷作用便告停止，再往上的岩层(或煤层)即可免受破坏。
3．陷落柱内组成物的特征陷落柱主要由塌陷的岩石碎块组成。
这些岩石碎块，棱角显著、形状不一。
排列紊乱，大小混杂。
大的岩块直径可达数米，小的仅几厘米。
岩块与岩块之间，充满着岩粉，煤粉和各色粘土，胶结差，多未成岩。
柱内有的干燥无水，有的有淋水现象。
据统计，瓦斯的涌出量一般比正常区高2—3倍。
4．与围岩的接触关系陷落柱与围岩的接触关系多呈不规则锯齿状，界限明显。
在接触处，围岩的产状基本正常，接触带附近的煤层及顶板一般无牵引现象。
在井下煤巷掘进中遇到陷落柱后，穿过柱体仍可见到原煤层。
断层及陷落柱
(二)断层：井田内断层发育11条，均为正断层，且主要分布在北部、西部和西南部。
1、F1断层：位于井田西部，地面可见其行迹,原同亿煤矿井下巷道已揭露证实,为正断层,走向北东东，倾向南东，倾角70°，落差10-35m，井田内延伸约1000m。
2、F2断层：位于井田西部，地面可见, 原同亿煤矿井下回风大巷、运输大巷已揭露证实, 为正断层,走向北北东，倾向北西，倾角70°，落差27m,井田内延伸约700m。
3、F3断层：位于井田西部，原同亿煤矿井下巷道已揭露发现,为正断层,走向北北东，倾向南东，倾角70°，落差5m，井田内延伸约400m。
4、F4断层：位于井田西部，原同亿煤矿井下巷道已揭露发现,为正断层,走向北北东，倾向北西，倾角70°，落差4.5m，井田内延伸约500m。
5、F21断层：位于井田西北部边缘，走向北东，倾向南东，倾角70°，落差10m。
该断层井田内走向延伸长度450m左右，断层性质为正断层。
6、F22断层(碾底断层)：位于井田西北部边界附近，走向北东，倾向北西，倾角75°，落差20m。
井田内走向延伸长度2380m左右，为一正断层。
清交详查报告中所述609号孔钻孔深度355.60m处，揭露该断层断失层位在山西组中。
7、F23断层：位于井田北部，走向北东，倾向南东，倾角75°，最大落差10m，井田内走向延伸长度约800m，断层性质为正断层。
8、F26断层：位于井田西南部，为一正断层，走向北东，倾向南东，倾角73°，最大落差14m，井田外达23m,井田内走向延伸长度1150m。
9、F27断层：位于井田西南部，新民村北部。
走向北东，倾向北西，倾角82°，井田内最大落差10m ,井田内走向长度约1050m左右，断层性质为正断层。
10、F28断层：位于井田西南部，为一正断层，走向北东，倾向南东，倾角75°，最大落差6m，内走向延伸长度460m。
浅析五矿陷落柱的成因及分布规律
浅析阳煤五矿陷落柱的成因及分布规律摘要本文根据阳煤五矿勘探资料、钻孔资料和实际生产过程中实测资料等，对矿井井田揭露的陷落柱的数量、发育特征和形态特征进行统计描了述，从有可溶性岩层、有地下水强烈运动和有地下水流通道三个方面对矿井陷落柱的成因进行了分析，阐述了矿井陷落柱的分布与构造的复杂程度有密切关系、陷落柱分布与构造线方向基本一致、陷落柱密集成群分布、陷落柱网络带状分布和陷落柱似等距性分布五个分布规律，对矿井提高经济效益和安全生产具有重要的指导意义。
关键词五矿岩溶陷落柱成因分布规律Analysis on the cause and distribution of the collapse column of Yangquan Coal MineZhang Xin1Yangcoal group five mine Shanxi Yangquan 045000According to Yang coal mine exploration data, borehole data and the measured data in the actual production process, the collapse of mine reveal the characteristics and morphological features of the column number, traced the development of statistics, from the soluble rock, groundwater and strong motion causes three aspects of underground water channel of mine collapse column the analysis describes the complexity of mine collapse distribution and structural columns are closely related, the collapse column distribution and tectonic line direction, densely clumped distribution, column column network and zonal distribution of subsided column equidistant distribution of five distribution collapse collapse, has important guiding significance to improve the economic benefit of mine safety and production.Key word distribution law of karst collapse column in five mines引言岩溶陷落柱是我国华北地区广泛发育的一种极富区域特色的地质现象，阳煤五矿井田所在的阳泉矿区也发育有大量陷落柱。
地震勘探中对不同陷落柱的认识
地震勘探中对不同陷落柱的认识摘要：在地震勘探中经常遇到各种各样的陷落柱，在资料解释过程中有时会漏解释或者解释错误，本文总结了陷落柱在地震勘探数据体上的不同反映，提出在解释工作中对陷落柱的认识规律，从而对地震勘探解释提供了依据。
关键词：地震勘探；陷落柱；问题；认识。
0引言陷落柱是在煤层开采过程中遇到的最大安全威胁之一，由于陷落柱是岩溶形成的，因此陷落柱往往和水的关系密切，而水是煤矿生产的一大危害。
地震勘探中解释陷落柱也就成为很重要的一项地质任务。
在三维地震勘探过程中我们经常遇到陷落柱，但是地震勘探解释的过程中经常会出现漏解释或者解释错误的现象，本文从实际生产中的实例来分析不同的陷落柱在地震数据体上的不同反映，从而对陷落柱的解释起到指导作用。
1、陷落柱的形成及特征陷落柱主要是由于煤层下伏的灰岩中的岩溶发育，随着岩溶发育的程度不断加强最终形成溶洞，上方的岩层受重力影响而垮塌填充到溶洞中而形成。
陷落柱在华北、华东和西北等地的煤矿中普遍存在，煤矿开采过程中也经常遇到陷落柱，有的陷落柱给煤矿开采生产造成了很大困难，有的直接造成了淹井的灾害性事故。
陷落柱在井下揭露来看其内部岩性及其杂乱，有的能够有层状结构但是倾角与围岩也有较大差距。
依据陷落柱的形态分可以分为：圆锥状、桶状、斜歪状、不规则状陷落柱（见图1、图2），在平面上大部分陷落柱呈现椭圆状或不规则状形态。
图1不同形状的陷落柱示意图图2 地震勘探实见的不同形态陷落柱2、陷落柱在时间剖面上的特征由于陷落柱内往往有一些杂乱无章的不同种类的填充物，比如泥土、角砾岩、水，地震波在这些填充物中的传播速度比在正常围岩中的传播速度有差异，往往是地震波在填充物中的传播速度要低于在正常围岩中的传播速度，这样就会在陷落柱的顶端或周围产生波阻抗，从而在地震勘探中会产生一些异于正常地层产生的地震波，因此在时间剖面上陷落柱的反映会有一些特殊的现象，总结起来有如下几种：2.1地震波同相轴缺失或紊乱由于塌陷后陷落柱内被杂乱无章的砾石或者粘土所充填，陷落柱内的煤层被破坏，从而形成杂乱的地震波。
西山煤田西铭矿区陷落柱的地质特征及成因分析
第5期 西 山 科 技 N o.5 2000年10月 Xishan Science&T echnolo gy O ct.2000 问题探讨西山煤田西铭矿区陷落柱的地质特征及成因分析褚志忠 钟志刚(西铭矿) 摘 要 本文根据陷落柱伴生构造的特征和华北地区煤系地层下伏巨厚奥陶系灰岩,且中夹厚层硬石膏层,硬石膏遇水转变为石膏,其体积膨胀等特征,论述了陷落柱是因硬石膏遇水不断转变为石膏,体积膨胀时,破坏其上覆岩层,其后经过漫长的时间,在地下水溶蚀作用下,奥灰及石膏层被溶蚀,形成溶洞,上覆岩层因整体性被破坏,受地壳运动的影响或在重力作用下,很容易冒落下来,形成陷落柱。
其后再溶蚀,再塌陷,不断循环这一过程,直至其下可溶性岩石被全部溶蚀,并塌陷冒落严实。
关键词 陷落柱 伴生断层 石膏 成因 陷落柱的成因,一直是地质工作者所关注研究的课题,因为陷落柱的成因搞清了,关于陷落柱的许多地质疑难问题,就比较容易解释了。
如陷落柱在什么地区发育,陷落柱底部在什么层位,最初形成于什么时期等,特别是对陷落柱发育地区煤层的开采有着指导意义。
1 关于陷落成因的多种观点陷落柱的成因,理论界存在多种观点和解释,主要有膏溶、重力、真空吸蚀、循环塌陷说等。
笔者认为“膏溶塌陷说”比较有说服力。
该说法认为:岩层中的硬石膏层遇水膨胀,同时破坏其周围岩层,其后地下水对其自身和上覆地层不断溶蚀破坏,最终形成地下溶洞,受地层运动影响及重力作用下,其上破碎岩层不断冒落下来,形成陷落柱。
本文从陷落柱的伴生断层的特征入手,为该观点提供有力的证据。
2 陷落柱伴生断层特征2.1 陷落柱伴生断层的特征伴生断层均为正断层(见图1):断层面为—光滑面,形似球体表面一部分,有擦痕,可见片状断层泥;在水平剖面上,其断层走向均呈弧形,与陷落柱边缘基本平行,其曲率变化较大,整个断层图1 48312工作面陷落柱及其伴生断层平面图作者简介:钟志刚 男 1972年出生 1993年毕业于中国矿大 助理工程师 古交 030052作者简介:褚志忠 男 1965年出生 1988年毕业于山西矿院 工程师 古交 030203走向变化也较大;所有伴生断层倾向,均由陷落柱中心向外倾斜;对于一个陷落柱来说,其周围可有多条伴生断层,落差大小不一,从0m ～5m,相差较大。
岩溶陷落柱
第四章岩溶陷落柱陷落柱：由于下伏易溶岩层，经地下水强烈溶蚀，形成大量空洞，从而引起上覆岩层失稳，向溶蚀空间冒落，塌陷所形成的筒状柱体，简称陷落柱第一节岩溶陷落柱的特征一、地表特征1、盆状塌陷2、丘状凸起3、柱状破碎带山西西山和汾西矿区的沟谷两侧或道路两旁的天然或人工剖面上，常可见到一些柱状破碎锻，这即是陷落住的剖面形态。
4、特殊地貌形态在黄土覆盖区，基岩个的陷落柱可导致表层黄土产生圆形陷坑或弧形阶梯状裂缝。
裂缝窄的仅几厘米，宽的可掉进耕牛，在山西汾西矿区有“跌牛缝”之称。
此外，陷落柱还可引起黄土滑坡。
二、陷落柱井下特征1、陷落柱的形态特征它是指陷落住柱的三度空间形状。
现从它的平面和刻而形态、高度和中心轴等方面揭示整个陷落柱的形态特征。
(1)陷落柱的平面形态它是指陷落柱与地面、水平切面或煤层面的交线形态。
一般呈椭圆形，也可呈圆形、鞋底形或长条形等。
根据山西阳泉三矿已揭露的133个陷落柱的平面形态统计资料，椭圆形的92个，占69％；圆形的13个，占10％；其它形状的28个，占31％。
为了描述陷落柱的平面形态，应标出长轴和短轴，计算出长短轴的比值。
一个矿区，陷落住长轴往往具有一定的方向性。
是指沿陷落柱中心轴切剖面的陷落拄形态。
如果陷落柱穿过极易塌陷的含水松软岩层(如第四纪冲积层或裂隙发育的泥质岩层)，则剖面形态多至上大下小的漏斗状；如果穿过不易塌陷的、岩性均一的坚硬岩层(如砂岩、砂砾岩、砾岩和石灰岩层)，则剖面形态多至上小下大的锥形，锥面与水乎面的交角为60- 80°；如果穿过岩性不均一的岩层，则剖面形态很不规则，但总体仍里，锥形柱状。
( 3)陷落柱的高度 它是指从溶洞底到塌陷顶的垂宜距离。
它与溶洞的大小，地下水的排泄条件，岩层的物理力学性质，以及裂隙的发育程度有密切关系．一般高度由几十米到l 00-200m ，但也有高达几百米的巨型陷落和仅数米的小型坍塌。
(4)陷落柱的中心轴 它是指陷落柱各平面形态的中心点的联线。
浅析矿井陷落柱成因、对煤矿开采的影响及处理措施
在煤矿井下施工作业过程 中， 时常揭露和遇到陷落柱。陷落 柱的出现给煤 矿生产和安全管理带来很 多问题 和隐患 。为保证 煤矿 矿井 安全 生产 ， 提高矿井 的抗灾能力 ， 有必要对 陷落柱 的成 因、 影响有 一定 的认 识 ， 并采 取具有 针对性 的方 法和措 施进行
应对。
块， 一般棱角分明 ， 形状不规则 ， 排列紊乱 ， 大小混杂。 古老的陷落
３ ＿ ２ 掘进期 间遇 陷落柱
陷落柱柱体 的高度大小不一 ， 小的几 十米 ， 只穿过几个或几 十个煤岩层 ， 大者高度达数百米 。
１ ． ２ ． ２ 陷 落 柱 的柱 体 物 质
若是矿井主要巷道 ， 应按原设计施 工直接穿过 陷落柱 ， 同时 要特别注意 防止矿井水或瓦斯的涌出 ， 提前做好工作面后路排水
要 ： 陷落柱会对煤矿 的生产和管理带来诸 多问题和 隐患。分析 了岩溶 陷落柱的成因
及其特征（ 形状 、 大小、 柱 体 物质 ， 与 围岩 的接 触 面 ） ， 归纳 了陷 落 柱 对 煤矿 井 下 采掘 工程 的 影响 因素 ， 对 如 何 处 理 陷 落 柱提 出 了相 应 方 法 和措 施 。 只 要 施 工 单位 能根 据 施 工 工 程 的 具 体技术要求施工 ， 根据具体情况采取相应措施 ， 就能处理好陷落柱问题 。 关键词 ：煤矿 ； 陷 落柱 ； 成 因； 影响 ； 处 理 方 法 中 图分 类 号 ：Ｔ Ｄ８ ２ ２ ＋ ． ３ 文献 标 识 码 ：Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ ０ — ８ １ ３ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ １ ４ ４ — ０ ２
岩溶是形成 陷落柱的基本条件 ，岩溶发育必 须具 备以下 ４ 个条件 ： ①有可溶性 的岩 （ 矿） 层； ②有地 下水 的良好 通道 ； ③有
矿井地质_3_常见问题(4.岩溶陷落柱)
四、陷落柱的探测与预测 • （一）陷落柱出现前的征兆 • 1、煤、岩层产状发生变化 • 煤、岩层产状的影响范围和变化程度与它的物理
力学性质有关：
• 在较松软的煤、岩层中，产状变化明显，影响范
围较宽；在坚硬和脆性的煤、岩层中则变化不明
显，影响范围较窄。
• 2、裂隙和小断层增多
• 由于重力和真空吸蚀作用的影响，在陷落柱周围
量增大，往往是临近充水陷落柱的征兆。
• （二）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 作面内部陷落柱时，一般宜采用扇形孔布置（教 材插图2-105）。
钻孔圈定采面内陷落柱示意图
教材图2-105
• 2、物探：
• 微重力勘探
• 冲刷带内岩块较小，有磨圆现象，胶结紧密，层理清 晰，岩石结构构造保持完好；冲刷带可见层位缺失现 象。
（三）陷落柱与断层和河流冲蚀的区别
陷落柱内大块岩石坍塌
教材图2-100
• 3、从上下对应关系区别
• 陷落柱具有上下对应的关系。
二、陷落柱成因 • （一）岩溶发育的地质条件
• 1、煤系或其下伏地层中含有可溶性岩、矿层，如石 灰岩、白云岩或石膏矿等。 • 2、含煤区域内，发育有良好的地下水通道，主要是 指断层和裂隙，尤其是导水性好的张性或张扭性断裂。 • 3、地下水交替循环快，排泄流畅，具有良好的地下 水动力条件。
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。
• 其共同特点是:
• 1. 岩溶陷落柱是厚层碳酸盐岩，古岩溶对上覆煤系地 层后期重力崩落而产生的。
岩溶陷落柱对煤矿生产的影响
岩溶陷落柱对煤矿生产的影响及处理方法1、引言岩溶陷落柱是煤系地层下部石灰岩、白云岩等可溶性岩石在地下水和重力作用下，所产生的塌陷现象。
岩溶陷落柱是影响我国一些煤矿正常采掘和安全生产的地质问题之一。
它不仅破坏煤层，损失煤炭资源，给井巷工程的布臵和施工增加困难，而且因其可能是良好的导水通道，使采掘场所与含水层沟通，对矿井的安全生产构成极大威胁。
岩溶陷落柱是西山煤田重要地质现象之一。
我矿在布臵走向上千米，倾向200 米左右的综采工作面时，常常在一个工作面中会遇到几个或几十个陷落柱，从而直接影响全矿的安全生产及经济效益。
2、岩溶陷落柱的形成我国华北石炭二叠纪煤系的基底是奥陶系石灰岩，在地下水的化学溶蚀作用下，石灰岩不断被溶蚀破坏，形成了大量的岩溶空洞，溶洞规模越来越大，在上覆岩层长期的重力作用下，引起煤层及其围岩塌陷，形成环状陷落,图2-1,。
由于塌陷体的剖面形状似一锥形柱体，故称岩溶陷落柱，简称陷落柱。
3、陷落柱的特征通过对西铭矿陷落柱的大量观测，现将西铭矿陷落柱的主要特征归纳如下3.1 地表特征当陷落柱的规模较大时，可穿过煤系地层一直通达地表，呈现出特殊的地貌景观，在基岩裸露地区更为明显。
如在西铭矿区，地表出露产状为平缓的二叠系山西组煤系地层和石盒子群岩系，而在陷落柱出露处岩层产状杂乱，更无层次可寻，登高望去呈一圆环形陷落盆地，盆地边缘岩层产状正常而连续，盆地中乱石林立，充填着不同地层的破碎岩块。
周围岩层因受塌陷影响而略显弯曲，多向陷落区内倾斜。
而在另一区内，当山西组地层中陷落了石盒子群的砂岩时，由于砂岩不易风化，形成独特的凸起地形。
3.2 井下特征3.2.1 陷落柱的形状陷落柱平面形状似圆形、似椭圆形或长条形等，直径大小不一，最大直径可达几百米,最小直径仅十余米。
陷落柱的剖面形状多呈上小下大的锥形体，但当陷落柱穿过含水较多的松软岩层时，剖面形状就呈上大下小的漏斗状。
陷落柱的高度一般为几米至一二百米,甚至可能波及地表。
地质三量陷落柱
矿井三、生产中的“三量管理”
回采煤量：
为在准备煤量的范围内，为采区上山、 中间巷道和回采工作面切割眼，安装设备即 可正式进行回采的煤量。
储量损失与回采率：
回采率计算： 回采率=（储量-损失量）/储量 ×100%
厚煤层 ≥ 中厚煤层 ≥ 采区回采率 薄煤层 ≥ 水力采煤 ≥ 75% 80% 85% 75%
第一节
岩溶陷落柱
充填堆积含煤地层下伏岩系如果为可溶性岩石，如 石灰岩、白云岩、石膏层等，在地下水的溶蚀作用 下可以形成岩溶洞穴，随着洞穴规模的扩大，在上 覆岩系的重力荷载下，煤层及其围岩逐渐跨落，可 形成环形柱状陷落，俗称陷落柱； 的岩石碎块层序混杂、排列紊乱、棱角显著、大小 不一，并被粘土充填胶结； 陷落柱的形态上一般呈上小下大的不规则圆柱 体，截面多呈圆形或椭圆形，截面直径由几米至几 百米
工作面回采率
厚煤层 ≥ 中厚煤层 ≥ 回采工作面回采率 薄煤层 ≥ 97% 93% 95%
要加强储量管理、节约资源！！
本章结束
立井：主立井——提升煤
付立井——材料、人员
垂直巷道
小井：<3m，通风、行人等
暗井、溜井（溜煤眼）
水平巷道 主要巷道 倾斜巷道
平硐；石门；平巷：总运输巷，煤层运输巷 总回风巷，煤层回风巷 斜井：主斜井、付斜井；上山、下山，溜眼 总运输巷，总回风巷；
煤矿地质
岩溶陷落柱
岩溶陷落柱
充填堆积含煤地层下伏岩系如果为可溶性岩石，如石灰岩、白云 岩、石膏层等，在地下水的溶蚀作用下可以形成岩溶洞穴，随着 洞穴规模的扩大，在上覆岩系的重力荷载下，煤层及其围岩逐渐 跨落，可形成环形柱状陷落，俗称陷落柱； 的岩石碎块层序混杂、排列紊乱、棱角显著、大小不一，并被粘 土充填胶结； 陷落柱的形态上一般呈上小下大的不规则圆柱体，截面多呈 圆形或椭圆形，截面直径由几米至几百米
矿井地质学-陷落柱-嘟嘟53页PPT文档
1概论
1概论
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
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
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概论
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，造成残热水和地下水复 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
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； CaCO3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。
煤矿井下陷落柱成因及预防措施
浅谈煤矿井下陷落柱成因及预防措施摘要：煤矿井下陷落柱对于矿井采煤作业的影响和危害比较大，因而找出陷落柱的成因并制定针对性的预防措施是煤矿企业和管理机构所关注的话题。
文章从可溶性岩层的发育、地下水的循环冲击和溶洞的塌陷等方面对煤矿井下陷落柱的成因进行了分析，归纳煤矿井下陷落柱的危害，并对如何防止陷落柱的危害发生提出了建议和措施。
关键词：煤矿矿井；陷落柱；煤矿安全；卡斯特洞穴；无碳柱中图分类号：td163 文献标识码：a 文章编号：1009-2374（2012）22-0123-031 概述陷落柱一般分布在石灰岩地带，它是由于溶洞在地质变化过程中的塌陷而形成的。
溶洞由于地质构造力和岩层自身的重力作用会发生塌陷，塌陷过程中溶洞上层的煤系地层也陷落，这种情况下的塌陷物由于呈现出柱状体形状，因此被形象地称为所谓的（煤矿井下）陷落柱。
如图1所示，陷落柱的形成过程是逐渐发生的，在形成之后，陷落柱在地表一般会变现为椭圆形的盆地，并且陷落柱的岩石排列混乱，与粘土相互包裹，中心轴与周围土地岩层呈倾斜相交（一般为75°交角）。
因此，陷落柱对于煤炭开采地下作业是一个安全隐患和进度障碍。
在煤矿井下，陷落柱内部及周围岩层破碎、渗水严重，从而增加发生积水内灌、塌方和瓦斯爆炸等矿难的风险。
所以，做好煤矿井下陷落柱成因的分析并在此基础上做好预防措施的制定和落实是煤矿安全工作的重中之重。
2 煤矿井下陷落柱的成因分析陷落柱多数形成于地质历史时期，是可溶性岩体（即岩层）在岩层重力和煤矿矿层重力等多种力的作用下塌陷而成的，通常也叫做“岩溶陷落柱”。
一般来说，陷落柱的形成与岩溶的发育有着直接的关系，而岩溶的发育离不开以下几个地质条件：2.1 可溶性的岩层或者矿层可溶性岩层随着时间的推移会逐渐消融进而具备塌陷的可能性，所以可溶性的岩层或者矿层的存在是岩溶形成和发育的地质基础。
一般来说，可溶岩包括白云岩、石膏（硫酸盐类）和碳酸盐类石灰岩等。
三维地震在采区小断层和陷落柱勘探中的应用
三维地震在采区小断层和陷落柱勘探中的应用【摘要】随着煤矿高产高效的需要，煤矿采区三维地震勘探技术已成为查明矿井小断层、小褶曲、陷落柱、采空区及煤层厚度变化等有效手段。
本文介绍了三维地震探测的物理基础和数据处理关键步骤，并针对小断层和陷落柱的三维地震应用作了详细的阐述。
【关键词】三维地震；采区勘探；小断层；陷落柱引言煤矿地质构造中存在大量的断层和陷落柱，这些构造规模虽小，但对高效率的综合机械化采煤机组的生产效率影响极大。
对某一新开发的矿井调查发现，几乎30%工作面是由于出现新的断层而过早地被废弃。
采用三维地震技术正确识别和解释断层、陷落柱等构造，确定其产状和性质，避开构造解释的陷阱，为优化矿井设计、合理布置采区和工作面提供可靠的地质依据，以利于减少井巷工程浪费，提高资源回收率和保障安全生产，成为当前煤矿勘探工作的重要方向。
1 三维地震探测的物理基础1.1 探测小断层的物理基础断层在盆地或造山带中是普遍存在的。
通常，拉张性盆地正断层发育，而挤压性盆地特别是前陆盆地逆冲断层发育。
目前断层落差h主要是根据断层上、下盘断点时差△t及地震波速度v来确定，即利用公式h=12△t×v。
而且，地震波包含着丰富的断层构造信息，其中许多信息与断层落差有着密切的联系。
断层落差越大，构造运动规模一般也越大，断层带内的岩石破碎程度也越高，对地震波的吸收也就越严重。
同时反射波之间的相互干涉也越强。
因此断层地震波从多方面反映着断层落差大小。
如果将反射波运动学特征与动力学特征加以综合解释，就有可能提高小断层的解释精度与可信度。
1.2 探测陷落柱的物理基础陷落柱柱体是由块度大小不均，排列杂乱无章的上覆地层塌陷物充填胶结而成，充填物成份复杂、松散，密度小，速度低，成层性差，而陷落柱附近及顶部围岩多为煤层地层的砂岩、泥岩或煤层，其沉积稳定，速度、密度与陷落柱相比，在横向和纵向上都存在明显的差异，因此，为利用地震反射波法探测陷落柱奠定了物理基础。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
，侵入体与煤层的接触关系，煤层被熔蚀、穿插切割的方 式和程度，侵入体的分布密度，接触变质带的特征和宽度 。
五、岩浆侵入煤层的探测与预测
• 对侵入破坏轻微，煤厚基本可采的地区：重点是 查明侵入体的形状、大小和分布，评价其对采掘
工艺的影响；
• 对侵入破坏严重、煤层可采性遭到严重破坏的地
区：重点是侵入区找煤，圈定可采区段，最大限
层状岩床素描图
教材图2-73
似层状岩床素描图
教材图2-74
树枝状岩床素描图
教材图2-75
扁豆状岩床素描图
教材图2-77
串珠状岩床素描图
教材图2-76
• 2、岩性特征
• 煤系中的岩浆侵入体多系浅成岩和脉岩，其岩性
主要为基性岩类和中性岩类。
• 3、接触变质特征 • 当岩浆侵入或接近煤层时，在高温、挥发物质和 动压的作用下，引起煤的变质称为接触变质。影 响因素：
岩浆侵入多煤层平面分布示意图
教材图2-85
断层通道和煤层产状对岩浆侵入的影响
教材图2-86
• 岩浆侵入有挤压注入和熔蚀同化两种形式： • 对化学稳定性较强的岩层，以挤压注入为主； • 对化学稳定性差的煤层，则以熔蚀同化为主。
• 3、侵入分区
• 根据侵入中心的远近、侵入体的产状变化、以及对煤层破
天然焦
无烟煤
二、煤系中岩浆侵入体的特征
• 1、产状特征 • 岩浆岩侵入体的产状是指它的产出状态，即形状、大 小、与围岩的接触关系。最常见的为岩墙、岩床。 • 1）岩墙
• 岩墙是指岩浆沿断裂侵入形成的墙状不整合的浅成侵 入体。其中规模较小、形状较复杂的称岩脉。
• 厚度由数厘米～数十米，一般在岩层中窄，在煤层中 宽，长度数米～数千米；岩墙受断裂控制，具有一定 的方向性，并成组出现。
• 深成岩位于地下深处，岩浆冷凝速度慢，岩石多为全晶质 、矿物结晶颗粒也比较大，常常形成大的斑晶； • 浅成岩靠近地表，常具细粒结构和斑状结构； • 喷出岩由于冷凝速度快，矿物来不及结晶，常形成隐晶质 和玻璃质的岩石。
• 岩浆岩侵入的破坏作用： • 一方面导致岩浆熔蚀交代煤层，从而破坏煤层的连续 完整性，减少煤田的可采储量； • 另一方面，引起煤的接触变质，煤的灰分（指煤完全 燃烧后其中残余的固体矿物质）增高，粘结性降低， 甚至变成天然焦炭，从而降低煤的工业价值。 • 此外，它还造成采区、采面布置困难，妨碍采掘工作 顺利进行，导致废巷增多，增加生产成本。
248
第四节
岩溶陷落柱
一、陷落柱特征
二、陷落柱成因 三、陷落柱的观测与编录 四、陷落柱的探测与预测
地震勘探实例－－断层/冲刷带
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。
• 与煤层接触面积较小，对煤层破坏和影响范围不大。
岩墙素描图
教材图2-71
• 2）岩床
• 岩床是指沿层理面或软弱层位侵入形成的层状整
合浅成侵入体。岩床以基性和中性最常见。
• 岩床大致平行围岩层理，多沿煤层侵入，厚度较 小，面积较大，倾角平缓，形态复杂多样：层状 、似层状、树枝状、串珠状、扁豆状。 • 与煤层大面积接触，对煤层的破坏非常严重。
• 1）侵入体的产状：接触面积大小
• 2）侵入体大小：反映岩浆的数量和蕴含的热量多
少
岩墙的影响范围仅在两侧数米
教材图2-78
岩床厚度与变质带的关系
教材图2-79
• 3）侵入体在煤层中的位置：侵入体对其上面是煤
分层影响大，对下面的煤分层影响小
• 4）煤层与侵入体的距离：近者变质深，远者变质 浅 • 5）侵入体的岩性： • 反映了侵入岩浆的粘度：基性岩浆粘度小，易流 动，在地壳浅部容易以岩床形式沿煤层广泛侵入 ，对煤层接触变质影响大；酸性岩浆粘度大，不
• 岩浆作用：
• 喷出作用 • 侵入作用（根据发生侵入活动的相对深度不同，又分 深成侵入（＞3km）、浅成侵入（0.5～3km），形成 的岩浆岩体相应称为深成侵入体、浅成侵入体。
• 岩浆岩分类： • 岩浆岩类型一般根据化学成分、矿物成分和产状进行 分类。 • （1）根据化学成分： • 主要考虑岩石化学成分中的酸度和碱度。岩石的酸度 ，是指岩石中含有SiO2 的重量百分数。SiO2是岩浆岩 中最主要的一种氧化物，它的含量有规律的变化是岩 浆岩分类的主要基础。岩石的碱度即指岩石中碱的饱 和程度。通常把Na2O+K2O的重量百分比之和，称为全 碱含量。Na2O+K2O含量越高，岩石的碱度越大。
• 上述的分区是逐步过渡的。
岩浆侵入的上冲区
教材图2-87
岩浆侵入形态分区示意图
教材图2-88
四、岩浆岩侵入体的观测
• 观测内容：
• 1、岩浆岩性质：岩石的颜色、结构、构造和矿物成分， 并据此定名。 • 2、侵入体产状：几何形态、大小，原生流动构造，与围 岩接触关系，侵入体之间的穿插等。 • 3、侵入体与断裂构造的关系：岩浆沿断裂侵入？还是断 裂切割侵入体？ • 4、岩浆侵入对煤层的破坏情况：侵入体在煤层中的位置
第三章 矿井生产中的地质问题
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节 矿井地质构造 煤厚变化研究 岩浆岩侵入 岩溶陷落柱
第三节
岩浆岩侵入
一、岩浆岩基本概念回顾
二、煤系中岩浆侵入体的特征
三、岩浆侵入煤层的一般规律 四、岩浆岩侵入体的观测
五、岩浆侵入煤层的探测与预测
一、岩浆岩基本概念回顾
• 岩浆主要由硅酸盐和一些挥发份组成。硅酸盐的主要 成分是SiO2。SiO2含量高，酸性程度也随之升高。挥 发份的主要成分是水蒸汽、CO2、SO2、CO、N2等，其 中水蒸汽占的比重很大。 • 岩浆岩是由高温、熔融状态的岩浆喷出地表或侵入地 壳上部，并冷却、凝固而形成，岩浆主要是由二氧化 硅、各种金属氧化物、少量的金属元素和稀有元素、 挥发性物质等组成。
• 如果穿过岩性不均一的岩层，则形态很不规则，
但总体上仍呈锥形柱状（图2-95c）。
井下特征
陷落柱剖面形状示意图
教材图2-95
井下特征
• （3）陷落柱的高度：指溶洞底到塌陷顶的垂直距
离。它与溶洞的大小、地下水的排泄条件、岩层
的物理力学性质，以及裂隙的发育程度有密切关 系。一般高度达几十米到100～200m不等。 • （4）陷落柱的中心轴：陷落柱各个平面形态的中 心点的联线。通常，中心轴垂直于所穿过的岩层
• 通常，超基性岩中没有石英，长石也很少，主要由暗 色矿物组成；
• 而酸性岩中暗色矿物很少，主要由浅色矿物组成； • 基性岩和中性岩的矿物组成位于两者之间，浅色矿物 和暗色矿物各占有一定的比例。
• （3）根据产状
• 根据产状，就是根据岩石侵入到地下还是喷出到地表 ，岩浆岩又可以分为侵入岩和喷出岩。根据形成深度 的不同，侵入岩又细分为深成岩和浅成岩。 • 每个大类的侵入岩和喷出岩在化学成分上是一致的， 但是由于形成环境不同，它们的结构和构造有明显的 差别。
度回收煤炭资源。 • 1、探测：综合运用钻探、巷探和物探。 • 2、预测：定性的、总体特征的预测。
扇形钻探与巷探结合探测
教材图2-89
山东陶庄煤矿247巷道钻探剖面图
教材图2-90
• (1) 赵杰，磁法在探测侵入主采煤层岩浆岩边界中的应用 ，山东科技大学学报( 自然科学版)，2000,19(3)；
阳泉五矿
• （二）井下特征
• 1、陷落柱的形态特征
• （1）平面形态：陷落柱与地面、水平切面的交线 形态，一般呈椭圆形、圆形、长条形等（图2-94 ）。
陷落柱平面形状示意图
教材图2-94
井下特征
• （2）剖面形态：
• 沿陷落柱中心轴切开的形态。
• 如果陷落柱穿过含水的松软岩层，则剖面形态多 呈上大下小的漏斗状（图2-95a）； • 如果穿过不易塌陷的、岩性均一的坚硬岩层，则 剖面多呈上小下大的锥形（图2-95b）；
教材图2-84
• 2、选层侵入
• 岩浆沿断裂通道上升的过程中，还要沿层理面、层滑 面和软弱层位发生侧向顺层侵入。 • 由于煤层物理力学性质软弱，裂隙和层滑面发育，化 学性质活跃，热熔点较低，易被高温岩浆熔蚀，因此 煤系地层抵抗岩浆侵入的能力差，是岩浆最容易侵入 的层位。 • ――岩浆侵入煤层，除了煤层本身软弱外，还与煤层 顶底板的阻隔和屏蔽作用有关。
• （一）地表特征
• 1、盆状塌陷坑：
• 在基岩裸露区，陷落柱常以盆状凹坑出露于地表
，坑内岩层遭受破坏，混杂堆积着上覆的不同层
位的大小岩块，或为黄土所掩盖；坑外岩层层位
正常，裂隙发育，岩层产状微向坑心倾斜。塌陷
坑常呈圆形或椭圆形。
地表特征
• 2、丘状凸起区： • 在山西阳泉和平定矿区常能见到在大片出露的、 由粉砂岩和泥质岩组成的山西组(P1s)地层中，局 部隆起石盒子组(P1x ~P2s)或石千峰组(P2sh)的砂岩
块体堆积。塌陷区内外岩石抵抗风化、剥蚀的能
力不同，造成差异风化地貌景观。
阳泉三矿
官沟(阳泉三矿西侧)
地表特征
• 3、柱状破碎带：
• 在沟谷两侧或道路两旁的天然或人工剖面上，
可见到的柱状的破碎带，即岩溶陷落柱的剖面
形态。
• 4、特殊地貌形态：
• 在黄土覆盖区，基岩中的陷落柱可导致表层黄
土产生圆形陷坑或弧形阶梯状裂缝。
• 根据酸度，也就是SiO2含量，可以把岩浆岩分成四个 大类：超基性岩（SiO2 <45%）、基性岩（SiO2 45-53% ）、中性岩（SiO2 53-66%）和酸性岩（SiO2 >66%）。 • 又把Na2O+K2O含量特别高（>10%）的岩石单独划分 为“碱性岩”，与之并列。