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。

5、陷落柱轴线与岩层产状的关系

多数矿井的观测结果表明，陷落柱锥形体的中心轴与围岩岩层面近似垂直。岩层倾斜，则陷落柱歪斜。在水平投影图上，各煤层的陷落范围不会完全重叠(图3—2—2)，井下陷落的范围比地表大，其边缘向上山方向移动。

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、降低采掘效率，提高生产成本

3．妨碍机械化的使用，影响正规开采

4、造成矿井突水，危及矿井安全

四、陷落柱的探测工作

（一）陷落柱的观测

1、五查

2．五看

①看陷藻柱的不规则柱面。

②看充填物韵性质和特征。

⑧看煤，’岩层的产状变化情况。

④看陷落柱内岩软的大小、排列和时代

⑤看陷落柱与煤层的交面线

3．五定

①定陷落柱的形状。

②定巷道遇陷落柱的部位。

⑧定陷落柱的大小

④定穿过陷落柱的距离。

⑤定遇陷落柱的探测工作。

(二)陷落柱的探测

为了准确地指出陷落柱的具体位置，圈定陷落柱的形状和面积，必须采用各种手段对陷落柱进行探测工作。目前，在井下探测陷落柱的主要方法有钻探，巷探和物探。

1．钻探

这是生产矿井中探测陷落柱的常用手段之一。这种手段使用范围较广，在地表可以用钻孔验证异常区是否有陷落柱的存在，在井下可以用钻孔去探测掘进巷道前方或由巷道圈定的回采工作面内有无陷落柱的存在(图3—2—6)。

2．物探

用物探方法探测陷落柱的存在，使用最广的仪器是重庆煤研所等单位研制成功的WKT-J2型无线电波坑道透视仪(简称坑透仪)。通过在西山、阳泉，汾西，渡口、通化等、矿回采工作面的大量试验，在探测工作面内陷落柱方面取得了显著成效。

利用“坑透仪”探测回采工作面内陷落柱，是根据煤层与陷落柱的电性不同。陷落柱电阻率低，对电磁波具有强烈的吸收作用，电磁波穿过陷落柱时，就形成讯号低值区(或称“阴影区”)。变换发射机的位置，接收机在不同方向测得同一异常区，即“阴影区”交会的地方，就是陷落柱的位置。

观测的方法有同步法和定点法。同步法，就是发射机与接收机分别位于回采工作面的运输巷和回风巷，同时作等距离移动，逐点发射和观测其场强值；定点法，就是发射机相对稳定，接收机在一定范围内逐点观测场强值。由于发射机移动较麻烦。因而，一般多采用定点法观测(图3—2—7)。

定点法先布置必要观测点，对工作面进行普查。如发现异常，再加密观测点。观测点的距离，普查时接收点间距一般为10m：发射点间距为50m。对于每个发射点，接收机可相应地观测10个点左右，或尽可能在接收到场值的范围内观测(图3-2-8)。需加密观测点时，可根据异常的位置，灵活掌握。

布置观测点时需要考虑的问题，

①首先要选择地质条件正常，干扰因素少的地段，布置1—2个发射点，做透视条件试验。接收要从接近发射机的最大值，一直观测到远离发射机的最小值，目的是求该发射点的电磁波在工作面的初始场强值Ho 、穿透距离及煤层的吸收距离B。

2．陷落柱的剖面形状：其剖面形状是根据所穿透的各岩层的岩石性质而异。在较坚硬和裂隙发育的岩层中，陷落柱的剖面形状多呈上小下大的柱状，其柱面(指柱体面与

围岩的接触面)与水平的夹角多在60～80‘之间(图4-2)。在华北地区的石炭、二迭纪煤

系中，多见此种形状的陷落柱。在含水较多的松散岩层中或未经胶结的冲积层中，陷落柱的剖面形状多呈上大下小的漏斗状，陷落柱柱面与水平面的夹角一般较小，约40～50*左右(图4-3)。在华东地区的一些煤田中多见到此种形状的陷落柱。

3．陷落柱的高度：从岩溶的底面至塌陷顶的距离叫陷落柱高度。有的陷落柱塌陷至地表面，其高度达数百米之多，也有的仅塌陷数米至数十米。陷落柱的塌陷高度与岩溶的体积、地下水的排泄条件，岩层的物理力学性质及裂隙发育程度有关。岩溶的体积大，地下水的排泄条件良好，岩层内的裂隙发育则陷落柱的塌陷高度就大，反之则小。

4．陷落柱的中心轴：陷落柱各平面中心点的连线称为陷落柱的中心线或陷落柱的中心轴。陷落柱的中心轴常垂直于岩层的岩面。由于岩层的产状不一，故陷落柱的中心轴有的直

立，有的歪斜，有时可见到扭转现象。图4-4为西山矿务局自家庄煤矿某陷落柱中心轴扭转示意图。掌握陷落柱中心轴的变化规律，有利于预测下煤层、下煤组或下水平的陷落柱的平面位置。

二，陷落柱的出露特征

利用陷落柱的出露特征，识别和圈定陷落柱的形状和大小是矿井地质工作常用的一种方法。掌握陷落柱的出露特征是分析、判断陷落柱的重要环节。

1．陷落柱在地表出露的特征：陷落柱出露在地表时，被塌陷的岩体与周围正常岩层的层位，产状和岩性都不一样，同时该处地貌呈现出各种异常现象。根据地貌的异常现象，可以判断陷落柱的存在和圈定陷落柱在地表的出露范围。根据地表特征，可以进一步预测该陷落柱在井下的位置，形状和大小。陷落柱在地表出露的特征有，

(1)盆状塌陷区：陷落柱出露在地表后常呈现盆状凹陷区。凹陷区的岩层层序遭受

破坏，大小岩体混杂堆积。凹陷区周围的岩层，层位正常，裂隙比较发育，岩层产状稍有变化，均向凹陷中心倾斜。凹陷盆地有时被黄土覆盖。

(2)柱状破碎带：在太原西山和汾西等矿区的一些自然剖面或人工剖面上，经常可

见到柱状破碎带，这些柱状破碎带就是出露在地表的陷落柱。破碎带内的岩层层序遭受破坏，大小岩体混杂无序，但破碎带两侧的岩层层序正常，产状也略有变化。

(3)丘状凸起：在阳泉，平定等矿区内，常见到在山西组的页岩层中有隆起的石盒

子群或石千峰组的砂岩堆。这是陷落柱出露在地表的又一特殊地貌。在陷落柱的形成过程中，石盒子群等的砂岩体塌陷在原来的山西组地层中，因石盒子群的砂岩体比山西组的页岩坚硬，不易风化，经外力地质作用后，坚硬的砂岩体堆在页岩岩层中，故呈隆起的丘状地貌。

除上述特征外，在阳泉，汾西等矿区还可在经暴雨，洪水冲刷过的山谷，河床内见到新塌陷的陷落坑。

2．陷落柱在井下揭露的特征：井下所揭露的陷落柱的主要特征有：

(1)柱面特征：陷落柱柱面是不规则的面，它的垂直剖面是两条曲折线，这是因为

被塌陷的煤，岩层的性质不同造成的。例如：坚硬的砂岩层强度大，不易塌落，故向塌陷的部位突出，而较松软的煤层和页岩层的强度小，很易塌落，故向松散的岩体内凹入。

因而，形成的陷落柱的柱面是一个不平整的，不规则的曲折面，它的垂直剖面为曲折线(图4-5)。

因为柱面的水平切面为一封闭曲线，所以煤层底板或巷

道底面与陷落柱面接触处为一弧线。弧形的半径与陷落柱的

平面形状，大小和相遇部位有关。陷落柱的平面面积大，或

揭露面平行长轴方向则弧形平缓。据此，可以利用弧形接触

情况判断陷落柱的大小，还可做为区别断层和陷落柱的标