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

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。陷落柱的中心轴与岩层层

面近于垂直，由于各地岩层产状不同，所以陷落柱的中心轴既有直立的，也有斜歪的，还

有弯曲状态的。一般，井下陷落的范围比地表大，并向上山方向移动,图3-1,。

3.2.2陷落柱的物质特征

陷落柱主要由塌陷的岩石碎块组成。在某一层位观察该处的陷落柱内岩块的特征时，

发现它们都来自这一层位上方的各个地层，而不会有该层位以下的地层岩石碎块。堆积在

陷落柱内的岩石碎块，一般棱角明显、形状不规则、排列紊乱、大小混杂。在陷落柱边缘

地带往往有淋水现象。

3.2.1陷落柱与围岩的接触关系

陷落柱与围岩的接触面多呈不规则的锯齿状,界限明显,接触处的围岩产状基本正常.

接触带附近的煤层及其顶底版一般无牵引现象.井下平巷遇到陷落柱后,穿过柱体仍可见到

原煤层.

3.2.2陷落柱对煤矿生产的影响及处理

1. 陷落柱对煤矿生产的影响

(1) 破坏可采煤层,减少煤炭储量在陷落柱比较发育的地区,煤系常遭到破坏，使可采煤层在一定范围内失去了开采价值，减少矿井煤炭储量，造成井巷服务年限缩短或提前报废的严重后果。如山西汾西矿务局富家滩煤矿东区，煤层遭陷落柱破坏的面积占该区储量计算面积的53%,张家庄煤矿西区，煤层遭陷落柱破坏的面积占该区储量计算面积的42%，因此这两个区的煤炭储量相应减少了

42%~53%。张家庄煤矿某采区原预计可采储量为45万T，可采区为两年，而由于煤层遭陷落柱破坏，实际开采期只有半年，采出煤量仅8万T，缩短了服务年限。

(2) 降低采掘工作效率，提高生产成本在主要开拓巷道，如集中运输大巷、总回风

巷、上山、下山等巷道遇到无水陷落柱时，为避免巷道拐弯，便于运输和通风，

一般情况下按原计划施工，直接穿过陷落柱，因此，给巷道支护和顶板管理增加了困难，同时也增加了巷道的维修费用。

(3) 妨碍机械化采煤，影响正规生产，有些生产矿井在回采工作面内采用机械化和

液压自移掩护支架管理顶板时，要求工作面的走向长度和倾斜长度都比较大，这样可减少机械的搬迁次数和加大工作面的生产能力。而在陷落柱比较发育的地区，很难布臵出内部无陷落柱的采煤工作面。如果采煤工作面内包藏着几个陷落柱时，将使采煤机组和液压自移掩护支架无法使用和通过。

2、采掘工作中对陷落柱的处理方法

,1, 在掘进回风巷道或工作面运输巷道遇到陷落柱时，一般要直接穿过。工作面正常回采后，在陷落柱附近要做好1、2、3号巷道的施工接替准备

工作，工作面一旦推到陷落柱，可立即缩短工作面长度，不致影响回采

工作进行，但增加了巷道的掘进工作量。

,2, 在回采工作中遇到陷落柱时，一般先用巷探摸清陷落柱范围，当工作面在S点处遇到陷落柱时，首先进行巷探，按巷道1、2、3、4、5顺序施

工，缩短工作面，继续向前推进到M点处，再按原工作面长度MN回采。