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

作者：姚青玺

来源：《山东工业技术》2017年第09期

摘要：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。

关键词：陷落柱；观测；判断；处理

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.09.078

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。一般情况下，临近陷落柱时，煤岩层产状稍有变化，向陷落柱中心倾角增大或减小，倾角变化多在3°～6°之间，个别可达10°以上，如图1所示。

（2）裂隙和小断层增多。喀斯特塌陷过程中，在陷落柱周围的煤、岩层中形成一些张性裂隙和小型正断层。断层面大多倾角较陡，走向平行于柱面的切线方向，或呈弧形平行于柱面。断层落差很小，走向延伸不长，短者2～3m，长者10m左右，沿倾向往往消失于煤层中。

（3）煤出现风氧化现象。在靠近陷落柱的煤层中，煤常常不同程度地遭受风氧化，轻则光泽变暗，灰分略高，煤质松软，重则风化成粉末状。煤的风氧化程度和影响范围与陷落柱的大小、裂隙发育程度、距地表的深度和地下水的活动情况有关。

（4）煤层中挤入破碎岩块。在邻近陷落柱的煤层中，因局部煤质松软，陷落岩块常嵌入煤层。挤入煤内的岩块棱角分明，但并未引起煤层层理和顶、底板的异常变化。

（5）地下水涌出量增大。陷落柱既可以积聚地下水，又可以是连接富水层的良好通道。

3 陷落柱的处理方法

陷落柱的处理要从设计、生产全过程进行考虑。首先在工作面布置或巷道开拓时，要尽量考虑把陷落柱作为煤柱一部分进行留设，即在设计之初，就避开过陷落柱，从而减少煤炭的所示，提高生产安全和稳定。

当观测不准确导致在巷道掘进过程中遇到陷落柱时，要分情况进行处理。如果掘进的是矿井的开拓巷道、准备巷道等主要生产巷道，为避免整个生产系统重新设计，应按设计直接穿过陷落柱开展施工。但在此过程中，必须做好防水、防瓦斯突出等工作，确保掘进安全。如果掘进的是回风巷、联络巷、瓦斯抽排巷等非主要巷道，可绕过陷落柱掘进，避免掘进困难的同时也能对陷落柱进行准确的巷探。

当工作面回采过程中遇到陷落柱时，要根据陷落柱的形状、大小和位置进行处理。如图2所示，在采煤工作面不同位置上有3个陷落柱，其长轴方向与煤层倾向一致。图中左下角的陷落柱位于运输巷和开切眼交汇处，采用开斜切眼，回采时摆尾式开采，将工作面调整到正常位置。对工作面中部的陷落柱，如果面积不大，可采用强行硬割的办法通过陷落柱；如果面积较大，则需要预先开掘新开切眼，当工作面推进到陷落柱左侧时倒面搬家，跳过陷落柱继续回

采。当陷落柱位于风巷和上山交汇处时，采用缩短工作面长度或者用减小刮板输送机机尾进尺的办法避开陷落柱。

参考文献：

[1]李增学.煤矿地质学（第2版）[M].北京：煤炭工业出版社， 2013.

[2]孙庆贵.岩溶陷落柱对煤矿的影响与处理措施[J].科技风， 2008（01）.

[3]朱友莉，颜贤华，向先富.陷落柱成因及其开采时的处理方法[J].煤炭工程师， 1991（04）.