陷落柱几何特征

华北煤田陷落柱发育的几何特征
张希诚1尹万才1孙立进2卜昌森2
（1. 肥城矿业集团, 山东肥城271619; 2. 山东省煤炭工业局, 山东济南250000）摘要：从平面形状、剖面形状、发育高度及中心轴变化方面，总结了华北煤田陷落柱的几何特征。

在平面形状特征方面，以椭圆形为主；在剖面形状方面，以上小下大的圆锥状柱体为主。

陷落柱的发育高度大小差别十分悬殊，几乎所有的陷落柱中心轴都会随地层深度的变化发生有规律的偏移。

关键词：煤田陷落柱几何特征
Geometrical Characteristics of Collapsing Column in North
China Coal Field
ZHANG Xi-cheng1YIN Wan-cai1SUN Li-jin2BO Chang-sen2
(1. Feicheng Mining Group, Feicheng, Shandong 271619; 2. Shandong Coal Industrial Bureau, Jinan,
Shandong 250000)
Abstract: The geometrical characteristics of subsided column in North China coal field is summarized from its planar shape, sectional shape, height and axle center change. The shape of most subsided columns presents ellipse in plan and circular cone in section. The height of subsided columns is a great disparity in size. Almost all the axle centers of subsided columns change in regularity with stratum depth.
Key words: coal field; subsided column; geometrical characteristic
陷落柱是一种比较特殊的地质体，它的几何形态、赋存状态和出露状况以及出现前的征兆，都有其固有的特征。

认识煤田陷落柱发育的几何特征，对总结其发育规律，防治矿井水害具有指导意义。

陷落柱的形态是陷落柱最重要的特征，也是陷落柱这种特殊地质体最本质和最鲜明的客观表现形式。

陷落柱的平面形状不一，面积大小不同，剖面形状多种多样，极不规则，柱体的高度各异，柱体中心轴复杂多变。

1 陷落柱的平面形状
是指陷落柱体与地表或岩层层面的切割面形状，也称之为横切面形状。

从目前华北各煤矿区所揭露的大量陷落柱情况看，其平面形状有椭园形、似园形、肾形、长条形和不规则形等，其中呈椭园形和似园形者居多，尤以椭园形为最。

陷落柱的长、短轴大小不一，面积有大有小，并且相差十分悬殊，长轴最大可达600m，小者不足10m，面积大者达数万乃至10万m2，小者仅几十m2。

据河北井陉矿区已发现的112个陷落柱统计，椭园形者58个，占50.4%，似园形者33个，占28.6%，不规则形者21个，占21.0%，；陷落柱面积>50000m2的1个，占0.8%，50000~2000m2的53个，占47.3%，<500m2的54个，占48.2%。

鲁西新汶矿区协庄矿已发现的14个陷落柱，椭园形者占71.4%，似园形者占28.6%，其中最大的一个陷落柱，长轴170m，短轴70m，面积为9341.5m2，最小的一个陷落柱，长轴30m，短轴24m，面积为565.2m2。

肥城煤田目前发现的9个陷落柱，其平面形状均为椭园形，其中最大者是杨庄矿1982年6月8504采面回风巷揭露的2号陷落柱，长轴120m，短轴45m，
作者简介：张希诚(1963- ), 男, 山东昌乐人, 高级工程师,学士,研究方向: 地质工程及矿井水害防治.
最小者也是该矿1993年11月在9412采面揭露的6号陷落柱，长轴仅20m，短轴13m。

2陷落柱的剖面形状
陷落柱的剖面形状，主要受所穿过岩层的岩石物理力学性质的制约，粗细变化不一，多呈不规则状或锯齿状的柱状体。

在岩性比较坚硬均一、裂隙又比较发育的岩层中，其剖面形态多为上小下大的园锥状柱体，这种剖面形状的陷落柱在华北煤田占大多数。

在松散层中，陷落柱的剖面形状多呈上大下小的漏斗状柱体，此种陷落柱在华东地区的一些煤田比较多见。

当陷落柱穿过软硬相间的岩层段时，其剖面形状常呈时凸时凹和时粗时细的不规则状。

华北煤田目前发现陷落柱的剖面形状，除大多数呈上小下大的园锥状和极少数为上大下小的漏斗状柱体外，还发现有上下粗细近同的园筒状柱体，以及两头大中间小的不规则状柱体和弯曲状柱体。

河北井陉矿区的112个陷落柱中，96%为上小下大的园锥状柱体，4%是两头大中间小的不规则状和园筒状柱体(图1)。

肥城煤田目前所揭露的9个陷落柱，其剖面形状基本上是上小下大的园锥状柱体(图2)。

3 陷落柱的高度
陷落柱的高度，一般是指溶洞的底面至陷落柱柱顶的距离，但至今仍未有钻孔直接探测到溶洞底面的资料报导，这里所说的陷落柱高度笼统地指奥灰顶部至柱顶或塌陷顶的距离。

华北煤田的陷落柱高度，不同矿区的不同陷落柱，大小差别十分悬殊。

有的陷落柱塌至地表，其高度比较大，如山西阳泉、汾西等矿区的少数塌至地表的陷落柱，柱体高度达数百米以上。

更多的陷落柱只塌至太原组或山西组，其柱体高度比较小，多数为百余米至数十米，个别只有10余米。

目前发现陷落柱柱体高度最大的是山西阳泉矿区的一个陷落柱，高度达600m。

河南鹤壁矿区四矿的15号陷落柱，柱体高度为400m左右(图3)。

河北井陉矿区的112个陷落柱，柱体高度大者为150~200m，多属塌至山西组的陷落柱，小者仅50m左右，属塌至太原组底部的陷落柱。

鲁西新汶煤田协庄矿揭露的14个陷落柱，其中有11个塌至山西组，滕县煤田柴里矿揭露的4个陷落柱，全部在山西组3煤层中，柱体高度多在300m左右。

肥城煤田目前发现的9个陷落柱，在山西组揭露的有2个，分别是杨庄矿在31煤揭露的1号陷落柱和平阴煤矿在4煤揭露的陷落柱，柱体高度也在300m左右；在太原组8煤揭露的陷落柱有4个，9煤揭露的有3个，柱体高度在百米以内。

陷落柱的柱体高度与奥灰顶部岩溶洞穴的规模大小、地下水迳流条件、上覆岩层的岩石物理力学性质、裂隙发育程度和稳定性有关。

奥灰顶部溶洞体积大，地下水迳流条件好，上覆岩层裂隙发育稳定性差，则陷落柱发育就比较好，其柱体高度就大。

反之，溶洞体积小，地下水迳流条件变差，上覆岩层稳定性好，陷落柱发育不够充分，其柱体高度比较小。

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中心轴。

从理论上讲，陷落柱的中心轴应垂直于所穿过的岩层层面，但由于所穿过岩层的产状变化，岩石物理力学性质差异，裂隙发育程度不同，加上后期构造的改造和影响，陷落柱的中心轴常有变化。

实际揭露的陷落柱中心轴大多数不是垂直层面，而是歪斜和弯曲多变的，甚至有的还发生扭转，它反映了陷落柱在垂向上的伸展变化以及在空间产出的状态。

河北井陉矿区一矿贾南井田的9号陷落柱，歪斜程度80m的高差内，中心轴在水平方向错动22m。

鲁西新汶煤田协庄矿的陷落柱，以及肥城煤田的陷落柱，中心轴常发生偏移，并且多向北偏移，其偏移方向常与煤田滑动构造的滑移方向相一致。

所以造成陷落柱中心轴发生偏移、水平错开和扭转的原因，除了与穿越岩层的产状及岩性变化有关外，还与陷落柱形成过程中或形成以后，受到发生在煤层顶底板附近的滑动构造的影响和改造有关。

掌握陷落柱中心轴的变化规律，可以全面了解陷落柱
的空间赋存状态和产状，有助于预测下部煤层或下水平的陷落柱平面位置。

5 结论
（1）陷落柱的平面形状是多样花的，但常以椭圆形为主，其平面面积变化大。

（2）在华北地区陷落柱的剖面形状以锥形为主；在华东地区以漏斗形为主。

（3）陷落柱发育的高度受到岩层的力学性质控制，变化很大。

（4）几乎所有的陷落柱中心轴随地层深度发生有规律的移动。

参考文献
[1]肥城矿务局地测处, 山东矿业学院. <肥城煤田岩溶陷落柱赋存规律及其防治>研究报告.
1886.
[2]吕朋菊, 张永双, 张明利等. 鲁西煤田多级滑动构造系. 地质论评, Vol.41, No.6, 1995.
[3]施龙青, 高延法, 尹增德等. 肥城煤田滑动构造在矿井水害中的作用. 中国矿业大学学报.
V ol.27, No.4, 1998.。