浅析矿井陷落柱成因、对煤矿开采的影响及处理措施

侯春明

（山西金晖隆泰煤业有限公司，山西 长治 046500）

浅析矿井陷落柱成因、对煤矿开采的影响及处理措施

侯春明

（山西金晖隆泰煤业有限公司，山西 长治 046500）

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。

煤矿；陷落柱；成因；影响；处理方法

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。

1 陷落柱的成因及特征

1.1 陷落柱的成因

有石灰岩分布的地带，在地下水的长期侵蚀作用下，石灰岩层中形成大量的岩溶空洞，溶洞规模不断扩大，洞顶岩层在重力及其他因素的诱导下向下坍塌。与此同时，地下水的活动又不断地对坍落的岩石进行破坏，以化学或机械方式进行搬运，维持塌落空间，使坍塌由下而上不断发展，最终形成镶嵌于煤系地层内竖直状的碑石堆积体——岩溶陷落柱。

岩溶陷落柱是岩溶塌陷多次反复长期积累的结果。岩溶塌陷与地下水位的频繁升降和侵蚀基准面的变化密切相关。多煤层、多旋回、多无炭柱是地壳小振荡运动在成煤作用、沉积作用、构造作用3个方面的具体表现。

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有丰富、饱和的侵蚀性水质；④有地下水的排泄口，以便加剧地下水的交替作用。

1.2 陷落柱的特征

1.2.1 陷落柱的形状大小

陷落柱多为上小下大的圆锥体，也有上大下小或上下一样粗细的柱状体。在纵剖面上的形态呈漏斗状、锥状或不规则状。在水平切面上的形态，多为似圆形、似椭圆形，也有长条形、不规则形，截面的直径有几米到几百米。如在山西灵石附近煤矿井下揭露的陷落柱有十几处，截面直径在8~63m。塌落到地表的陷落柱地形上表现为近圆或椭圆的陷落盆地，盆地内岩层产状杂乱，层次不清，盆地周围岩层因受塌陷影响而略显弯曲，多向陷落区内倾斜。

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

由塌落的溶洞上方的各岩石层、煤层组成，陷落柱的煤岩碎块，一般棱角分明，形状不规则，排列紊乱，大小混杂。古老的陷落柱中的岩块多被胶结，近代塌陷的岩块呈松散堆积。陷落柱大多干燥无水，有的陷落柱柱体内存有少量空隙，内存有一定量积水。有的陷落柱与含水层导通，可能造成突水淹井事故。

1.2.3 陷落柱与围岩的接触面

多呈不规则的锯齿形，界面明显，柱面倾角一般为60°～80°，在坚硬岩层处突出，在松软岩层处凹进。陷落柱周围小型断层也较为发育。

2 陷落柱对煤矿井下的影响

2.1 破坏煤层的连续性和煤炭开采量，破坏可采煤层，减少煤炭储量

陷落柱是上层岩层的陷落，而本身不是煤层，因此，陷落柱又被称为“无炭柱”。这些“无炭柱”使得原本连续的煤层出现断失，进而使原本估计的煤炭储量不得不打折扣。实际可采储量不及估计量，从而影响了煤矿效益。

2.2 严重影响煤矿采掘施工，制约机械化作业，降低矿井效益

陷落柱的存在影响综采工作面的正常布置，造成工作面强行搬家，甚至采煤工艺由机采改为炮采；增加巷道掘进量；由于陷落柱柱体内岩石紊乱无序，岩石力学性能差，同时增加了巷道支护难度和支护成本。

2.3 矿井作业安全面临多个挑战，易引发矿井安全事故

陷落柱附近的煤岩层裂隙发育，柱体内岩块更是杂乱破碎，容易发生冒板、片帮事故；高瓦斯矿井在接近陷落柱处，工作面瓦斯涌出量可能会急剧增大，管理疏忽易发生瓦斯事故；带压开采的矿井，遇导水陷落柱是可能发生矿井突水事故。

3 煤矿生产对陷落柱的治理方法和措施

3.1 设计方面对陷落柱的处理

对于已知的陷落柱，在设计时，尽量把陷落柱留设在煤柱中，既减少煤炭损失，又保证生产安全。对于回采工作面内，可根据陷落柱的位置、大小确定是否配巷而绕过陷落柱。

3.2 掘进期间遇陷落柱

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能力的保障工作，做好一旦瓦斯涌出量超限时的通风管理措施，做好巷道围岩一旦破碎而采取加强支护的支护材料准备工作。如果是沿煤层布置施工的巷道，要采取定向定坡的方式穿越陷落柱，巷道坡度的确定，可参照巷道遇陷落柱前10～30m范围煤层在巷道内沿施工方向上的实际煤层倾角，以保证巷道在穿过陷落柱后，仍处在设计煤层层位内，防止巷道层位偏离。也可采取钻探方式提前按预定方位和坡度测定陷落柱另一侧的煤层位置，验证所选定巷道定坡的准确性，如图1所示。

图1 掘进巷道过陷落柱示意图

图2 回采工作面过陷落柱示意图

当工作面顺槽巷道穿过巷道后，采取钻探的方法探测陷落柱的范围。

3.3 钻探

在井下可通过钻探的方式查明陷落柱的范围。在巷道内布置探测陷落柱的钻孔，应根据施工方向布置平行孔或扇形孔。探查回采工作面内部有无陷落柱，一般布置扇形孔，孔距应略小于本矿区已知陷落柱的平均直径。

3.4 回采工作面内遇到陷落柱

一般应先探明其形状、大小、位置，然后采取处理方法，如图2所示。在回采工作面内不同位置各有1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，采用斜切眼布置，回采时调斜工作面上头方式开采，将工作面调整到正常位置。对于工作面中部的陷落柱，如果面积不大，采用强行硬割的方法通过陷落柱（过陷落柱地段岩层坚硬时要超前工作面处理）；如果面积较大，则需要预先开掘配切眼，当工作面推进到陷落柱边沿时，倒面搬家，跳过陷落柱继续回采。当陷落柱位于回风巷侧时，可采用预先配巷，缩短工作面长度，推过陷落柱后延长工作面长度的方法避开陷落柱。

4 结束语

在煤矿井下施工中，遇到或揭露陷落柱，要根据施工工程的具体技术要求，结合所揭露陷落柱的位置、大小等具体情况，采取具有针对性的处理方法和措施，同时加强顶板支护、通风瓦斯、施工涌水排放等方面的现场管理措施，这样就能够安全顺利地处理好陷落柱问题。

Analysisof Causesof Mine Collapse Column on the Impact of Coal Mining and Treatment Measures

Hou Chunm ing

The fall in the production andmanagementof the coalminesof the columnwillbringmany problemsand pitfalls.The paperanalyses the causesand characteristicsofkarstcollapse column(Shape,size,cylindersmaterial,contactsurfacewith the surrounding rock),summarizes the influence factorsofmining engineering collapse column in coalmine underground,on how to dealwith the collapse column itputs forward correspondingmethodsandmeasures.As long as the construction unitsaccording to the concrete construction technology requirementsof the projectconstruction,to take correspondingmeasuresaccording to the specific circumstances,can handle the problem ofcollapsing column.

coalmine;collapse columns;causes;influence;method

TD822+.3

A

1000-8136（2013）02-0144-02

侯春明，男，1964年6月出生，河南省浚县人，1986年毕业于河北峰峰煤矿学校采煤专业，中级采矿工程师。

（编辑：王静）