陷落柱突水的防治技术探析

邵文岗

（山西兰花沁裕煤矿有限公司，山西 晋城 048000）

·问题探讨·

陷落柱突水的防治技术探析

邵文岗

（山西兰花沁裕煤矿有限公司，山西 晋城 048000）

岩溶陷落柱的存在容易引起矿井突水，对煤矿正常回采威胁巨大。本文主要探讨陷落柱突水的防治技术，对岩溶陷落柱的形成机理进行了分析，指出岩溶陷落柱的形成需要经历溶洞发育和岩溶塌陷两个阶段，论述了陷落柱围岩特征和陷落柱周边小构造以及陷落柱突水的防治技术。

煤矿；陷落柱；突水；机理；防治

岩溶陷落柱是广泛分布于我国煤田的一种特殊的隐伏构造，在我国山西、河南、河北、江苏等产煤大省都有分布。由于岩溶陷落柱容易引起矿井突水，因此危害巨大。研究陷落柱突水的防治技术对于煤矿安全生产具有重要意义。在研究陷落柱突水之前，首先要弄清楚陷落柱的形成原因、突水机理等。本文将对陷落柱突水技术的防治进行探讨。

1 岩溶陷落柱的形成机理

陷落柱的形成要经历两个阶段，第一个阶段是溶洞发育阶段，第二个阶段是岩溶塌陷阶段。

1．1 溶洞发育阶段

岩溶腔洞只有在特定的地质条件下才能形成，这些条件可以称之为岩溶陷落柱形成的基础条件，这些条件包括：1）岩层要比较破碎，比如有断层、破碎带、裂隙带等存在，这些破碎的裂隙可以为地下水提供渗流通道。2）有石灰岩、白云岩等可溶性岩层存在。3）岩溶水需要具有侵蚀性，必须能够侵蚀岩层。4）地下水不仅要有入口，还要有出口，这样才能处于流动状态，只有流动的地下水才能不断冲刷岩层，使其被腐蚀。岩层在具有侵蚀性的岩溶水的长期侵泡和冲刷下，不断被岩溶水溶解和破坏，久而久之，岩层就被侵蚀出一些大大小小的腔洞，称之为“岩溶腔洞”当上述条件全部存在时，岩溶腔洞就会形成。

1．2 岩溶塌陷阶段

岩溶塌陷的形成，也需要一种或多种地质条件，这些地质条件是岩溶陷落柱形成的进阶条件，它们可能是下面的一种或多种：1）在某些条件下，地下水水位下降，溶岩溶洞腔内水面以上空间气体的压力显著降低，甚至出现真空，此时岩层在上部或四周岩石的巨大压力下会被破坏，发生塌陷。2）溶洞受区域性的节理、断层、褶皱等构造因素影响，使顶部岩层或围岩破坏，在构造应力或含水层压力的作用下垮落。3）塌陷区域多分布现代伸展构造，溶洞上方的岩层比较软，容易被破坏，岩层在自身重力的作用下垮落形成塌陷。4）当发生地震、火山喷发、大型构造运动或者大规模的人为工程活动时，溶洞岩石可能发生破坏而坍塌。

2 陷落柱围岩特征

在陷落柱发育区域，围岩表现出一些异常特征，熟悉这些特征，就可以及时地发现陷落柱的存在。陷落柱围岩特征主要有：

1）节理裂隙异常发育，煤、岩层破碎，地层发生弯曲，煤、岩层发生倾斜，倾斜方向一般偏向陷落柱方向，见图1。

2）出现大量小型的正断层，这些正断层一般呈弧形，延展短，断距小，且倾向由陷落柱中心向外，从

平面上看似环状分布。

3）陷落柱附近的煤层，由于会接触到空气，因此，常常会有被氧化的现象。

4）陷落柱附近煤层可能会出现淋水加大的情况。

图1 陷落柱周边地层示意图

3 陷落柱周边小构造

1）下伏陷落柱的“凹式”构造。如果在煤层下方存在岩溶陷落柱，则由于陷落柱对煤层失去支撑作用，煤层或煤层下部的岩层会向下发生弯曲，形成“凹式”构造，见图2。

图2 下伏陷落柱的“凹式”构造示意图

2）正断层。由于陷落柱周围的水平切向应力比正常地层应力大，而水平径向应力又比正常地层应力小，因而在陷落柱周边容易形成正断层，其力学模型见图3。这些正断层一般形成于节理面等软弱结构面，倾角较大，且多成组出现。

4 陷落柱突水的防治技术

在煤回采过程中，应做好超前钻探测工作，及时预测预报各种险情。目前，可用于探测陷落柱的手段很多，如钻探、地质雷达、瞬变电磁法、直流电法、三维物探、工程物探、音频电透视等，这些方法有的适合探测陷落柱的位置，有的可以用于探测岩层的富水性，每种方法各有优劣，在选择的时候，要根据具体的地质情况和本煤矿的情况来选择。另外，现场工人应掌握陷落柱围岩特征与突水征兆，一旦发现有陷落柱存在的可能或者突水的可能，应立即汇报并采取适当的措施。

对于煤矿陷落柱水害的防治，主要有两方面技术措施，第一类是采取预防类措施，即回采时留设防水煤岩柱或者绕过陷落柱所在区域，避免突水，这类措施需要首先做好超前探测工作，只有摸清了陷落柱发育位置，才能采取正确的预防措施。第二类技术措施是治理类措施，治理的基本思路有“堵”、“固”、“截”、“引”等，“堵”，就是堵水；“固”就是加固围岩，增加其强度，防止其被破坏而发生突水事故；“截”就是截断水流通道；“引”是指采取一定的措施将水排走。目前，治理水害的具体措施有直接封堵技术、巷道截流技术、预注浆技术、直接封堵技术、返流注浆技术、“止水帽（塞）”技术等，这些技术都是在上述指导思想下形成的具体技术措施。

图3 陷落柱周边形成正断层的机理示意图

5 结 论

1）通过对陷落柱形成的机理进行分析，指出溶洞的形成需要经历溶洞发育和岩溶塌陷两个阶段，每个阶段都需要一定的条件才能完成，前者是基础条件，后者是进阶条件。

2）落柱围岩有明显的异常特征，熟悉这些特征，有助于及时发现陷落柱的存在。

3）落柱周围存在着“凹式”构造和正断层。

4）对陷落柱突水防治技术进行了探讨。要做好陷落柱突水的防治，首先要做好超前探测工作。陷落柱水害的防治措施有两类，一类是预防类，另一类是采取一定的措施进行治理，如巷道截流技术、预注浆技术、直接封堵技术、返流注浆技术等。

［1］卢 萍，侯克鹏．帷幕注浆技术在矿山治水中的应用现状与发展趋势［J］．现代矿业，2010（3）：21-24．

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Analysis on Prevention and Control Technology of Collapse Column Water Inrush

Shao Wen-gang

The existence of the karst collapse column is easy to cause the mine water inrush，the threat to normal mining in the coal mine is huge．This paper mainly discusses the collapse column water inrush prevention and control technology，the forming mechanism of karst collapse column are analyzed，and pointed out that the formation of karst collapse column need to experience the two stages of karst cave and karst collapse，and discusses surrounding rock characteristics of the collapse column and the small structure around collapse column and collapse column water inrush prevention and control technology．

Coal mine；Collapse column；Water inrush；The mechanism；Prevention and control

TD745+．21

A

1672-0652（2013）08-0052-02

2013-05-11

邵文岗（1976—），男，山西高平人，2008年毕业于太原理工大学，工程师，主要从事煤矿生产技术管理工作（E-mail）2821217279＠qq．com