浅析阳煤五矿陷落柱的成因及分布规律

张 鑫

（阳煤集团五矿，山西 阳泉 045000）

岩溶陷落柱是我国华北地区广泛发育的一种极富区域特色的地质现象，阳煤五矿井田所在的阳泉矿区也发育有大量陷落柱。这种特殊地质现象的存在，不仅破坏煤层赋存，减少可采储量，还会影响巷道的掘进和煤层的开采，特定条件下甚至会导致突水和瓦斯积聚等安全问题。 因此，分析矿井陷落柱成因及其分布规律对矿井提高经济效益和安全生产具有重要的指导意义。

1 工程概况

1.1 基本情况

五矿隶属阳泉煤业（集团）有限责任公司，井田范围内有两个生产矿井，分别是贵石沟矿井和五林矿井。五矿井田总体为一单斜构造，地层总的走向为北西～北北西向，倾向南西，倾角平缓，一般在3～15˚。受区域构造控制，井田内总的构造线方向为北北东及北东向， 发育有较平缓的褶皱群和层间小断层，局部发育陡倾挠曲。主要发肓一些短轴褶曲，断裂构造较少，断层规模一般较小，落差较大的多为逆断层。井田内陷落柱十分发育，井田在地质勘探过程中就发现大量陷落柱，再加上多年的生产揭露，现在全井田共实际揭露陷落柱623个，其分采区统计见表1。

1.2 陷落柱的发育特征

矿井陷落柱的发育特征主要体现在以下五个方面：（1）从表1可以看出陷落柱总体数量多，实际揭露的已达到623个，且局部地区陷落柱密度大，已经达到40个/km2。（2）陷落柱在井田内分布不均衡，井田内北部及西北部陷落柱发育相对较少。生产过程中回采工作面揭露陷落柱情况很少，有些工作面未揭露陷落柱。井田中部及南部较为发育，据生产实际统计平均每个工作面揭露陷落柱数量超过10个。（3）直径较大的陷落柱经常出现整体塌陷情况，造成其上覆煤岩层成层塌落。（4）以往揭露的陷落柱均充填密实，不存在导水情况，仅在8112工作面回采过程中揭露的一个陷落柱有潮湿现象，虽然生产中未发现陷落柱有导水的现象，但不能排除陷落柱导水的可能。（5）陷落柱直径大小差异较大。资料显示最大的直径为385m，最小的直径仅为2m，实际揭露发现以直径为40～60m的居多，占总数的80%左右。

表1 陷落柱分布统计表

1.3 陷落柱的形态特征

矿井陷落柱的形态特征主要体现在以下两方面：（1）陷落柱的平面形态多为椭圆形，少数为长圆形、近圆形，极个别为其他不规则形状。（2）陷落柱的剖面形态以“上小下大”的圆锥状最为常见，同时少数为“上大下小”的倒圆锥状和上下尺寸基本一致的圆筒状柱体。

2 陷落柱的成因分析

陷落柱又被称为岩溶塌陷，它是岩溶发育到晚期的产物，岩溶的发育是陷落柱形成的前提条件，因此本文从岩溶产生的三个条件分析矿井陷落柱的成因。

2.1 有可溶性岩层

矿井陷落柱是由上部覆盖的十分坚硬的非可溶性岩层塌陷形成的。首先是奥陶系中统聚集程度特别高的的硬石膏层发生水化，在这个过程中会形成较大的膨胀力，就会对上覆岩体产生挤压，进而将其挤碎，再加上石膏层及周边岩层的溶蚀影响和地下水强径流冲刷，从而形成空洞，接着上部石炭二叠系地层破碎的岩体向该空洞不断崩塌、陷落以至冒顶, 就会形成矿井揭露的陷落柱。可以看出上述石膏层的发育是陷落柱形成的先决条件，而陷落的规模则受地下水径流水力作用强弱的影响。

2.2 有地下水强烈运动

地下水强烈运动也是矿井产生陷落柱的必要条件，地下水剧烈运动可分为三带：饱气带、完全饱和带和深层循环带。其中完全饱和带中，水流速度较高，呈水平运动，由于水流速度较高所以其冲力较大，进而溶蚀作用较强。本井田位于娘子关泉域南部强径流区，奥灰水位标高+400～ +504m，区内岩溶地下水的水力坡度约为3‰，奥灰地下水流向：由南向北向阳泉汇集，与区域西部径流带汇合后向在娘子关泉群分散排泄，矿井地下水活动强烈。

2.3 有地下水流通道

矿井井田处在冶西背斜，总体为一单斜构造，地层总的走向为北西～北北西向，倾向南西，倾角平缓，一般在3˚～15˚，受构造应力影响明显。在地层倾角走向变化部位和断层附近形成构造裂隙带，这些裂隙成为地下水活动的理想通道。

3 陷落柱分布规律

3.1 矿井陷落柱的分布与构造有密切关系

冶西背斜是矿井井田的主体背斜，对矿井陷落柱的布展规律有着较强的影响，且具有明显的分带特征。除此之外，矿井陷落柱的发育走向为带条状发育，自北偏东向断层发育。由此可以得出矿井陷落柱分布与构造有着密切关系，构造是控制陷落柱发育程度的重要因素。

3.2 陷落柱分布与构造线方向基本一致

从整体来看矿井陷落柱成“S”形发育，由北西方向至北东方向,其发育表现为冶西背斜和宋家庄向斜两种,在这两种发育走向中，陷落柱的平面形象为椭圆形，且长轴方向与构造轴线走向基本一致。由此可以得出矿井陷落柱的分布与构造线方向基本一致。

3.3 陷落柱密集成群分布

矿井陷落柱密集成群分布主要集中在南川河以南和聂家庄以北，勘测结果显示，基本上没有单个陷落柱发育的情况。由此可以得出矿井在已揭露的陷落柱中多呈密集成群分布。

3.4 陷落柱网络带状分布

矿井陷落柱密集分布带之间，陷落柱发育规模不大，整体呈带状发育，由此可以得出矿井陷落柱呈网络带状分布。

3.5 陷落柱似等距性分布

根据实际勘测结果，矿井陷落柱之间都有一定的距离，而且两个陷落柱之间的距离基本上相同，并非随意分布，因此可以得出矿井陷落柱似等距分布。

4 结论

根据阳煤五矿勘探资料、钻孔资料和实际生产过程中实测资料等，对矿井井田揭露的陷落柱的数量、发育特征和形态特征进行统计描述，从有可溶性岩层、有地下水强烈运动和有地下水流通道三个方面对矿井陷落柱的成因进行了分析，阐述了矿井陷落柱的分布与构造的复杂程度有密切关系、陷落柱分布与构造线方向基本一致、陷落柱密集成群分布、陷落柱网络带状分布和陷落柱似等距性分布五个分布规律，对矿井提高经济效益和安全生产具有重要的指导意义。