高阳井田岩溶陷落柱形成时存在的特殊现象浅析

赵建忠 杨明渊

摘 要：在华北一些矿区，岩溶陷落柱较发育对煤矿的生产和建设影响极大。由于陷落柱的存在，尤其在陷落柱极为发育区域煤层的连续性被破坏，给井巷工程的布置和施工、采煤方法和采掘机械的选择增加了很多困难，许多工作面就因为岩溶陷落柱的影响不能形成一个完整的回采面，产量受到限制;因此我们作为一名煤矿地质工作者有必要搞清楚陷落柱的发育特征及存在的特殊性，为矿井的安全生产保驾护航，为组队安全施工提供可靠的地质资料。

关键词：岩溶陷落柱;特殊现象;中心轴;整体塌陷

1 岩溶陷落柱的形成机理

岩溶洞穴的发育和塌陷是形成岩溶陷落柱的根本原因。岩溶溶洞是形成岩溶陷落柱的前提条件，但并不是所有的溶洞都会塌落成陷落柱。在煤系及其下部存在较厚的可溶性石灰岩的地区，由于地下水长期对石灰岩的化学溶蚀作用，在石灰岩层中形成大量的岩溶空洞，随着空洞规模不断扩大，洞顶岩层在重力作用及其他因素诱导下向下塌陷。伴着时间的推移，地下水的活动又不断对塌陷的岩石进行搬运、破坏，逐渐向上扩容。当溶洞内水面上升到洞顶岩层（煤层）时，水便对其浸泡并使其软化，强度下降，加速破坏。上覆岩层因受岩体自重重力、水的软化以及溶洞内的真空负压三重作用而破坏坍落形成陷落柱。

2 高阳井田陷落柱的特殊现象

2.1 对陷落柱塌陷中心轴的分析

经过对高阳煤矿在上、下组煤都揭露的同一个陷落柱进行对比分析，陷落柱在下组煤的影响范围总体比上组煤要大，上组煤与下组煤的层间距平均95m，同一个陷落柱在下组煤扩大范围一般在10m-30m。经分析陷落柱形成塌陷过程中，在受自身自由重力作用下，应该是垂直塌落，中心轴应该是直立的。但由于高阳井田地层倾向总体为北东，岩溶陷落柱在形成时对上覆地层都会造成影响，不同岩性的岩层破坏程度不一，岩石裂隙发育程度不同，因而陷落柱平面大小不一，中心轴平面形态发生变化，成为歪斜的甚至扭转的，总体上中心轴的偏离位移与岩层产状相关。

2.2 陷落柱群周围煤层存在整体塌陷现象

在高阳井田西部区域煤岩层倾角较大的单斜构造区，地下有一个良好的流水通道，且水中含有丰富的侵蚀性的二氧化碳，对岩石侵蚀性较大，故在此区域形成了陷落柱群并引起了其范围之内的地层整体下沉。在塌陷形成陷落柱的过程中，由于不均匀陷落柱在不同层位的反映，陷落柱群和局部岩层整体下沉。产生这种现象容易误导生产队组巷道掘进走错层位，因此遇到这种特殊情况我们必须认真分析，通过多种手段进行验证，找准层位，避免损失。

这种陷落柱里煤层整体塌陷的特殊现象在高阳井田上、下组煤都出现过，利用钻探的方法及时进行验证才确保巷道没有穿层施工，避免了巷道走错层位造成的损失。

3 高阳井田陷落柱特殊性认识

高阳井田隶属于郭庄泉域的径流区，地下水活动强烈，受构造裂隙的影响，很容易形成岩溶陷落柱。陷落柱的平面分布特点，与该区域地下水集中径流带关系密切。在高阳井田向斜构造背景控制下，陷落柱的分布呈现北西向带状分布、成群出现的规律，主要受到底板奥陶系灰岩、构造发育和地下水强径流带的控制及影响。

由于地质构造的形成是地应力失衡的结果，陷落柱同样也是地应力变化的产物。如果岩溶溶洞形成后，地应力缓慢变化，陷落柱由溶洞顶部缓慢垮落（塌陷）的块体形成大小不一混乱柱体。随着地应力不断急剧变化，突然增大好多倍，迅速破坏了空洞顶部和周围的应力平衡，产生瞬间塌落，将可能出现陷落柱柱内的岩层整体下沉。

4 结论

在理想状态下，陷落柱受自由重力一般垂直塌陷，中心轴是直立的，但在高陽井田由于构造作用造成岩层产状改变和同时存在的层间滑动的结果，直接导致现在的陷落柱中心轴倾斜甚至弯曲，同一个陷落柱在下部煤层影响范围发生变化，因此掌握中心轴变化规律，有助于预测下部煤层或下水平陷落柱的平面位置，为生产衔接合理布置工作面提供理论依据。通过对岩溶陷落柱群周围煤层存在整体塌陷的特殊现象认识，在以后的生产中指导施工起到效果显著，巷道掘过陷落柱后比较理想找到了2号煤、9-10-11号煤层，加快了施工进度，缓和了工作面衔接的紧张，取得了明显的经济效益。但陷落柱群引起局部地层整体下（定性）的认识，对准确测定陷落柱两边同一层位的高差（定量）还需继续深入研究和探索。

作者简介：

赵建忠（1968- ），男，山西孝义人，1989年6月毕业于北京煤炭工业学校，地质专业，中专，高级工程师，高阳煤矿首席地测工程师兼防治水副总工程师。

杨明渊（1987- ），男，山西黎城人，2010年6月毕业于山西煤炭职业技术学院，矿山地质专业，大专，工程师。