浅析陷落柱发育形态及探查防治办法

摘要：岩溶陷落柱是影响煤矿生产和建设的主要地质因素之一，它影响和制约着采区的布置、采面的划分、计划的安排和采掘的接替，而且还直接导致突水，造成人员和财产的重大损失。掌握其发育形态，超前探查，并制定合理的防治办法，对矿井的安全生产作用非常重大。

关键词：陷落柱；探查；防治；办法

岩溶陷落柱是影响煤矿安全生产和建设的主要地质因素之一，陷落柱的存在对矿井的安全生产影响非常大，如不能提早发现，很可能会造成不可挽回的损失。在两淮地区很多矿井均发现了陷落柱或“疑似陷落柱”，超前探查，提前掌握陷落柱的发育形态及特征，并制定合理的防治办法，对矿井的安全生产作用非常重大。解决陷落柱的安全影响，也可以提高矿井资源的回收率，避免资源的浪费。

1 陷落柱的形态特征

1.1 陷落柱的平面形态

岩溶陷落柱的平面形状也称为横切面形状，主要有椭圆形、似圆形、肾形、长条形和不规则形等，其中呈椭圆形和似圆形者居多，尤以椭圆形为最多。同一岩溶陷落柱，由于垂向上围岩岩层性质的差异，其平面形状有时也有变化，不同井田或构造区段的陷落柱平面产状不同，且变化较大。同一陷落柱底部柱体坍塌在平面上面积一般较大，向上发育面积逐渐变小，陷落柱长轴展布方向与节理方向具有一致性。

1.2 陷落柱的剖面形态

岩溶陷落柱的剖面形状多呈不规则的柱状体。在岩性比较坚硬均一、裂隙又比较发育的岩层中，其形状多呈上小下大的圆锥状；在松散层中，岩溶陷落柱的剖面形状多呈上大下小的漏斗状。受陷落柱围岩力学性质影响，陷落柱剖面常呈凸凹不平粗细相间的不规则状。除多数陷落柱呈漏斗状外，部分陷落柱发育呈圆筒状或弯曲状等。

2 煤矿陷落柱的探查

陷落柱属垂直构造，与常规断裂构造相比较，其水平投影面积较小，均呈较小的点状，不利于地面钻探的垂直揭露，同时也不利于带有“体积效应”的各类物探方法，同时陷落柱属隐伏构造，其发育高度多变，即使在建井过程中没有遇到陷落柱的发育，但下煤层的开采中可能仍会遇到，而且陷落柱具有隐伏、孤立与随机分布的特点，决定了其探测工作的复杂性，采用单一的探测手段难以取得理想的探测成果。

2.1 地面三维地震物探

地面三维地震物探需在矿井建设初期进行，它是利用反射波将地震测网按一定规律布置成方格状或环状的地震面积勘探方法，可从三维空间了解地面下的地质构造发育情况。三维地震数据精细解释，能够从立体的角度解析井下地质构造图像，应用三维地震资料发现并解释陷落柱的存在，能够为煤矿开采前提供了初步的地质基础资料，对在生产过程中的防治起着先导作用。

2.2 高密度电法勘探

高密度电法是以岩土的电性差异为基础的一种电探方法，根据在施加的电场作用下地中传导分布规律，推断地下不同地质体的赋存情况。高密度电法作为一种定性的物探技术，随着它的发展，其技术越来越成熟，它的应用领域也越来越广。高密度电法勘探，能够对井下陷落柱的发育及赋存情况进行判断。

2.3 瞬变电磁法勘探

瞬变电磁法分地面和井下两种。其勘探原理也是通过对目标体探测，获取视电阻率数据，分析视电阻率异常区范围，推测地质异常体（陷落柱）的发育情况，能够探查其相对的电阻率差异。该方法不能探测陷落柱的边界，无法确定视电阻率“异常区”的性质，通常在三维地震基本确认陷落柱的情况下，采用该方法探测分析陷落柱的含导水性能够起到很好的判断作用。如不含导水陷落柱，由于其结构松散、岩石破碎，表现为高阻特征。含导水陷落柱则表现为相对低阻特征。瞬变电磁法能够对异常体定性，但要准确的探查陷落柱的赋存及含导水性，需结合钻探探查。

3 煤矿陷落柱的水害防治

岩溶陷落柱是影响煤矿生产和建设的主要地质因素之一，特别是含导水的岩溶陷落柱，误揭露陷落柱后可导致突水，造成人员和财产的重大损失。

3.1 确定陷落柱的导水性质

岩溶陷落柱导水能力的强弱取决于水压和阻力。水压是奥灰水上升的力源，水压值的大小决定了岩溶水的导升高度，当岩溶陷落柱内水压值接近或者相当于附近奥灰水压值且压力升高很快时，说明岩溶陷落柱的导水能力很强。如果探查发现岩溶陷落柱水具有高压，并符合奥灰水水质特征（水温20℃以上、中阻80～100Ω、硝酸根离子含量7mg/L以上），则该岩溶陷落柱属于全导水性质的岩溶陷落柱；如果岩溶陷落柱水压与煤系地层含水层水位相对应，水质不同于奥灰水的特征则属于边缘导水性质的岩溶陷落柱。

3.2 有针对性的治理方法

不同导水性质的岩溶陷落柱对矿井安全产生影响的程度不同，治理的难度也不同，治理采用的方法也不一样。

（1）全充水型和导水型的岩溶陷落柱直接将奥灰水导入煤系地层，成为矿井突水的直接水源，必须彻底根治。由于对此类岩溶陷落柱治理难度比较大，所以必须坚持边探边治和先探后治的原则，在探清岩溶陷落柱形态、内部结构、导水性能等基础上，有针对性的制定治理方案。（2）边缘导水型岩溶陷落柱充水和导水性有限，一般只与接近的含水层有水力联系，不能直接导通奥灰岩溶水，即使突水水量一般也较小，而且很快被疏干。对此类岩溶陷落柱可以采用放水疏干或注漿封堵加固边缘裂隙的方法进行治理，以便于工程施工和巷道维护。

3.3 探、防、治相结合

由于导水岩溶陷落柱与太灰、奥灰沟通，导水通道畅通，补给水源丰富，所以当采掘工程直接揭露时，一般很容易造成突水淹井。从抢险保矿需要出发，矿井发生突水，首先投入的保矿措施就是增加排水能力进行强排水，以制止或延缓矿井淹没水位的上涨，另外堵水是治理导水岩溶陷落柱的关键。对岩溶陷落柱的治理需要查、防、治相结合的技术手段。

4 结论

对在矿井生产中，综合探查确定的导水岩溶陷落柱，仍应遵循查、治结合的原则，在边探边治过程中，逐步查明岩溶陷落柱的空间位置、形态、内部结构和导水特征，同时应加强注意以下技术问题：加固导水岩溶陷落柱附近的井下通道，为带压封堵岩溶陷落柱创造条件；建立可靠的井上下监测系统，井下发现异常立即停止地面注浆作业，以保证矿井安全为前提来确定注浆工艺；形成一套可行的技术管理体系。总之，采取一定的技术手段，岩溶陷落柱的探查和防治是能够做到的。

参考文献：

[1]毕江洪.岩溶陷落柱钻探探查技术.中州煤炭期刊，2011.

[2]刘天放，李志聃.矿井地球物理勘探.北京：煤炭工业出版社，1993.

作者简介：谢琼芳（1986），女，地质工程师，主要从事矿井地质技术和研究工作。