第四章 岩溶陷落柱
1 第四章 岩溶陷落柱
陷落柱：由于下伏易溶岩层，经地下水强烈溶蚀，形成大量空洞，从而引起上覆岩层失稳，向溶蚀空间冒落，塌陷所形成的筒状柱体，简称陷落柱
第一节岩溶陷落柱的特征
一、地表特征
1、盆状塌陷
2、丘状凸起
3、柱状破碎带
山西西山和汾西矿区的沟谷两侧或道路两旁的天然或人工剖面上，常可见到一些柱状破碎锻，这即是陷落住的剖面形态。
4、特殊地貌形态
在黄土覆盖区，基岩个的陷落柱可导致表层黄土产生圆形陷坑或弧形阶梯状裂缝。裂缝窄的仅几厘米，宽的可掉进耕牛，在山西汾西矿区有“跌牛缝”之称。此外，陷落柱还可引起黄土滑坡。
二、陷落柱井下特征
1、陷落柱的形态特征
它是指陷落住柱的三度空间形状。现从它的平面和刻而形态、高度和中心轴等方面揭示整个陷落柱的形态特征。
(1)陷落柱的平面形态 它是指陷落柱与地面、水平切面或煤层面的交线形态。一般呈椭圆形，也可呈圆形、鞋底形或长条形等。
根据山西阳泉三矿已揭露的133个陷落柱的平面形态统计资料，椭圆形的92个，占69％；圆形的13个，占10％；其它形状的28个，占31％。为了描述陷落柱的平面形态，应标出长轴和短轴，计算出长短轴的比值。一个矿区，陷落住长轴往往具有一定的方向性。 2 (2)陷落柱的剖面形态 它是指沿陷落柱中心轴切剖面的陷落拄形态。如果陷落柱穿过极易塌陷的含水松软岩层(如第四纪冲积层或裂隙发育的泥质岩层)，则剖面形态多至上大下小的漏斗状；如果穿过不易塌陷的、岩性均一的坚硬岩层(如砂岩、砂砾岩、砾岩和石灰岩层)，则剖面形态多至上小下大的锥形，锥面与水乎面的交角为60-
80°；如果穿过岩性不均一的岩层，则剖面形态很不规则，但总体仍里，锥形柱状。
( 3)陷落柱的高度 它是指从溶洞底到塌陷顶的垂宜距离。它与溶洞的大小，地下水的排泄条件，岩层的物理力学性质，以及裂隙的发育程度有密切关系．一般高度由几十米到l 00-200m，但也有高达几百米的巨型陷落和仅数米的小型坍塌。
(4)陷落柱的中心轴 它是指陷落柱各平面形态的中心点的联线。通常，中心轴垂直于所穿过的岩层层面。由于陷落柱穿过的各岩层的产状、岩石性质和裂隙发育程度常有变化，因此，中心轴大多不是垂立的，而是歪斜的，甚至呈扭转状态。掌握中心轴的倾伏向、倾伏角及其变化规律，对于准确预测下部煤层、下部水平陷落的平面位置非常重要。
一般情况下，下部煤层和下部水平陷落柱的平面位置向煤层上山方向、即煤层倾向相反方向移动。 3 2．陷落柱的柱面特征
陷落柱的柱面是指陷落柱与周围正常岩层的接触面。它受岩层的岩石性质和结构构造的控制。岩性均一的坚硬岩层柱面多呈直立的平面，松软岩层与坚硬岩层互层，柱面为凹凸不平的锯齿状曲面，软岩层凹入，硬岩层凸出，上部岩层松软多水，裂隙发育，下部岩层坚硬完整，柱面也可呈滑坡状曲面。
3．陷落柱的柱体组成特征
陷落柱由塌落岩块堆积组合而成。与周围正常岩层相比，塌落岩块层位较新，并具有大小悬殊、棱角明显、形状各异、混杂堆积，常为松软岩屑、煤屑和粉粒充填粘结等特点。陷落柱中塌落岩块胶结的好坏，与陷落往形成的早晚，地下水的活动情况，以及塌落岩层的岩石性质有关。早期陷落柱一般均已胶结，晚期的则混杂粘合，胶结较差，比较松散；有地下水长期活动的陷落注，塌落岩块表面及其间隙常有铁质、碳酸钙质或高的土等矿物质沉淀，连同煤粉和岩屑组成的软泥，招岩块粘结起来。
根据江苏徐州大黄山矿的研究表明，陷落往内的塌落岩块并非杂乱无章，塌菠岩块的层面多向往内歪斜，同一层位的岩块在水平方向上呈现有规律的对称性分布。
第二节 陷落柱的成因
研究陷落校的形成原因，主要是研究煤系及其下伏地层中导致岩镕发育的地质条件，引起岩溶洞穴塌陷的机理，以便切实掌握陷落柱的发育和分布规律，为煤矿开采过程中预测和探查陷落拄提供重要理论依据。 4 一、岩溶发育的地质条件
岩溶发育必须具备下列四个条件，缺一不可。
(1)煤系或其下部地层中含有可溶性岩、矿层，如石灰岩、白云岩或石膏矿等。由于这些岩层或矿层极易被地下水溶蚀形成溶孔、溶隙和镕洞，并随着地下水的不断活动镕蚀空间逐步扩大。
(2)含煤区域内，发育有良好的地下水通道，主要是指断层和裂隙，尤其是透水性好的张性或张扭性断裂。它们沟通地面水系、地下含水层段与可溶性岩、矿层之间的水力联系，因此陷落柱常沿岩溶化断裂带、褶曲轴部，特别是断裂交汇处呈串珠密集分布
(3)地下水交替循环快，排泄流场，具有良好的地下水动力条件。一个地区的侵蚀基准面控制着地下水的交替和流动。侵蚀基准面以下，地下水流动缓慢，排泄困难，岩溶不发育。岩溶发育最有利的地带，是地下水面以下、侵蚀基准面以上的饱水带。这带地下水向侵蚀基准面作水平运动，形成水平连通的溶洞。因岩溶陷落柱集中分布在地下水强滞留带内。
(4)地下水源丰富，具有溶蚀性较强的酸根和较大的侵蚀“掏空”能力。应该指出，有极少部分的陷落柱的塌落空间不是由于地下水的溶蚀作用造成的，而是由于地下水的机械作用把泥砂透镜体、断层泥堆积体等松软岩体冲刷带走造成的。
二、溶洞塌陷机理
1、重力塌陷观点
重力致塌观点以天然洞穴和人工裸体硐室的自然塌落为基础，有一定的理论和实践依据。但是，当认真考查这一观点时，却发现与之有矛盾的客观现象如下：
(1)按陷落核上小下大的特点推算，溶洞的底面积应远大于煤层的塌陷面积，然而，从野外考查和钻孔揭露资料来看，通常溶洞规模不大。所以，要形成煤层陷落面积达几十到几千平方米的大溶洞是十分困难的。
(2)按陷落高度为悬空高度的2．5—3倍推算，要形成陷落高度在100m以上、甚至500-600m的陷落柱，必须要有近50-200m高的巨大溶洞。这在溶洞发育地区尚未发现过，模拟验证也将十分困难。
(3)岩溶受断裂构造的控制，因此地下的溶孔、溶隙或溶洞彼此相连，组合 5 成管状和网络状的岩溶体。但实际揭露的陷落柱平面形态为椭圆形和似圆形，极少出现长条形。
2．真空吸蚀塌陷的观点
相对密封的承压岩溶网络地下水中，由于某些原因，如地下的补给和排泄条件的改变等，引起浅部充水岩溶腔内地下水位大幅度下降。当水位低于岩溶腔口表面时，在岩溶盖层与岩溶腔内水面之间出现无水空腔，这时腔内水体由承压转为无压。根据波义耳—马略特定律，即pV＝常数，当体积V增大时，压力p必然减小。因此，由于地下水位不断下降而逐渐增大的岩溶空腔，必定转化为低气压状态，近似于真空腔，或称负压腔。它象巨大吸盘一样，强有力地抽吸着上面盖层，使之快速剥落和下陷，直至坍塌破坏。与此同时，由于岩溶空腔内外的压差效应，使腔外大气压力对盖层表面产生冲压作用，加速盖层平衡的破坏，导致地面塌陷。
第三节、陷落柱的探测和预测
一、陷落柱的观测
无论在地表或井下遇见陷落柱，都应进行详细的观测和编录。根据生产矿井对陷落柱观测和判断的基本要可归结为五查、五看和五定的工作方法。
五查包括：查陷落柱周围煤、岩层中裂隙的发育情况和充填物性质，查陷落柱周围煤质的变化范围和风化程度，查临近陷落柱处水和瓦斯的变化情况；查陷落柱周围小型断层的发育情况和产状特征；查矿区内陷落柱的发育和分布规律。
五看包括：看陷落柱与煤、岩层接触面的形态；看陷落柱与煤、岩层接触带的充填物性质和特征；看陷落柱内岩块的性质、形状、大小、排列方式和层位时代，看陷落柱周围煤、岩层的产状变化；看陷落柱面与巷顶交线的弯曲方向和曲率。
五定包括：定巷道理陷落柱的部位；定陷落柱的形状；定陷落柱的大小；定巷道穿避陷落柱的距离；定处理陷落柱的措施。
二、陷落柱出现前的预兆
(1)煤、岩层产状发生变化。一般情况下，在临近陷落校时，煤、岩层产状稍有变化，倾向陷落柱中心，倾角增大或减小，倾角变化多在3—6°之间，个 6 别可达10°以上，影响范围一般为15—20m，5m内煤层顶板松动。煤、岩层产状的影响范围和变化程度与它的物理力学性质有关。在较松软的煤、岩层中，产状变化明显，影响范围较宽；在坚硬和脆性的煤、岩层中，产状变化不明显，影响范围较窄。
(2)裂隙和小断层增多。在岩溶塌陷过程中，由于重力成真空吸蚀作用的影响，在陷落拄周围的煤、岩层中形成一些张性裂隙和小型正断层。这些断裂面大多倾角较陡，走向平行柱面的切线方向，或呈弧形平行挂面，倾向陷落拄中心，断层落差很小，走向延展不长，短者2—3m，长者l0m左右，沿倾向往住消失于煤层中，多呈顶断底不断的形式，断裂中常充填粘土、碳酸钙和氯化铁等物质，断裂在脆性煤、岩层内比较发育，在塑性煤、岩层中则较少见。
(3)煤出现风氧化现象。在靠近陷落柱周围的煤层中，煤常不同程度地遭受风氧化作用。轻则光泽变暗，灰分略高，煤质松软；重则风化呈粉末状。煤的风氧化程度和影响范围与陷落柱的大小、裂隙发育程度、距地表的深度和地下水的活动情况有关。
(4)煤层中挤入破碎岩块。在接近陷落柱的煤层中，因煤层局部煤质松软，在地下水的侵蚀和掏空作用下，陷落岩块常沿柱体四周嵌入煤层。挤入煤内的岩块棱角明显。没有引起煤层层理和顶底板的异常变化。
(5)地下水涌出量增大。陷落往既可积聚地下水，又是连接富水岩层的良好通道。在陷落柱发育的矿井内，采掘前方涌水量增大，往往是临近充水陷落柱的先兆。研究资科表明，不同地区陷落住的充水特征差异很大，有的干燥无水；有的储水而不导水；有的既充水又导水。
引起矿井突水事故的陷落柱必须具备三个条件：一是穿过含水的含水层；二 7 是具有一定的水头压力；三是陷落柱导水。因此，现代岩溶水强逞流带上的陷落拄，特别是正在发育个的陷落柱，复活了的陷落柱，才具有导水和突水的潜在危险。
三、陷落柱的探测
1) 钻探
2) 物探
岩溶陷落柱成因分布规律浅析
煤炭工程 ２００８年第１ １期
岩溶陷落柱成因分布规律浅析
方沛，王海龙
（皖北煤电集团公司任楼煤矿，安徽淮北２３５０００）
摘要：论文介绍了任楼煤矿在通过多种勘查手段对任楼井田已有岩溶陷落柱进行探查和分
析，查明了陷落柱发育的基本特征。根据岩溶陷落柱成因分布的一般规律，通过对其形成机理即
奥灰强径流带和节理裂隙发育密集带的分析，初步预测了该井田有发育隐伏导水岩溶陷落柱可能
性较大的区域，对该矿以后有针对性地查找和防治陷落柱有一定的指导意义。
关键词：隐伏陷落柱；径流带；节理密集带；古地形；物探
中图分类号：ＴＤ１６３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１—０９５９（２００８）ｌｌ－００８４－０２
Ｋａｒｓｔ ｉｎ ｔｈｅ ｆａｌｌ ｏｆ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｕｓｅｓ
ＦＡＮＧ Ｐｅｉ，ＷＡＮＧ Ｈａｉ—ｌｏｎｇ （Ｒｅｎ Ｌｏｕ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ，Ｗａｎｂｅｉ ｃｏａｌ—ｆｉｒｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｃｏｍｐａｎｙ，Ａｎｈｕｉ，Ｈｕａｉｂｅｉ ２３５０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆａｌｌ，ｉｎ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｌａｗｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｆａｌｌ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｏｏｒ，ｍｉｎｅ—ｆｏｒｍｉｎｇ
ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｔｈａｔ ｉｓ ｓｔｒｏｎｇ Ａｕｓｔｒｉａｎ ａｓｈ ｒｕｎｏｆ ｗｉｔｈ ｃｒａｃｋｓ ａｎｄ ｊｏｉｎｔｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｉｎｔｅｎｓｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｆｏｒｅｃａｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｏｏｒ，ｍｉｎｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｉｎ ｔｈｅ ｆａｌｌ ｏｆ ｋａｒｓｔ ａ ｈｉｇｈ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ Ｒｅｇｉｏｎ，ｔｈｅ ｍｉｎｅ ａｆｔｅｒ ａ ｔａｒｇｅｔｅｄ ｍａｎｎｅｒ ｔｏ ｆｉｎｄ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｉｎ ｔｈｅ ｆａｌｌ ｏｆ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｏｎｃｅａｌｅｄ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｃｏｌｕｍｎ；Ｒｕｎｏｆｆ ｗｉｔｈ；Ｊｏｉｎｔ—ｉｎｔｅｎｓｉｖｅ ｚｏｎｅ；Ａｎｃｉｅｎｔ ｔｅｒｒａｉｎ、Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ
岩溶陷落柱
岩溶陷落柱与矿井防治水策略研究
王则才’，武强２
ｆｌ山东肥城矿业集团公司地测处，山东肥城２７１６０６；２．中国矿业大学，北京１０００８３）
摘要：从矿井水害防治的角度了陷落柱的揭霉特征和预兆，
关健词：陷落柱；成因；防治
中圈分类号：Ｐ６４１．４７，对ｂ溶陷落柱的成因及形成的地质条件进行了初步探讨，总结分析
提出了岩溶陷落柱的预浏方法和治理措施。
文献标识码：Ａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｙｍｈｍｉｎａｒｙ ｉｎ－６ｇａｌｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｇｅｎｅｓｉｓ ｏｆ Ｆａｎｕ ｃｏｌａｐｓｅ ｃｏｌｕｍｎ ａｎｄ ｔｈ． ｇｅｏｌｏｇｉｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｆｏｒｍａｌ ａｒｅ ｄｏｎｅ ｈｅｒｅｉｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｒｉｅｎ ｐｉ川＇ｄｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｄｉｓａｓｔｅｒ ｉｎ ｍｉｎｉｎｇ． Ｔｈｅ ｒｅｖｅａｌｅｄ ｆｅｓｍｒｅｓ ａｎｄ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｏｍｅｎｓ ｏｆ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｃｏｌｕｍｎ ａｒｃ －ｌｙｖｅ．ｌ ａｎｄ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｍａｎａｇｉｎｇｍｅａａｕｒｅｅ ａｒｅ ｐ－ｐ－ｅｄＫｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｒｎｌｌａｗ ｍｌ，，．； ｇｅｎｅｓｉｓ： ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ
近几年，山东肥城煤田杨庄井田连续揭露到岩
溶陷落柱，迄今为止共发现８个，不仅给工作面布
置带来困难，而且给安全生产造成严重威胁。本文
就陷落柱的成因及预防问题作初步探讨。
１陷落柱的成因及形成的地质条件
所谓陷落柱，是指埋藏在煤系地层下部的可溶性岩体，在地下水的物理、化学作用下形成了大量
的岩溶空洞，其卜覆岩层、矿层受重力作用而塌
陷，因为塌陷体的剖面形状似一柱状，故称“岩溶
陷落住”＿陷落柱的形成经历了漫长的地质时期，
是在岩溶充分发育的基础上，受地质构造的控制所
形成。岩溶发育必须具备４个条件：一是具备可溶
性的岩（矿）层，这是岩溶形成的物质基础；二是
地质构造是促进可溶岩溶解与冲蚀作用加速进行的
华北地区岩溶陷落柱形成原因与预测
华北地区岩溶陷落柱形成原因与预测
【摘要】阐述了华北地区岩溶陷落柱的成因，并对其特征进行了总结，提出了陷落柱的预测方法
【关键词】陷落柱;成因;特征;预测
我国华北地区有着丰富的煤炭资源，岩溶陷落柱在华北地区煤田广泛发育和分布，不仅使煤层塌陷在一定范围内失去开采价值，减少煤炭储量，缩短了矿井服务年限；而且还对井巷工程的布置和施工，采煤方法和采掘机械的选择增加困难；更重要的是它往往沟通含水层，,把奥陶系灰岩水引入矿井 ,威胁到矿井的安全生产。因此分析研究华北地区岩溶陷落柱的成因与发育规律，对煤矿的安全生来说来说具有重要的意义。
１．华北地区陷落柱的形成原因
所谓陷落柱，是指煤系地层下部的易溶岩层，经地下水的强烈溶蚀，形成了大量溶洞，从而引起上伏岩层失稳，向溶蚀空间冒落、塌陷所形成的筒装柱体。其发育必须具备四个条件：一是煤系或其下伏地层中含有可溶性岩层；二是含煤区域内，发育有良好的地下水通道；三是地下水交替循环快，排泄流畅，具有良好的地下水动力条件；四是具有丰富的地下水资源。
可溶岩的存在是岩溶形成的物质基础。可溶岩是指碳酸盐类的岩石与水相互作用溶解于水而得名。可溶岩的纯度愈高，其可溶性愈强，岩溶愈发育，溶洞大而集中，典型的岩溶形态发育完善。相反，可溶岩的纯度愈低，则不易形成岩溶。
地质构造是促进可溶岩溶解与冲蚀作用加速进行的重要条件。由于地质构造破坏了岩石的完整性，增加岩石的渗透性能，扩大了水与岩石的接触可溶机会，使水流具有了良好的通道，加强了岩溶发育程度。一般而言，断层附近和褶曲轴部，构造裂隙发育，岩石的透水性好，因而岩溶最为发育。这是由于断层破坏了岩层的连续性和完整性，加强了地下水的循环交替，并使具有溶蚀能力的水与可溶岩石的接触而不断扩大，加快了对可溶岩的溶蚀所致， 因此说地质构造不仅控制岩溶的发育强度和深度，而且控制岩溶发育的方向和部位。
地下水交替循环是岩溶形成的基本动力。地下水循环且带有溶蚀物质流向排泄区，由于水不断循环，裂隙逐步扩大，水流通道加宽，水速加大，溶蚀不断扩大，形成了岩溶洞穴， 甚至地下暗河，为陷落柱的形成创造了条件。
岩溶陷落柱对煤矿生产的影响
1/ 4
岩溶陷落柱对煤矿生产的影响及处理方法
1、引言
岩溶陷落柱是煤系地层下部石灰岩、白云岩等可溶性岩石在地下水和重力 作用下，所
产生的塌陷现象。岩溶陷落柱是影响我国一些煤矿正常采掘和安全生产的 地质问题之一。
它不仅破坏煤层，损失煤炭资源，给井巷工程的布臵和施工增加困难，而 且因其可能是良
好的导水通道，使采掘场所与含水层沟通，对矿井的安全生产构成极大威 胁。
岩溶陷落柱是西山煤田重要地质现象之一。我矿在布臵走向上千米，倾向 200
米左右
的综采工作面时，常常在一个工作面中会遇到几个或几十个陷落柱，从而 直接影响全矿的
安全生产及经济效益。
2、岩溶陷落柱的形成
我国华北石炭二叠纪煤系的基底是奥陶系石灰岩，在地下水的化学溶蚀作 用下，石灰
岩不断被溶蚀破坏，形成了大量的岩溶空洞，溶洞规模越来越大，在上覆 岩层长期的重力
作用下，引起煤层及其围岩塌陷，形成环状陷落 ,图 2-1,。由于塌陷体的剖 面形状似一锥形柱体，故称岩溶陷落柱，简称陷落柱。
3、陷落柱的特征
通过对西铭矿陷落柱的大量观测，现将西铭矿陷落柱的主要特征归纳如下 2/ 4
3.1 地表特征 当陷落柱的规模较大时，可穿过煤系地层一直通达地表，呈现出特殊的地 貌景观，在
基岩裸露地区更为明显。如在西铭矿区，地表出露产状为平缓的二叠系山 西组煤系地层和
石盒子群岩系，而在陷落柱出露处岩层产状杂乱，更无层次可寻，登高望 去呈一圆环形陷
落盆地，盆地边缘岩层产状正常而连续，盆地中乱石林立，充填着不同地 层的破碎岩块。
周围岩层因受塌陷影响而略显弯曲，多向陷落区内倾斜。而在另一区内， 当山西组地层中
陷落了石盒子群的砂岩时，由于砂岩不易风化，形成独特的凸起地形。
3.2 井下特征
3.2.1 陷落柱的形状
陷落柱平面形状似圆形、似椭圆形或长条形等，直径大小不一，最大直径 可达几百米 ,
最小直径仅十余米。陷落柱的剖面形状多呈上小下大的锥形体，但当陷落 柱穿过含水较多
岩溶陷落柱钻探探查技术
２０１ １年第８期 中州煤炭 总第１８８期
岩溶陷落柱钻探探查技术
毕江洪 ，张毅 （１．安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南 ２３２００１；２．安徽省煤田地质局第一勘探队，安徽淮南 ２３２０５２）
摘要：为保证煤层安全开采，对淮南煤田张集煤矿西三采区的疑似岩溶陷落柱进行探查。布置了地面钻探工 程，研究了钻孔钻进过程中遇陷落柱时所出现的识别特征，同时分析了井温变化，并通过盐化扩散测井测定 了涌漏水层位。钻探及试验测试结果表明该陷落柱为中心轴南倾、上小下大的非完全陷落柱，其范围大于三 维地震勘探资料解释范围。 关键词：岩溶陷落柱；钻探；灰岩；钻孔漏水 中图分类号：ＴＤ３７７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—０５０６（２０１１）０８—００１７—０３
Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ Ｋａｒｓｔ Ｃｏｌｌａｐｓｅ Ｃｏｌｕｍｎ ｂｙ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｂｉ Ｊｉａｎｇｈｏｎｇ ，Ｚｈａｎｇ Ｙｉ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＥａｒｔｈ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ａｎｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｉｎａｎ ２３２００１，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｎｏ．１ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ Ｔｅａｍ，Ａｎｈｕｉ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｇｅｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｉｎａｎ ２３２０５２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｎｓｕｒｅ ｓａｆｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ，ｉｎ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｏｎ ｓｕｓｐｅｃｔｅｄ ｋａｒｓｔ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｃｏｌｕｍｎ ｏｆ ｗｅｓｔ Ｎｏ．３ ｐａｎｅｌ ｉｎ Ｚｈａｎｇｊｉ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ ｏｆ Ｈｕａｉｎａｎ ｃｏａｌｆｉｅｌｄ ｗａｓ ｍａｄｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｃｏｒａｔｅｄ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔｓ，ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｒｅｖｅａｌｅｄ ｗｈｅｎ ｂｏｒｅｈｏｌｅｓ ｄｒｉｖｉｎｇ ｍｅｅｔ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｃｏｌｕｍｎ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｓｔｕｄｉｅｄ，ｗｅｌｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｗｅｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｄｒｉｌｌｅｄ．Ｌｅａ－ ｋｉｎｇ ｓｅａｍｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｅｖａｐｏ－ｓａｌｉｎｉｚａｔｉｏｎ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｌｏｇｇｉｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｃｏｌｕｍｎ ｗａｓ ｎｏｔ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｃｏｌｕｍｎ ｗｉｔｈ ｃｅｎｔｒａｌ ａｘｉｓ ｔｏ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈ，ａｎｄ ｓｈａｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｌｕｍｎ ｉｓ ｕｐ ｓｍａｌｌ ｄｏｗｎ ｂｉｇ，ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｃｏｌ－ ｕｍｎ ｗａｓ ｂｉｇｇｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ ｒａｎｇｅ ｏｆ ３ Ｄ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄａｔａ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｋａｒｓｔ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｃｏｌｕｍｎ；ｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ；ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｌｅａｋｉｎｇ
大同四台煤田岩溶陷落柱形成机理的探讨
大同四台煤田岩溶陷落柱形成机理的探讨
从本区区域地质构造、含煤盆地基底构造和井田构造发育规律的角度出发，在充分认识断裂构造和基底构造发育规律的基础上，运用构造分析等方法，揭示了煤田内岩溶陷落柱的形成机理。
标签：岩溶陷落柱：四台煤田：断裂构造
1、井田内岩溶陷落柱发育特征
大同矿务局四台矿是设计井型为年产500万吨原煤的特大型垒机械化矿井。矿井小构造尤其是陷落柱对矿井生产影响十分严重。从全井田范围看，井田内发育的陷落柱由南向北呈三条NE向等间距条带状分布，陷落柱柱体长轴方向主体上呈NE方向展布。与四台井田一级构造方向基本相同，条带间距约为3000m。陷落柱规模一般不大，直径大多在数10m至100米之间。
四台井田煤层中的陷落柱在垂直剖面上呈漏斗状。柱面较陡，柱面与水平面夹角在50-70度之间。陷落柱的中心轴基本上为直立的，陷落柱柱体与周围的岩层呈锯齿状不规则接触，柱面为一不平整、不规则的曲折面(图1)。围岩受挤压严重而出现破碎现象，甚至出现角砾岩，常有伴生小断层产生。陷落柱周围十几米或几十米范围内，常出现环形分布的断层，其延伸较短，走向大致与柱体边缘切线平行，断层面倾角50 70度，落差0.5m至数米不等，通常环形断层仅以一组断面形式出现在柱体附近，但少数情况下，两组断层也可构成组合方式(图2)。
2、井田断裂构造对岩溶陷落柱分布、形成的影响
四台井田位于大同煤田西北部，煤田内部以断裂构造为主，往往组成地堑、地垒或阶梯状形式。断层按走向可分为北东-南西、北西-南东、南北向、东西向四组。北东至北北东向断裂延伸长，落差稳定，一般走向长度十六公里左右，具明显的等间距性，间距约1700m，南部陷落柱大致沿断裂带呈条带状分布，陷落柱长轴主要为北东向，与断裂构造方向基本一致。此组断裂为全煤田性构造，四台井田构造亦受此组构造的控制。
观察整个井田的构造情况，可以看出，在井田中部有条北东向的断裂带。断裂带宽约500m，断裂带内构造主要包括402盘区地堑构造和一系列北东向断层，断层走向为NE40度左右，方向稳定、落差大，在此断裂带的两侧，从已开拓的北部区看，断层走向多为近南北向。北西向和近东西向断层有不同程度的发育，断层落差一般不大，构造相对简单；井田西北部有一条北东走向的断裂带，此断裂带延伸已超出四台井田的范围，很可能对四台井田相邻井田有较大的影响；河南区发育一条落差达10m的北东向断层，在此方向上发育一陷落柱条带，此条带虽揭露程度较低，但沿此方向涉及一条北东向断裂带当属无疑；井田东南部邻近井田边界，有一条北东向的辉绿岩岩墙，走向NE40度。沿此方向可能也涉及了另一条NE向的断裂带，此断裂带已构成了岩浆岩入侵的通道。
陷落柱知识
陷落柱知识
在石灰岩中古代溶洞非常发育，由于地下水的不断溶蚀、洞穴越来越大。在地质构造力和上部覆盖岩层的重力长期作用下，有些溶洞发生坍塌，这时覆盖在上部的煤系地层也随之陷落，于是煤层遭受破坏。由于这种塌陷呈圆形或不甚规则的椭圆开柱状体，所以叫陷落柱。
岩溶陷落柱在我国华北石炭二叠纪煤系地层中广为分布，如山西西山矿务局五个井田就揭露陷落柱达个。由于陷落柱贯穿于岩溶发育的奥灰和煤系地层之间，即使陷落柱在天然条件下是不导水的，但由于开采活动对其导水性能的改造，陷落柱往往成为奥灰与煤系地层之间联系的通道，井巷或采煤工作面一旦接近或揭露陷落柱时，则可能产生突水，水量一般较大。如开滦范各庄矿,年月，1工作面因陷落柱导水而造成突水，高峰期平均水量达万0，使范各庄、吕家坨两矿被淹，相邻的几个矿也被迫停产或半停产，损失巨大。
陷落柱的成因及形成的地质条件陷落柱是指由于埋藏在煤系地层下部的可溶性岩体，在地下水的物理、化学作用下形成了大量的岩溶空洞，其上覆岩层、矿层受重力作用而塌陷。因为塌陷体的剖面形状似一柱状，故称“岩溶陷落柱”。陷落柱的形成经历了漫长的地质历史时期，是在岩溶充分发育的基础上，受地质构造的控制所形成。岩溶发育必须具备四个条件：一是具备可溶性的岩矿层，这是岩溶形成的物质基础；二是地质构造是促进可溶岩溶解与冲蚀作用加速进行的重要条件，即要有地下水的良好通道；三是水的交替循环是岩溶发育的基本动力，也就是说有地下水的排泄口，以便加剧地下水的交替进行；四是有丰富饱和的侵蚀性水质。这四个条件促使岩溶发育不断进行。可溶岩的存在是岩溶形成的物质基础。可溶岩是指碳酸盐类石灰岩、白云岩、硫酸盐类石膏的岩石与水相互作用溶解于水而得名。可溶岩的纯度愈高，其可溶性愈强，岩溶愈发育，溶洞大而集中，典型的岩溶形态发育完善。相反，可溶岩的纯度愈低，则不易形成岩溶。地质构造是促进可溶岩溶解与冲蚀作用加速进行的重要条件。
岩溶陷落柱的研究历史及成因假说
岩溶陷落柱的研究历史及成因假说
摘要：岩溶陷落柱在华北型煤田广泛发育和分布，它的存在是矿井安全的重大威胁。为了解决陷落柱问题，众多专家学者对陷落柱的形成机理、分布规律以及陷落柱突水原因等方面，进行了长期的研究，形成了诸多理论依据。
关键词：岩溶陷落柱；研究历史；形成机理；分布规律；侵蚀基准面
Abstract: There are extensive development and distribution of karst collapse
column in northern china coal field. The existence of karst collapse column is
significant threat to mine safety. In order to solve the problem, many experts and
scholars have done the long-term research of formation mechanism, distribution law,
collapse column water inrush reason and so on. As a result, many theoretical bases are
formed.
Key words: karst collapse column; history of research; formation mechanism;
distribution law; base level of erosion
在我国华北煤田，不少矿区有陷落柱分布。在陷落柱发育的地区，它一直是影响煤矿生产和建设的主要因素之一，如西山煤田前山各生产矿区揭露的地质资料统计：陷落柱发育密度为20～40个/k㎡，其破坏面积约占煤层已采面积的7%。由于陷落柱的破坏，生产矿井煤炭储量损失高达15%～30%[1] 。由于陷落柱的存在，破坏了煤层的正常赋存，影响了采区的合理布置；增加了矿井顶板事故等灾害的频率；更重要的是，有少数陷落柱具有导水性，一旦采掘活动揭露此类陷落柱，会发生突水事件。例如：开滦范各庄煤矿、安徽任楼煤矿、徐州的张集煤矿等，全国已有多个矿井因陷落柱突水而导致淹井事故，造成重大损失。
华北型煤田岩溶陷落柱分布规律及其水文地质意义
第15卷第3期Vol115, NO-3阜新矿业学院学报(自然科学版)JournalofFuxinMiningInstitute(NaturalScience)1996年7月July,1996
华北型煤田岩溶陷落柱分布规律
及其水文地质意义
张宝柱 陈振东
(阜新矿业学院资源工程系123000)
摘 要 本文阐述了华北型煤田内岩溶陷落柱形成的基本条件及其分布规律,依其导水性把陷落柱划分为三大水文地质类型,指出多数是隔水的,但若形成较新或处于强径流带及集中排泄带,可成为矿床充水通道,勿通奥灰水进入矿坑,发生突水淹井事故。对此进行了深入探讨,并提出相应的防治方法。关键词 岩溶陷落柱;岩溶水系统;矿床疏干中图号 TD12
收稿日期 1995-06-06。第一作者 张宝柱,男,1962年生,硕士,讲师。0 引 言
华北型煤田石炭、二叠纪地层内岩溶陷落柱广泛发育,常给煤矿生产带来不利影响,特别是自
1984年6月开滦范各庄煤矿发生了世界采矿史上前所未有的奥陶系灰岩岩溶陷落柱特大突水,造成灾
害性淹井事故以后,打消了陷落柱不突水的看法,对陷落柱分布规律及水文地质特征研究引起了重
视。
1 岩溶陷落柱分布规律
岩溶陷落柱是由于煤系地层基底厚层易溶碳酸盐—硫酸盐岩,在强烈溶蚀与机械作用下,形成大
型岩溶洞穴而失去对上覆岩层的顶托力,导致上覆岩层不断向下塌落而形成的柱状塌陷体。它是碳酸
盐—硫酸盐岩岩溶化所引起的继生地质现象,主要发育并形成在华北岩溶水类型煤矿区,特别以山西
西山、泌水、霍县煤田和河北太行山中南段煤田分布密度最大,发育也最典型。
岩溶陷落柱既是一定岩性结构的产物,同时亦受构造控制,是水化学、水动力作用和机械作用等
共同作用的结果,其分布具有如下特征:
1.1 受地层结构控制
陷落柱发育的地层层位主要分布在碳酸盐、硫酸盐岩混合建造的中奥陶统中。中奥陶统碳酸盐—
硫酸盐岩系属于陆缘浅海台地沉积,为一套泥晶白云岩、泥晶白云质灰岩、泥晶灰岩、石膏及硬石膏岩
岩溶陷落柱的成因
岩溶陷落柱的成因特征
①岩溶陷落柱主要发育于我国北方。形成的主要地质环境是： 上部为页岩、泥岩等软岩，下部为质纯灰岩、白云岩等强溶岩
形成的地层组合。 ②岩溶陷落柱有时可发展到地表。它在地貌上，常常表现为岩
层产状凌乱的洼地。
③岩溶陷落柱属于特殊的、塌陷式岩溶。 ④岩溶陷落柱的溶腔也以实腔形式出现，内部被溶腔上部的页
岩、泥岩等软岩所充填。 ⑤岩溶陷落柱横断面形态为陡立的圆柱状或上窄下宽的反漏斗
状形态，少数可以发展到地表，并直接与地表相通。
⑥岩溶陷落柱的腔体的上部、中部和下部充填的物质变化不大，基本都是杂乱无章的页岩、泥岩等软岩的岩块或碎块。
⑦岩溶陷落柱中，不存在单独的水体，这是岩溶陷落柱与溶洞、暗河和岩溶淤泥带等其他地下岩溶的明显不同之处。
⑧岩溶陷落柱只有“干性”和“湿性”之分。
⑨当隧道开挖突然遭遇“干性”岩溶陷落柱时，较容易造成坍塌或塌方。
⑩当隧道开挖突然遭遇“湿性”岩溶陷落柱时，极容易造成坍塌或塌方。