侯春明

（山西金暉隆泰煤業(yè)有限公司，山西 長治 046500）

淺析礦井陷落柱成因、對煤礦開采的影響及處理措施

侯春明

（山西金暉隆泰煤業(yè)有限公司，山西 長治 046500）

陷落柱會對煤礦的生產和管理帶來諸多問題和隱患。分析了巖溶陷落柱的成因及其特征（形狀、大小、柱體物質，與圍巖的接觸面），歸納了陷落柱對煤礦井下采掘工程的影響因素，對如何處理陷落柱提出了相應方法和措施。只要施工單位能根據(jù)施工工程的具體技術要求施工，根據(jù)具體情況采取相應措施，就能處理好陷落柱問題。

煤礦；陷落柱；成因；影響；處理方法

在煤礦井下施工作業(yè)過程中，時常揭露和遇到陷落柱。陷落柱的出現(xiàn)給煤礦生產和安全管理帶來很多問題和隱患。為保證煤礦礦井安全生產，提高礦井的抗災能力，有必要對陷落柱的成因、影響有一定的認識，并采取具有針對性的方法和措施進行應對。

1 陷落柱的成因及特征

1.1 陷落柱的成因

有石灰?guī)r分布的地帶，在地下水的長期侵蝕作用下，石灰?guī)r層中形成大量的巖溶空洞，溶洞規(guī)模不斷擴大，洞頂巖層在重力及其他因素的誘導下向下坍塌。與此同時，地下水的活動又不斷地對坍落的巖石進行破壞，以化學或機械方式進行搬運，維持塌落空間，使坍塌由下而上不斷發(fā)展，最終形成鑲嵌于煤系地層內豎直狀的碑石堆積體——巖溶陷落柱。

巖溶陷落柱是巖溶塌陷多次反復長期積累的結果。巖溶塌陷與地下水位的頻繁升降和侵蝕基準面的變化密切相關。多煤層、多旋回、多無炭柱是地殼小振蕩運動在成煤作用、沉積作用、構造作用3個方面的具體表現(xiàn)。

巖溶是形成陷落柱的基本條件，巖溶發(fā)育必須具備以下4個條件：①有可溶性的巖（礦）層；②有地下水的良好通道；③有豐富、飽和的侵蝕性水質；④有地下水的排泄口，以便加劇地下水的交替作用。

1.2 陷落柱的特征

1.2.1 陷落柱的形狀大小

陷落柱多為上小下大的圓錐體，也有上大下小或上下一樣粗細的柱狀體。在縱剖面上的形態(tài)呈漏斗狀、錐狀或不規(guī)則狀。在水平切面上的形態(tài)，多為似圓形、似橢圓形，也有長條形、不規(guī)則形，截面的直徑有幾米到幾百米。如在山西靈石附近煤礦井下揭露的陷落柱有十幾處，截面直徑在8~63m。塌落到地表的陷落柱地形上表現(xiàn)為近圓或橢圓的陷落盆地，盆地內巖層產狀雜亂，層次不清，盆地周圍巖層因受塌陷影響而略顯彎曲，多向陷落區(qū)內傾斜。

陷落柱柱體的高度大小不一，小的幾十米，只穿過幾個或幾十個煤巖層，大者高度達數(shù)百米。

1.2.2 陷落柱的柱體物質

由塌落的溶洞上方的各巖石層、煤層組成，陷落柱的煤巖碎塊，一般棱角分明，形狀不規(guī)則，排列紊亂，大小混雜。古老的陷落柱中的巖塊多被膠結，近代塌陷的巖塊呈松散堆積。陷落柱大多干燥無水，有的陷落柱柱體內存有少量空隙，內存有一定量積水。有的陷落柱與含水層導通，可能造成突水淹井事故。

1.2.3 陷落柱與圍巖的接觸面

多呈不規(guī)則的鋸齒形，界面明顯，柱面傾角一般為60°～80°，在堅硬巖層處突出，在松軟巖層處凹進。陷落柱周圍小型斷層也較為發(fā)育。

2 陷落柱對煤礦井下的影響

2.1 破壞煤層的連續(xù)性和煤炭開采量，破壞可采煤層，減少煤炭儲量

陷落柱是上層巖層的陷落，而本身不是煤層，因此，陷落柱又被稱為“無炭柱”。這些“無炭柱”使得原本連續(xù)的煤層出現(xiàn)斷失，進而使原本估計的煤炭儲量不得不打折扣。實際可采儲量不及估計量，從而影響了煤礦效益。

2.2 嚴重影響煤礦采掘施工，制約機械化作業(yè)，降低礦井效益

陷落柱的存在影響綜采工作面的正常布置，造成工作面強行搬家，甚至采煤工藝由機采改為炮采；增加巷道掘進量；由于陷落柱柱體內巖石紊亂無序，巖石力學性能差，同時增加了巷道支護難度和支護成本。

2.3 礦井作業(yè)安全面臨多個挑戰(zhàn)，易引發(fā)礦井安全事故

陷落柱附近的煤巖層裂隙發(fā)育，柱體內巖塊更是雜亂破碎，容易發(fā)生冒板、片幫事故；高瓦斯礦井在接近陷落柱處，工作面瓦斯涌出量可能會急劇增大，管理疏忽易發(fā)生瓦斯事故；帶壓開采的礦井，遇導水陷落柱是可能發(fā)生礦井突水事故。

3 煤礦生產對陷落柱的治理方法和措施

3.1 設計方面對陷落柱的處理

對于已知的陷落柱，在設計時，盡量把陷落柱留設在煤柱中，既減少煤炭損失，又保證生產安全。對于回采工作面內，可根據(jù)陷落柱的位置、大小確定是否配巷而繞過陷落柱。

3.2 掘進期間遇陷落柱

若是礦井主要巷道，應按原設計施工直接穿過陷落柱，同時要特別注意防止礦井水或瓦斯的涌出，提前做好工作面后路排水能力的保障工作，做好一旦瓦斯涌出量超限時的通風管理措施，做好巷道圍巖一旦破碎而采取加強支護的支護材料準備工作。如果是沿煤層布置施工的巷道，要采取定向定坡的方式穿越陷落柱，巷道坡度的確定，可參照巷道遇陷落柱前10～30m范圍煤層在巷道內沿施工方向上的實際煤層傾角，以保證巷道在穿過陷落柱后，仍處在設計煤層層位內，防止巷道層位偏離。也可采取鉆探方式提前按預定方位和坡度測定陷落柱另一側的煤層位置，驗證所選定巷道定坡的準確性，如圖1所示。

圖1 掘進巷道過陷落柱示意圖

圖2 回采工作面過陷落柱示意圖

當工作面順槽巷道穿過巷道后，采取鉆探的方法探測陷落柱的范圍。

3.3 鉆探

在井下可通過鉆探的方式查明陷落柱的范圍。在巷道內布置探測陷落柱的鉆孔，應根據(jù)施工方向布置平行孔或扇形孔。探查回采工作面內部有無陷落柱，一般布置扇形孔，孔距應略小于本礦區(qū)已知陷落柱的平均直徑。

3.4 回采工作面內遇到陷落柱

一般應先探明其形狀、大小、位置，然后采取處理方法，如圖2所示。在回采工作面內不同位置各有1個陷落柱，其長軸方向與煤層傾向一致。圖中左下角的陷落柱位于運輸巷和開切眼交匯處，采用斜切眼布置，回采時調斜工作面上頭方式開采，將工作面調整到正常位置。對于工作面中部的陷落柱，如果面積不大，采用強行硬割的方法通過陷落柱（過陷落柱地段巖層堅硬時要超前工作面處理）；如果面積較大，則需要預先開掘配切眼，當工作面推進到陷落柱邊沿時，倒面搬家，跳過陷落柱繼續(xù)回采。當陷落柱位于回風巷側時，可采用預先配巷，縮短工作面長度，推過陷落柱后延長工作面長度的方法避開陷落柱。

4 結束語

在煤礦井下施工中，遇到或揭露陷落柱，要根據(jù)施工工程的具體技術要求，結合所揭露陷落柱的位置、大小等具體情況，采取具有針對性的處理方法和措施，同時加強頂板支護、通風瓦斯、施工涌水排放等方面的現(xiàn)場管理措施，這樣就能夠安全順利地處理好陷落柱問題。

Analysisof Causesof Mine Collapse Column on the Impact of Coal Mining and Treatment Measures

Hou Chunm ing

The fall in the production andmanagementof the coalminesof the columnwillbringmany problemsand pitfalls.The paperanalyses the causesand characteristicsofkarstcollapse column(Shape,size,cylindersmaterial,contactsurfacewith the surrounding rock),summarizes the influence factorsofmining engineering collapse column in coalmine underground,on how to dealwith the collapse column itputs forward correspondingmethodsandmeasures.As long as the construction unitsaccording to the concrete construction technology requirementsof the projectconstruction,to take correspondingmeasuresaccording to the specific circumstances,can handle the problem ofcollapsing column.

coalmine;collapse columns;causes;influence;method

TD822+.3

A

1000-8136（2013）02-0144-02

侯春明，男，1964年6月出生，河南省?？h人，1986年畢業(yè)于河北峰峰煤礦學校采煤專業(yè)，中級采礦工程師。

（編輯：王靜）