又称岩溶陷落柱,简称陷落柱,煤层下伏碳酸盐岩等可溶岩被地下水溶蚀产生空洞,引起上覆岩层冒落而成的柱状塌陷体。在陷落柱发育的矿区,煤层遭受严重破坏,不仅影响巷道和采煤工作面的正规布置,限制采掘机械的有效使用,而且造成煤炭资源的大量损失,打乱生产计划,降低煤矿经济效益。特别在水文地质条件复杂的矿区,陷落柱可能成为采掘场所与地下水的通道,给生产和人员人身安全带来严重威胁,甚至造成突水淹井事故。1
形态特征包括地表形态特征和井下形态特征。
(1)陷落柱地表形态特征。塌至地表的陷落柱,在地表常呈环形凹地或圆形凸包。
(2)陷落柱井下形态特征。在煤矿井下,陷落柱形态多呈上小下大的柱状体,但在含水较多的松散岩层中,亦见有上大下小的漏斗状陷落柱。其中心轴常与岩层层面近似垂直,横截面形态多数为椭圆形,少数近似圆形或长条形。
规模特征指横截面直径和高度大小。
(1)横截面直径。相差悬殊,从数米、数十米至数百米都有发现。
(2) 高度。数十米至数百米不等。
界面特征陷落柱与围岩的接触面界线分明,多呈锯齿状折线。接触带附近围岩(煤层及岩层)微向柱心倾斜,张裂隙发育,煤质松碎,常有风化现象。陷落柱柱面粗糙,无擦痕和滑动镜面。
物质成分陷落柱由上覆岩层塌落碎块堆积而成,碎块大小悬殊,棱角明显,形状各异,成分复杂,混杂堆积,并为岩屑、煤屑松散充填与胶结。有地下水长期活动的陷落柱,其碎块表面及间隙中常见有铁质、碳酸钙质或高岭土质等物质沉淀。2
发育分布陷落柱具有特殊的上下对应关系,即地表见有陷落柱,井下必定有;上部煤层见有陷落柱,下部煤层中必定有。
陷落柱的发育与分布,主要受地质构造和水文地质条件的控制。陷落柱发育地带,多是或曾是地下水强径流带。
成因对于喀斯特洞穴塌陷的原因,如今存在重力塌陷和真空吸蚀两种看法。持重力塌陷观点的人认为,溶洞上覆岩层的塌落,是重力作用的结果;持真空吸蚀观点的人则认为,溶洞上覆岩层的塌落,是密闭喀斯特溶腔内地下水水位下降,产生负压;强力抽吸上覆岩层向下冒落的结果。
探测在煤层下伏碳酸盐岩等可溶岩地区,根据陷落柱的形态特征、规模特征、界面特征、物质成分特征和发育分布特征,通过地质观测判断其有无,进而采用井下钻探、物探、化探等技术手段,确定其位置、形状、规模和充水特征,最后用巷探加以验证。
鉴于陷落柱具有密度比围岩小、电阻率较围岩低和导水、透气等物性,在地表,可采用精密重、磁测量和氡、钋放射性测量等物、化探方法,圈定其分布范围;在井下,可采用坑道无线电波透视、槽波地震和地质雷达等井下物探方法和井下钻探进行探查。
预测包括根据分布规律预测和从已知陷落柱推延预测两类。
(1)根据分布规律预测。根据喀斯特发育特点和陷落柱在条件相近邻区的分布特点,进行类比预测,并对陷落柱发育程度进行分区。
(2)从已知陷落柱推延预测。利用上部煤层已揭露陷落柱的资料,根据其形态特点,预测其在下部煤层中的位置、形状和规模;或根据局部揭露陷落柱的资料,预测其整体形状和规模。
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李兵 - 副教授 - 西南大学