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导水陷落柱突水淹井综合治理技术（一）1引言岩溶陷落柱是埋藏在煤系地层下部的巨厚可深岩体，在地下水溶蚀作用下，形成巨大的岩溶空洞。
空洞顶部岩层，当其失去对上覆岩体支撑能力时，上覆岩体在重力作用下向下垮落，充填于溶蚀空间中，因其剖面形态似一柱体，故称岩溶陷落柱。
我国岩溶陷落柱多发育于北方石炭二叠系煤田，在山西、河北、河南、陕西、山东、江苏、安徽等20多个煤田中，已发现陷落柱45处，总数已接近3000个，特别是山西、河北较多，尤其以汾西两岸、太行山两侧煤田为多，如西山矿区已发现陷落柱1300多个，密度可达到70个/km2。
岩溶陷落柱的这种特殊地质现象的存在，不仅破坏煤层，减少可采储量，巷道的掘进和煤层的开采，而且是特殊的异水通道，是很难防治的充水因素。
我国开滦、焦作、皖北、徐州、邢台等矿区都发生过特大陷落柱突水淹井事故，造成了重大的经济损失和社会影响，其中开滦范各庄矿突水淹井事故是世界采矿史上最大的一次淹井事故。
尽管陷落柱突水淹井事故难以有效预防，但突水后可以采取综合治理技术将复矿的时间大大缩短，将灾害损失降低到最低限度。
本文重点探讨我国陷落柱突水淹井的综合治理技术。
2导水陷落柱的基本特征陷落柱的导水性可分为3种类型；强充水型、边缘充水型、弱充水型。
从已发现的陷落柱来看，绝大多数的陷落柱是弱充水型，陷落柱内充填物压实紧密，风化程度极强，边缘裂隙水已被疏降，煤矿在回采过程中，没有水或少量滴水；边缘充水型的陷落柱内充填物压实紧密，风化程度较强，柱内水力联系不好，只是陷落柱边缘发育的次生裂隙充水，对奥灰水的导通性不好，采掘工程揭露时一般以淋、滴水为主, 涌水量不大；强充水型陷落柱内充填物未被压实，柱内水力联系良好，直接导通奥灰高压水，沟通了煤系地层各含水层，采掘工程一旦揭露就发生突水，水量大而稳定，对矿井造成灾难性的淹井事故，防排水设施很难起作用，建国后我国已发生多起陷落柱突水淹井事故。
3综合治理技术3.1巷道截流技术打钻命中巷道，钻孔终孔孔径不小于100mm,打透巷道后先投注骨料，再注浆加压，最后引流注浆。
第15卷第3期V o l 115, N O -3阜新矿业学院学报(自然科学版)Journal of Fuxin M ining Institute (N atural Science )1996年7月Ju ly ,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 TD 12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、石膏及硬石膏岩混合建造,常见大量层次不清的膏溶角砾岩。
《范各庄矿综采条件下覆岩运移规律研究》篇一一、引言随着煤炭开采技术的不断进步，综采技术已经成为现代煤矿生产的主要方式。
然而，在综采过程中，覆岩运移问题一直是困扰着煤炭行业的重要难题。
范各庄矿作为国内重要的煤炭生产基地之一，其综采条件下的覆岩运移规律研究对于保障矿井安全生产、提高煤炭资源开采效率具有重要意义。
本文旨在通过对范各庄矿综采条件下的覆岩运移规律进行研究，为煤炭行业的安全生产和高效开采提供理论支持。
二、研究区域概况范各庄矿位于某地，地质条件复杂，煤层赋存条件多变。
本文研究的对象为该矿的某一综采工作面，该工作面采用机械化程度较高的综采设备进行开采。
在开采过程中，覆岩运移现象较为明显，对矿井安全生产和煤炭资源开采效率产生重要影响。
三、研究方法本研究采用现场观测、理论分析、数值模拟等方法，对范各庄矿综采条件下的覆岩运移规律进行研究。
首先，通过现场观测和收集数据，了解覆岩运移的实际情况；其次，运用岩石力学理论，分析覆岩运移的力学机制；最后，采用数值模拟方法，对覆岩运移过程进行模拟，验证理论分析的正确性。
四、覆岩运移规律分析1. 覆岩运移的力学机制在综采过程中，煤炭的开采会导致上覆岩层的应力重新分布，进而引发覆岩的运移。
通过对岩石力学理论的分析，发现覆岩运移的力学机制主要包括重力作用、应力传递、岩石力学性质等因素。
其中，重力作用是导致覆岩运移的主要驱动力，应力传递则影响着运移的方向和范围，而岩石力学性质则决定了运移的难易程度。
2. 覆岩运移的规律特点通过对现场观测数据的分析，发现范各庄矿综采条件下的覆岩运移具有以下规律特点：一是运移速度与开采速度密切相关，开采速度越快，运移速度也越快；二是运移方向受地质构造和采煤方法等因素影响；三是运移过程中存在明显的分层现象，不同层位的岩石运移规律存在差异。
3. 数值模拟结果采用数值模拟方法对覆岩运移过程进行模拟，结果表明：在综采过程中，上覆岩层会发生明显的弯曲、断裂和滑落等现象，且运移速度和范围与开采速度和范围密切相关。
浅析陷落柱发育形态及探查防治办法作者：谢琼芳来源：《科技风》2018年第22期摘要：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。
《范各庄矿综采条件下覆岩运移规律研究》篇一一、引言随着煤炭开采技术的不断进步，综采技术在煤炭生产中得到了广泛应用。
然而，在综采过程中，覆岩运移规律的研究对于保障矿井安全、提高采煤效率具有重要意义。
本文以范各庄矿为研究对象，通过实地考察、数据采集和理论分析等方法，对综采条件下的覆岩运移规律进行研究，以期为类似矿井的开采提供理论依据和技术支持。
二、研究区域概况范各庄矿位于某地，地质条件复杂，煤层赋存多变。
本文研究的区域为某综采工作面，该工作面采用大型综采设备进行开采。
为了全面了解研究区域的覆岩运移规律，需要对该区域的地质条件、煤层赋存情况、开采方法等进行详细分析。
三、研究方法本研究采用实地考察、数据采集、理论分析等方法，具体包括以下几个方面：1. 实地考察：对研究区域进行实地考察，了解矿井开采情况、地质构造、煤层赋存情况等。
2. 数据采集：通过现场观测、仪器监测等方式，采集综采过程中覆岩运移的相关数据。
3. 理论分析：结合岩石力学、采矿工程等相关理论，对采集的数据进行分析，揭示覆岩运移的规律。
四、覆岩运移规律研究1. 覆岩运移过程分析在综采过程中，覆岩运移主要受到采煤机工作面推进、支架支护等因素的影响。
通过对现场观测数据的分析，可以发现覆岩运移主要分为以下几个阶段：初始阶段、活跃阶段和稳定阶段。
在初始阶段，随着采煤机工作面的推进，覆岩开始出现微小变形；在活跃阶段，覆岩变形加剧，出现裂隙、塌落等现象；在稳定阶段，覆岩变形逐渐趋于稳定。
2. 影响因素分析影响覆岩运移的因素较多，主要包括地质条件、煤层赋存情况、开采方法等。
其中，地质条件是影响覆岩运移的重要因素，如地质构造、岩层厚度等；煤层赋存情况也会对覆岩运移产生影响，如煤层倾角、煤层厚度等；开采方法则包括采煤机工作面推进速度、支架支护方式等。
这些因素相互影响、相互制约，共同决定着覆岩运移的规律。
3. 规律总结通过理论分析和现场观测数据的对比，可以总结出范各庄矿综采条件下覆岩运移的规律。
问题
探讨
范各庄矿岩溶陷落柱发育规律及防治对策
乔宝印
(开滦精煤公司范各庄矿分公司,河北唐山 063109)
摘 要:分析了范各庄矿井田内已发现的12个岩溶陷落柱的发育规律,提出了煤矿开采过程中对隐伏导水陷落柱的防治对策。
关键词:岩溶陷落柱;发育规律;防治对策
中图分类号:T D163+.1 文献标识码:A 文章编号:1007-1083(2003)03-0001-02
Development regularity of karst collapse pillar and
its prevention in Fangezhuang C oal M ine
QI AO Bao-yin
(Branch of Fangezhuang C oal M ine of K ailuan Clean C oal Administration,T angshan063109,China)
Abstract:Through the analysis on development regularity of twelve karst collapse pillars in Fangezhuang C oal Mine,the pre2 vention and res olution of covered water-diversion collapse pillar are introduced.
K ey w ords:karst collapse pillar;development regularity;prevention and res olution
1984年6月2日开滦范各庄矿2171综采工作面发生了举世罕见的透水灾害,高峰期平均突水量2053 /min;1990年6月25日208平七孔突水,最大突水量26168 /min;两次突水均为隐伏岩溶陷落柱所致,隐伏岩溶陷落柱导水问题成为范各庄矿持续稳定发展的安全隐患。
岩溶陷落柱能沟通各含水层,特别是导通煤系地层底部丰富的奥灰高压水,大量溃入矿井造成淹井事故。
深入研究陷落柱的水文地质特征及分布规律防止事故的发生,成为矿井安全生产中亟待解决的问题。
1 井田水文地质
范各庄矿井田位于开平向斜东南翼,井田面积3813km2。
井田内可分为北部塔坨向斜、中部单斜和南部毕各庄向斜3个构造单元。
塔坨向斜的北面与吕家坨背斜相连,岩层走向为东偏南,在很短的距离内做90°转折,走向变为南偏西,形成了一个两翼不对称的向斜构造,构造形式呈帚状展布,向斜北翼有近东西向逆断层一条。
中间单斜区,构造简单,地层倾角10～14°,无大断层但小断层和裂隙比较发育,塔坨向斜与单斜区之间无明显界限,为逐渐过度。
南部毕各庄向斜,为一西北向,两翼开阔,南部不完整的向斜构造。
井田地层有石炭二叠系的煤系地层和作为煤系基底的奥陶系石灰岩地层及覆盖在煤系地层之上的第四系冲积层。
井田北部、东部以奥陶系灰岩隐伏露头做为自然边界,被不同厚度的第四系冲积层所覆盖。
地表有沙河从井田西部由北向南流过,该区地下水补给来自于大气降水和基岩露头顺层补给,区内有7个含水层,其中冲积层底部卵砾石层和奥陶系灰岩含水层是煤系地层的主要补给源。
目前矿井总涌水量为40 /min,井口小向斜区域涌水量达32 /min,占矿井总涌水量的80%,所发生的较大透水事故均与岩溶陷落柱导水有关。
2 岩溶陷落柱的发育规律
范各庄矿开采长度沿南北走向已超过8000m,开采深度已达-620标高的三水平,3813km2的井田范围内,12个岩溶陷落柱发育的空间范围却不足4km2,且集中发育在塔坨向斜与中部单斜过渡带次一级构造井口小向斜附近。
(1)岩溶陷落柱发育高度不等,所见的12个陷落柱,空间立体形状为椭圆形锥体,一般上小下大。
岩溶陷落柱均分布在旋卷构造的核心部位。
(2)岩溶发育一般在奥灰岩50～200m之间,上部比下部要强烈,这之间有许多溶孔和几米甚至几十
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2003年第3期 河北煤炭
米的溶洞,其他深度却只有裂隙或小溶孔。
开滦煤田中,只有开平向斜东北部的唐家庄矿和东南部的范各庄矿发现了岩溶陷落柱,唐家庄矿发现的5个陷落柱都没有水,而范各庄矿却发生了几次透水事故。
(3)岩溶陷落柱的发育方向与地下水流向基本一致,由此推断,在开平向斜东南翼可能存在一个岩溶径流强烈带,陷落柱的发育则是径流强烈带存在的外在表现。
3 岩溶陷落柱的成因分析
(1)范各庄矿井田600m厚奥陶系石灰岩是岩溶发育的物质基础,在石炭系沉积之前,奥陶系石灰岩长期受风化侵蚀已形成了喀斯特地形,表面凸凹不平,靠近地表层内发育了很多溶孔和溶洞。
地壳的升降变化,使奥灰层面上形成了薄厚相差很大的G层铝钒土,一定程度上抑制和打断了岩溶的发育进程。
在漫长的地质历史时期,奥灰顶部接受巨厚碎屑岩沉积,形成了石炭二叠系煤系地层。
(2)地质构造是岩溶发育的机械动力,强烈的燕山造山运动,使沉积岩层形成了褶皱和断裂,破坏了原来岩层的稳定性,使作为基底的石灰岩与石炭二叠系煤系地层的接触关系较为复杂,有的部位二者形成了直接对接,为岩溶的发育创造了条件。
(3)地下水的赋存和运动状态的变化,是岩溶发育的又一原因,在石灰岩发育区,由于地下水对灰岩具有化学溶蚀、机械破坏和物理搬运作用,使奥灰上覆岩层处于悬空状态,在地质应力和岩层自重的相互作用下渐次垮落,形成一种自下而上散乱的柱状堆积,形成的柱体多有弯曲,并为地下水的运移构成上下通道。
就范各庄矿而言,井口小向斜是岩溶陷落柱形成的构造原因,塔坨向斜北部与吕家坨背斜相连,煤系地层走向由南偏东,在很短的距离内做近90°的转折变为南偏西,形成不对称的向斜构造,塔坨向斜两翼倾角北陡南缓,在-400～-500m之间,形成复式褶皱,同时在井田北部边界与吕家坨矿之间形成一条落差40m,倾角72°的逆断层。
从本区奥灰观测孔顶界面标高分析,此断层的存在,为井田北部煤系地层与奥陶系灰岩直接对接创造了条件。
井田北部、东部环绕的隐伏奥陶系灰岩露头的强补给、高角度煤层倾斜、第四系冲积层50m的较薄厚度覆盖、底部卵砾层的存在、黏土隔水层的相对缺失、主井、新井独特位置形成的降落漏斗中心,使地下水在井口小向斜形成了旋涡流场,受1976年强地震影响,塔坨向斜发生了很大的变化,加之北翼不断回采,破坏了地层间原有的动态平衡,在北部山区地下水的强量参与下促成了12个陷落柱在井口向斜4km2范围内的聚集发育。
4 岩溶陷落柱的防治对策
(1)采用物探和钻探相结合的方法进行岩溶陷落柱普查勘探,先用物探仪器在地面进行岩溶陷落柱普查,然后用钻探对异常点进行探测。
(2)建立和健全不同含水层的井上下水文观测系统,用井上下水文观测的数据,通过水位、水压、水温、水化学等的综合动态变化,分析推测导水陷落柱可能存在的位置。
(3)进行井上下钻孔和出水点的水化学分析,水同位素测定以及钻孔和出水点间的放水连通试验,确定水的补给来源,水流通道,推测导水陷落柱的分布范围。
(4)在陷落柱可疑区内超前探测,巷探和钻探相结合,边探边掘。
(5)回采工作面采前用坑透仪进行透视或用地质雷达、槽波地震仪进行探测,发现异常钻探验证。
(6)对已揭露的陷落柱,根据水文地质规程留设相应的防水煤柱。
5 未来岩溶发育趋势和防范重点
范各矿12个岩溶陷落柱虽属同宗同祖,但因其构造、埋深、地下水补给排泄等条件的差异,而显现出不同的个性特征。
分析范各庄矿特殊的水文地质条件认为,范各庄矿岩溶发育区域可能仅局限于塔坨向斜及井口小向斜区域。
二水平南五石门所揭露的落差37m,切入奥陶系灰岩的F0断层,南北绵延近4000m,巷道7处揭露,在纵向、横向上却没有导通奥灰水的迹象。
要防范隐伏岩溶陷落柱突水,主要着眼点还应放在塔坨向斜及井口小向斜区域,随着北翼工程的进展,还有可能遇到新的岩溶陷落柱。
作者简介:乔宝印(1964-),男,河北辛集人,开滦精煤公司范各庄矿分公司地质科水文工程师。
(收稿日期:2003-02-12;编辑:吕桂安)
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河北煤炭 2003年第3期。
