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收稿日期:2002-11-11作者简介:姚冬梅(1968-),女,山西太原人,工程师,1991年毕业于山东矿业学院,现从事地质勘探工作。
陷落柱的形成与分布姚冬梅(山西焦煤集团公司官地煤矿,山西太原 030022)摘要:通过分析陷落柱的形成条件和影响其分布的因素,推测出陷落柱可能发育的地区或地段,对煤矿生产中综合治理陷落柱,具有一定的意义。
关键词:陷落柱;形成机理;塌陷;分布规律中图分类号:P642.25 文献标识码:B 文章编号:1003-0506(2003)02-0013-02 岩溶陷落柱是局部地层中的岩溶塌陷现象,根据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/km 2,其破坏面积约占煤层已采面积的4%～10%,煤炭储量损失高达15%～30%,严重缩短了矿井寿命,并造成煤炭资源的很大浪费。
陷落柱的存在,长期困扰西山煤炭的开发和利用。
近年来,无线电坑透仪的使用和普及,对回采工作面内的隐伏陷落柱探测取得了一定成效,但这一技术目前仅局限在回采工作面回采巷道及切眼构通后的物探分析,还不能对矿井或采区范围内隐伏的陷落柱进行探测分析。
因此,对陷落柱的形成机理和分布规律进行综合分析,可指导采区和工作面的合理布置,避免生产的盲目性。
1 陷落柱的形成陷落柱的形成大致经历了由溶隙到溶孔(溶管)、溶洞及溶洞塌陷这一发育过程,其中溶洞的形成是陷落柱形成的核心,是形成陷落柱的先决条件。
1.1 岩溶洞穴的形成前人对岩溶发育总结了4个必备的物质条件:①有可溶性岩层;②具有良好的地下水通道;③有丰富饱和的侵蚀性水质;④有地下水的排泄口,以加剧地下水的交替作用。
当这4个条件都具备时,在构造力作用下,引起局部可溶性岩层较强的褶皱变形或断裂位移,并在其构造应力作用下产生节理或劈理发育区,使局部岩层的结构强度、稳定性、整体性等发生变化,使原来正常的岩层遭受不同程度的破坏,从而形成岩层的破碎带发育区,在地下水的强烈交替作用下,被侵蚀“掏空”,形成岩溶洞穴。
第8卷第2期断 块 油 气 田PAULT—BLOC K OIL&GAS FIELD2001年3月煤系地层陷落柱成因机理与分布规律研究司淑平 马建民 胡德西(中原油田分公司煤层气事业部)摘 要 煤层气勘探的效益问题,是近期国内外各界共同关心的热点,沁水盆地的陷落柱已成为影响该盆地煤层气勘探成效的重要因素之一。
为了提高勘探成效,本文对煤系地层陷落柱的分布规律、成因机理以及陷落柱对煤层含气性影响程度等方面进行了分析与研究,认为陷落柱一般呈成群集中、定向带状分布,一般是在具有活跃水动力条件的可溶性岩层地区,并伴有膏溶、重力与溶洞扩溶等作用的条件下形成的。
在认识这些规律的基础上,提出了避开陷落柱、提高勘探效益的建议。
关键词 煤层气 陷落柱特征 成因机理 分布规律 勘探 沁水盆地引言¹山西省沁水盆地具有丰富的煤层气资源,国内外许多公司、企业正着手在该盆地进行勘探,然而勘探中都遇到了同一个难题——陷落柱。
所谓“陷落柱”,煤炭系统又称“无炭柱”,是在一种特定的地质条件下形成的地质现象,系指由上覆(也可不覆)坚硬的非可溶性岩层的古老基岩塌陷而形成的地质体。
近几年煤层气钻探实践证明,在沁水盆地内的局部地区,陷落柱相当发育。
这些陷落柱使煤层的连续性受到严重破坏,影响了煤层的含气性,并已成为制约煤层气勘探成效的重要因素之一。
为此,搞清陷落柱的成因机理,分析其分布规律,对提高煤层气的勘探效益,具有十分重要的意义。
1 陷落柱的特征1.1 岩性特征陷落柱是在地下溶洞垮塌的情况下,由上覆非可溶性岩层坍塌充填形成的。
所以,陷落柱岩性特征表现为岩石成分混杂,未胶结或弱胶结,无分选,岩石碎块呈棱角状,形状不规则,排列杂乱;在陷落柱柱体的边缘部位,常有一些不同规模的整体垮塌的岩块,其倾向均指向陷落柱中心,产状较陡,与正常地层呈断层接触的假象。
但这种假象断层既不同于正断层造成的地层缺失,也不同于逆断层造成的岩性重复。
因此,在钻探过程中,可根据陷落柱的岩性特征确定陷落柱的具体部位,并判断其规模大小和空间分布情况。
河北煤田陷落柱突水的分析与防治【摘要】岩溶陷落柱的存在容易引起矿井突水，对煤矿正常回采威胁巨大。
本文主要探讨河北地区陷落柱突水的防治技术，对岩溶陷落柱的形成机理进行了分析，论述了陷落柱围岩特征和陷落柱周边小构造以及陷落柱突水的防治措施。
【关键词】煤田；岩溶；陷落柱；水量；防治河北地区地下埋藏着丰富的煤炭资源，也是我国最早采用现代技术进行煤炭开采的地区，这些形成于石炭二叠系的化石能源给河北省的经济发展带来了强有力的支持。
但是由于华北地区志留系地层缺失，致使正常构造地段巨厚奥陶系灰岩赋存于主采煤层之下，主采煤层与厚层灰岩含水层之间常有不同厚度的煤系地层和灰岩顶界面隔开，然而煤炭开采过程中一旦遇到破坏了煤层与灰岩强含水层之间隔水层的岩溶陷落柱将会导通奥灰强含水层而造成严重的突水。
奥灰岩溶陷落柱突水往往存在水压高、水量大、爆发迅速、破坏性大等特点，因此一旦突水将造成很大的危害，往往酿成矿淹人亡的严重后果。
例如1984年开滦范各庄矿发生的9号奥灰陷落柱突水不但淹没了范矿，相邻的吕矿、林西矿也受到威胁而被迫停产。
近年来随着我省煤炭资源的大量开采，浅部煤炭资源逐渐枯竭，各矿逐渐向深部进行资源挖潜，随着井巷深度的增加，奥灰水压也随之变大，这样就更增加了奥灰陷落柱突水的可能性和危害性。
因此，研究陷落柱的成因、特点和预防措施变得迫在眉睫。
1 陷落柱的成因陷落柱是岩溶现象发展到一定程度的产物。
岩溶指可溶性岩石，特别是碳酸盐类岩石（如石灰岩、石膏等），受含有二氧化碳的流水溶蚀而出现溶洞的现象。
部分溶洞在地质构造力和上覆岩石的重力作用下发生坍塌，覆盖在上部的煤系地层也随之陷落，由于这种塌陷呈圆形或不规则的椭圆形柱状体，故称作陷落柱。
2 陷落柱特征（1）陷落柱形状一般为上小下大的圆形或椭圆形的柱状体，外围岩层产状连续正常，内部被上部地层跨落的岩煤无层序的填充。
例如开滦范各庄矿揭露的9号、10号陷落柱。
（2）由于陷落柱的形成需要活跃的地下水因素和地质条件的连续性，陷落柱的出现往往成裙带状分布，在一定区域内分布比较密集。
关于陷落柱的论述生产技术科:董一乐2013/5/15陷落柱的概念:溶岩在地质构造力和上部覆盖岩层的重力长期作用下发生坍塌，覆盖在上部的煤系地层也随之陷落，这种塌陷呈圆形或不甚规则的椭圆柱状体，因此叫陷落柱。
第一节陷落柱的特征一、陷落柱的基本形态1）、陷落柱的平面形状:1、把陷落柱与地表面或岩层层面切割面的形态叫做陷落柱的平面形状。
2、平面形状多呈椭圆形、似圆形，有时可见到长条形，为了方便起见，在其平面上人为的画出长轴和短轴。
3、陷落柱的平面形态、大小、数量和分布情况受地质及水文地质条件控制，因此，具有一定的规律性。
2）、陷落柱的剖面形状：1、剖面形状根据所穿透的各岩层的岩石性质而异。
2、在较硬和裂隙发育的岩层中，陷落柱的剖面形状多呈上小下大的柱状，其柱面与水平的夹角多在60—80°之间。
3、在含水较多的松软岩层中或未经胶结的冲击层中，多呈上大下小的漏斗状，夹角多在40—50°之间.°3)、陷落柱的高度:1、从岩溶的底面至塌陷顶的距离叫陷落柱高度。
2、岩溶的体积大，地下水的排泄条件良好，岩层内的裂隙发育则陷落柱的塌陷高度就大，反之则小。
3、根据地质条件不同，一般为几十米～二百米，也有高达数百米，直至地表。
4)、陷落柱的中心轴1、陷落柱各平面中心点的连线称为陷落柱的中心轴。
2、由于岩层产状不一，故陷落柱的中心轴有的直立，有的歪斜，有时有扭转现象。
3、掌握陷落柱中心轴有利于预测下组煤或下水平陷落柱的平面位置。
二、陷落柱的特征（分析、判断陷落柱的重要环节）1)、陷落柱在地表的出露特征:1、盆状凹陷：被黄土覆盖2、丘状凸起：上覆地层呈碎块状隆起堆积3、柱状破碎带：出露于沟谷、公路两侧4、特殊地貌上的形态（黄土覆盖区）：蜂窝状圆形陷坑、弧形裂缝、滑坡2)、陷落柱在井下的出露特征1、柱面特征：（不规则状：坚硬岩石呈突出状；松软岩石呈凹陷状）原因：被塌陷的煤及岩层的性质不同。
如：坚硬的砂岩强度大，不易塌落，故向塌陷的部位突出；松软的煤层强度小，故向松散的岩体凹入。
煤矿井下陷落柱的判断和处理陷落柱对井下安全生产构成一定的威胁，因此，煤矿井下对陷落柱的判断和处理至关重要。
本文阐述了井下陷落柱的观测、判断和处理方法，以期为煤矿井下安全生产提供一定的借鉴。
标签：陷落柱；观测；判断；处理当煤层底板存在可溶岩时，如碳酸盐岩，在地下水的不断溶蚀下，可溶岩逐渐塌落，导致其上覆岩层随之冒落而形成柱状的塌陷体，这种柱状塌陷体称为喀斯特陷落柱，简称陷落柱。
陷落柱穿过煤层成为无煤区，减少了煤炭储量。
如果煤矿井下主要开拓巷道穿过陷落柱，将会加大巷道支护和顶板控制的难度，增加掘进和维护费用。
陷落柱发育的地区难以布置出综采工作面；如果工作面内包藏多个陷落柱，采煤机组和液压自移掩护支架无法使用。
在水文地质条件复杂的矿井，陷落柱可能导致涌水量增大，对安全生产构成威胁。
因此，煤矿井下对陷落柱的判断和处理至关重要。
1 陷落柱的观测陷落柱的判断和处理的基础是准确的观测。
对于陷落柱的观测，除了要描述陷落柱的形状、大小和陷落角外，还要详细记录陷落柱填充物的岩性及其所属层位、填充物的密实程度和透水性，对于陷落柱附近煤层的厚度、倾向、倾角和走向也要有所记录。
具体观测内容如下：1.1 陷落柱的形状、大小陷落柱在立面投影图上一般呈现为上小、下大的圆锥形，也有部分陷落柱呈现出上下同样粗的柱状或者上大、下小的漏斗状。
其形状和大小是观测的基础内容。
1.2 陷落柱的柱体物质由陷落柱的成因可知，陷落柱内的填充物都是其上覆岩层冒落形成的，无论从哪一层位观察，岩块都来自其上方的各岩、煤层。
对于柱内填充物，要详细记录其岩性、密实程度和透水性等。
1.3 陷落柱与围岩的接触面可溶岩上覆岩层冒落时，通常为逐步塌陷，所以陷落柱与周围岩层的接触面一般为不规则的锯齿状，这也是由其成因所导致的。
接触面一般呈60°～80°倾角。
当遇到坚硬岩层时，接触面向外突出，当遇到松软岩层则相反。
2 陷落柱的判断（1）煤、岩层产状发生变化。
陷落柱的成因、危害及其勘察预测钱学溥(国土资源部)摘要：文章探讨了有关陷落柱成因3种主要的假说，叙述了我国最严重的3起陷落柱突水事故。
根据多数地质工作者支持的“膏溶说”及实践的经验，文章论述了陷落柱的勘察和预测。
关键词：陷落柱；成因；危害；勘察预测一、陷落柱的成因陷落柱在世界其它各地少有发现，在我国，则是一种比较发育的地质现象。
陷落柱分布在煤系地层中，高度可超过500米，直径多在20米至200米，组成陷落柱的块石，是上覆地层的岩石。
陷落柱分布的密度，一般是0.2~2个每平方公里，在阳泉最大密度可达100个每平方公里。
陷落柱广泛分布在我国的山西、陕西、内蒙、河北、河南、山东、安徽、江苏、辽宁、北京市和重庆市的煤田中，全国发现的陷落柱总数约有6000个。
关于陷落柱的成因有许多假说，主要有“溶洞说”、“膏溶说”、“真空说”。
1、1944年，日本小贯义男提出“溶洞说”，认为陷落柱是奥陶系石灰岩溶洞塌陷形成的产物。
这种假说难以接受：首先，在陷落柱最为发育的山西，看不到奥陶系地层发育有大型垂直的溶洞。
其次，奥陶系上覆有煤系地层，奥陶系承压水水平流动，不可能形成大型垂直的溶洞。
2、1960年，钱学溥提出“膏溶说”。
这种假说认为：奥陶系中统峰峰组石灰岩中,赋存有厚度大于30米的硬石膏（已被1976年，山西省沁水盆地石油普查钻探等所证实）。
地壳不断地上升，当硬石膏层被抬升至距地面1500米左右，在地下水的作用下，硬石膏（CaSO4）水化形成含水石膏（CaSO4∙2H2O）（简称石膏）。
硬石膏水化变成石膏（已被1959年，山西省阳泉市供水水文地质详查钻探所证实）体积膨胀了55.6%。
体积巨大具有可塑性的石膏，沿着破碎带的交线挤入上覆的岩层。
石膏的溶解速度是石灰岩、白云岩的5~10倍。
这种柱状的石膏体不断被地下水溶蚀，上覆岩层塌陷充填形成了陷落柱。
四川盆地地下深处三叠系中统雷口坡组地层中，赋存有厚度大于30米的硬石膏层（已被大量的石油钻探所证实），在重庆市、合川县，三叠系中统雷口坡组上覆的须家河组煤系地层中，同样也发现了大量的陷落柱。
浅析阳煤五矿陷落柱的成因及分布规律摘要本文根据阳煤五矿勘探资料、钻孔资料和实际生产过程中实测资料等，对矿井井田揭露的陷落柱的数量、发育特征和形态特征进行统计描了述，从有可溶性岩层、有地下水强烈运动和有地下水流通道三个方面对矿井陷落柱的成因进行了分析，阐述了矿井陷落柱的分布与构造的复杂程度有密切关系、陷落柱分布与构造线方向基本一致、陷落柱密集成群分布、陷落柱网络带状分布和陷落柱似等距性分布五个分布规律，对矿井提高经济效益和安全生产具有重要的指导意义。
关键词五矿岩溶陷落柱成因分布规律Analysis on the cause and distribution of the collapse column of Yangquan Coal MineZhang Xin1Yangcoal group five mine Shanxi Yangquan 045000According to Yang coal mine exploration data, borehole data and the measured data in the actual production process, the collapse of mine reveal the characteristics and morphological features of the column number, traced the development of statistics, from the soluble rock, groundwater and strong motion causes three aspects of underground water channel of mine collapse column the analysis describes the complexity of mine collapse distribution and structural columns are closely related, the collapse column distribution and tectonic line direction, densely clumped distribution, column column network and zonal distribution of subsided column equidistant distribution of five distribution collapse collapse, has important guiding significance to improve the economic benefit of mine safety and production.Key word distribution law of karst collapse column in five mines引言岩溶陷落柱是我国华北地区广泛发育的一种极富区域特色的地质现象，阳煤五矿井田所在的阳泉矿区也发育有大量陷落柱。
文章编号:1001 1986(2006)04 0053 04华北煤田岩溶陷落柱分类及其特征李永军,彭苏萍(中国矿业大学(北京)煤炭资源教育部重点实验室,北京 100083)摘要:在总结华北煤田多起陷落柱突水事例及对徐淮煤田40多个矿区调研的基础上,依据陷落柱不同发育阶段的水文地质工程地质特征等,将其分为4个发育阶段:前期发育阶段、强烈发育阶段、衰退阶段和死亡阶段。
通过分析陷落柱发育的不同层位,将其划分为3类,即奥灰层位之上可溶岩组、奥陶纪可溶岩组及寒武纪可溶岩组。
继而,将陷落柱综合划分为12类,并总结分析了各类型陷落柱的地质特征。
关 键 词:陷落柱分类;华北型煤田;发育阶段;发育层位;水文地质特征中图分类号:P641.254;P642.25;X141 文献标识码:AC lassifications and characteristics of karst collapse columns in North China coalfieldsLI Yong jun,PENG Su ping(Key Laboratory o f Coal Resources ,Ministry o f Education ,China University o f Mining &Technology ,Beijing 100083,China )Abstract :On the basis of summarizing many water inrush cases of collapse columns in North China coalfields and investigations on over 40mine areas,Xuhuai coalfield,four developing p hases are di vided according to the hydrologic and engineering geology characteristics in different developing phases.They are prophase,intensity phase,decline phase and death phase.By analyzing the different strata where collapse colu mns developed i n North Chi na coalfields,three types of strata are classi fied:the soluble rock group above Ordovician,Ordovician soluble rock group,Cambrian soluble rock group.Consequently,12types of collapse columns are classified in tegratedly.And the geologic characteri stics of each type of collapse colu mn are analyzed and summarized.Key words :classification of collapse colu mn;North China type coalfield;developing phase;developing stratu m;hydrogeologic characteristic1 引言煤系陷落柱,是煤系下伏可溶岩系中的大跨度溶洞发生持续向上塌陷所产生的,绝大多数以隐伏形式存在,在华北晚古生代(辽冀鲁晋蒙陕豫皖苏煤田)和中生代(大同煤田)、华南晚三叠世须家河组含煤岩系中广泛分布。
第8卷第2期断 块 油 气 田PAULT—BLOC K OIL&GAS FIELD2001年3月煤系地层陷落柱成因机理与分布规律研究司淑平 马建民 胡德西(中原油田分公司煤层气事业部)摘 要 煤层气勘探的效益问题,是近期国内外各界共同关心的热点,沁水盆地的陷落柱已成为影响该盆地煤层气勘探成效的重要因素之一。
为了提高勘探成效,本文对煤系地层陷落柱的分布规律、成因机理以及陷落柱对煤层含气性影响程度等方面进行了分析与研究,认为陷落柱一般呈成群集中、定向带状分布,一般是在具有活跃水动力条件的可溶性岩层地区,并伴有膏溶、重力与溶洞扩溶等作用的条件下形成的。
在认识这些规律的基础上,提出了避开陷落柱、提高勘探效益的建议。
关键词 煤层气 陷落柱特征 成因机理 分布规律 勘探 沁水盆地引言¹山西省沁水盆地具有丰富的煤层气资源,国内外许多公司、企业正着手在该盆地进行勘探,然而勘探中都遇到了同一个难题——陷落柱。
所谓“陷落柱”,煤炭系统又称“无炭柱”,是在一种特定的地质条件下形成的地质现象,系指由上覆(也可不覆)坚硬的非可溶性岩层的古老基岩塌陷而形成的地质体。
近几年煤层气钻探实践证明,在沁水盆地内的局部地区,陷落柱相当发育。
这些陷落柱使煤层的连续性受到严重破坏,影响了煤层的含气性,并已成为制约煤层气勘探成效的重要因素之一。
为此,搞清陷落柱的成因机理,分析其分布规律,对提高煤层气的勘探效益,具有十分重要的意义。
1 陷落柱的特征1.1 岩性特征陷落柱是在地下溶洞垮塌的情况下,由上覆非可溶性岩层坍塌充填形成的。
所以,陷落柱岩性特征表现为岩石成分混杂,未胶结或弱胶结,无分选,岩石碎块呈棱角状,形状不规则,排列杂乱;在陷落柱柱体的边缘部位,常有一些不同规模的整体垮塌的岩块,其倾向均指向陷落柱中心,产状较陡,与正常地层呈断层接触的假象。
但这种假象断层既不同于正断层造成的地层缺失,也不同于逆断层造成的岩性重复。
因此,在钻探过程中,可根据陷落柱的岩性特征确定陷落柱的具体部位,并判断其规模大小和空间分布情况。
采煤沉陷区特征标题：采煤沉陷区特征及其影响因素的深入探讨导语：采煤沉陷区是指在煤矿开采过程中，由于矿井底板下沉导致地表出现沉陷的区域。
这种地质灾害不仅对人类活动、土地利用和环境生态造成了严重影响，而且对区域经济社会发展也带来了一系列挑战。
本文将深入探讨采煤沉陷区的特征，并分析其影响因素。
第一部分：采煤沉陷区的特征1.1 表观特征：采煤沉陷区地表的沉陷特征可以分为平面及立体两个维度进行描述。
1.2 地下特征：采煤沉陷区除地表沉陷外，地下的变形特征也非常明显。
包括地层的变形、水文地质的改变等。
1.3 地貌特征：采煤沉陷区地貌的变化也是其特征之一。
包括地表起伏、地形复杂等。
第二部分：采煤沉陷区特征的影响因素分析2.1 煤层特征：煤层的厚度、倾角、煤质等因素会对采煤沉陷区特征产生显著的影响。
2.2 采煤方式：不同的采煤方式对采煤沉陷区的形成及特征也有着不同的影响。
2.3 岩石特性：岩石的强度、韧性等对采煤沉陷区的形成及规模也有一定影响。
2.4 水文地质条件：地下水的存在与分布情况对采煤沉陷区的形成及特征也起到了至关重要的作用。
第三部分：采煤沉陷区的总结与回顾3.1 采煤沉陷区的总结：综合分析前述各个方面的特征及其影响因素，得出针对采煤沉陷区的总结和归纳。
强调采煤沉陷区的不可逆性及其带来的问题。
3.2 对采煤沉陷区的理解：在总结的基础上，对采煤沉陷区的含义、成因及对社会经济发展的影响进行深入理解和解读。
强调保护环境和可持续发展的重要性。
结论：采煤沉陷区是采煤过程中不可避免的地质灾害，其特征包括表观特征、地下特征和地貌特征。
采煤沉陷区的形成与煤层特征、采煤方式、岩石特性和水文地质条件等因素密切相关。
深入理解和认识采煤沉陷区对我们更好地保护环境、实现可持续发展具有重要意义。
观点和理解：从我所了解的情况来看，采煤沉陷区是一个常见而严峻的地质问题。
它不仅对人类的生活和经济造成了巨大的影响，还对地下水资源的保护和生态环境的维护提出了挑战。
