岩溶陷落柱探查与治理

恒源煤矿岩溶陷落柱探防的关键举措创新摘要：恒源煤矿Ⅱ633工作面初采期间，突遇岩溶陷落柱灾害，导致工作面生产间断，若采用常规的陷落柱探防技术手段防治，将造成工作面停产数月、切眼重掘、综采设备重新拆、装、老空充填加固等众多工程，并将导致数千万元经济损失的严重后果。

为减小灾害的影响，降低损失，矿地测防治水技术人员提出了应对灾害的关键举措---强推硬过岩溶陷落柱的技术方案。

他们以严谨的数据分析、科学的专业论断、完善的应急预案和切实可行的举措，成功地消除了恒源3#岩溶陷落柱的重大突水威胁，避免了数千万元的重大经济损失，为矿井的安全有序生产创造了有利条件。

同时也为类似矿井灾害的防治，探索出了一条全新的水害防治技术方法。

关键词：岩溶陷落柱；突水；注浆加固；关键举措；评价1.矿井及工作面概述1.1恒源煤矿概况华北型煤田安徽恒源煤电股份有限公司煤矿（简称：恒源煤矿）位于安徽省淮北市濉溪县刘桥镇境内。

井田面积约19.1km2，矿井采用立井、主石门集中运输大巷开拓方式。

一水平标高－400 m，二水平标高－600m。

矿井设计年生产能力为60万t，经先后三期技改后，矿井实际生产能力达240万t/a，截至2018年底，矿井剩余可采储量3298.4万t。

恒源煤矿井处于华北板块南缘大吴集复向斜南部的次级褶曲土楼背斜西翼，总体为一走向北北东，向西北方向倾斜的单斜构造，次级褶曲较为发育，矿井地质构造较为复杂，已实际揭露3个岩溶陷落柱，煤层火成岩、天然焦、冲刷区均较发育。

井田主采二叠系下石盒子组4煤层及山西组6煤层，倾角一般3～15°，属稳定中厚煤层。

矿井水文地质条件复杂，在开采深部6煤时，主要受到6煤下伏石炭系太原组灰岩水的危害。

该含水层岩溶裂隙水丰富，井下钻孔揭露时，单孔涌水量最大达310m3/h以上，涌水量大且稳定。

1.2Ⅱ633工作面概况Ⅱ633工作面是恒源煤矿Ⅱ63采区的第二个工作面，同时也是建矿以来储量最大、埋藏最深的工作面，设计为综采面。

陷落柱防治措施1、做好预测预报工作，掘进施工前应做好超前物探工作。

2、在物探可疑区域前应按规程规定设置警戒线、探水线。

3、在施工至设置的探水线位置后，必须设计探测钻孔，确定陷落柱长、短轴的长度，取芯判别陷落柱垮落高度，同时探清陷落柱含水情况。

4、如果不再施工陷落柱，应按规程规定留设，陷落柱保护煤（岩）柱，并在充水性图、工程平面图上标明其位置，并建好台帐卡片。

5、如果要继续向前施工，应按陷落柱是否含水的情况，分别采取措施。

（1）不含水；A：在陷落柱影响带做好水仓，并备好排水设施。

B：在陷落柱影响带边缘起加强支护，用好前探梁或其它临时支护措施。

C：设计好钎探验证孔及在每个掘进循环前按设计施工，无异常情况才能掘进。

D：陷落柱带中应按实际情况确定支护方式，特别要考虑，底板受水后，易软化下的特点及受压后巷道易发生底鼓等特点。

E：陷落柱及其影响带应加强顶板压力情况观测，并建立预警机制，防止滞后垮塌事故。

F：回采时，应根据陷落柱发育情况，如采陷落柱发育（宽度大或位于工作面间时，应采用跳采方式，补做切眼回采，停采线应划定在周期，陷落柱发育在工作面机、风巷时，可补做巷道进行回采。

（2）含水时：A：应采用管棚+注浆方式施工，处理好后，才能掘进。

其余：同上。

勘探不良钻孔防治措施1、井田历年的勘探孔封孔情况，建立台帐，并将封堵不良的钻孔。

上在矿井充水性图上。

2、在掘进回采前做好观测预报工作，采用物探方式进行超前探测，确定其在煤层中具体位置，并探明水害情况。

3、在距钻孔30米时，做好排水沟及水仓，并备好抽排水设备（巷道不能自排的情况）。

4、在掘进或回采到距钻孔30米时，进行钻孔施工，排放钻孔积水，放水孔要有专门的设计及安全防护措施。

5、在孔内流量稳定后，流量≤20m3/h时，可以继续向前掘进（或回采）如果水量≥20 m3/h时，且排放时间长，可以采用注浆封堵方式处理，封堵高度不得小于回采后导水裂隙带高度。

6、掘进后，巷道应根据顶板受水侵蚀后的实际情况，及时加强支护，防止发展生顶板置落事故。

煤炭与化工Coal and Chemical Industry第44卷第4期2021年4月Vol 44 No.4Apr. 2021地测与水害防治大采深水文地质极复杂矿井陷落柱探查治理王真海（冀中能源股份有限公司邢东矿，河北邢台054000）摘 要：邢东矿为水文地质极复杂矿井，自投产至今共揭露9个岩溶陷落柱，其中X9陷落柱 发育位置位于采区集中巷掘进区域。

为保证集中巷穿过陷落柱期间掘进安全，对X9陷落柱发育范围进行探查，根据探查结果对其进行注浆加固。

关键词：陷落柱；充填密实度；导含水性；瞬变电磁；注浆加固中图分类号：TD74 文献标识码：B 文章编号：2095-5979 （ 2021） 04-0061-03Exploration and management of collapsed column in complex hydrogeology mine with large mining depthWang Zhenhai(Xingdong Mine, Jizhong Energy Corporation Ltd., Xingtai 054000, China )Abstract : Xingdong Mine with extremely complex hydrogeology, and a total of 9 exposed Karst callapsed columns, amongwhich X 9 column was located in the centralized mining area. In order to ensure the safe mining, when the concentratedroadway passing through the collapsed column, the development range of X9 trap column was explored, and it wasreinforced by grouting according to the investigation results.Key Words : collapsed column; filling density; water conductivity; transient electromagnetic; grouting reinforcement1概 况邢东矿为大采深水文地质类型极复杂矿井，井 田范围内发育有岩溶陷落柱，给矿井安全开采造成威胁。

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)03-0001-02Development regularity of karst collapse pillar andits prevention in Fangezhuang C oal M ineQI 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。

岩溶塌陷治理方法岩溶塌陷应采取预防和治理相结合的防治措施。

预防措施是在查明塌陷成因、影响因素和致塌效应的基础上，为了清除或消减塌陷发生发展主导因素的作用而采取的工程措施。

如设置场地完善的排水系统，进行地表河流的疏导或改道，填补河床漏水点或落水洞，调整抽水井孔布局和井距，控制抽水井的降深和抽水量，限制开采井的抽水井段，重要建筑物基底下隐伏洞隙的预注浆封闭处理等。

对塌陷地基都需要进行处理，未经处理不能作为天然地基。

其处理措施有：（一）清除填堵法：常用于塌坑较浅或浅埋的土洞，首先清除其中的松土，填入块石、碎石，做成反滤层，然后上覆粘土夯实。

对于重要建筑物一般需要将坑底或洞底与基岩面的通道堵塞，可开挖回填混凝土或灌浆处理。

（二）跨越法：用于塌陷坑或土洞较深大，开挖回填有困难的处理方法。

一般以梁板跨越，两端支承在可靠的岩、土体上。

据广西的经验，每边支承长度不小于1.0~1.5m.（三）强夯法：把10～20t的夯锤起吊到一定高度（10～40m），让其自由下落，造成强烈的冲击对土体强力夯实。

一方面是夯实塌陷后松软的土层和塌陷坑或土洞内的回填土，以提高土体强度；另一方面可消除隐伏土洞和软弱带，是一种处理结合预防的措施。

Christain（1984）的试验：锤重15t，落距20m，将影响到地表下8～9m的深度。

利用该方法在没有其它条件限制下，可以确定4.5m以上土洞的位置。

（四）灌注法：把灌注材料通过钻孔或岩溶洞口进行注浆，其目的是强化土层或洞穴充填物、充填岩溶洞隙、隔断地下水流通道、加固建筑物地基。

灌注材料主要是水泥、碎料（砂、矿渣等）和速凝剂（水玻璃、氧化钙）。

水泥标号应大于450号。

灌浆方式可采用低压间歇定量式或循环式灌注，目的是减少浆液流失，间歇时间可控制在7～8小时左右。

（五）深基础法：对于一些深度较大，跨越结构无能为力的土洞、塌陷，通常采用桩基，将荷载传递到基岩上。

（六）旋喷加固法：在浅部用旋喷桩形成一“硬壳层”，在其上再设置筏板基础。

陷落柱的综合探查及治理技术摘要陷落柱特别是强导、含水陷落柱对煤矿生产有巨大危害性，往往造成淹井停产。

为了避免矿井在回采过程中发生因误揭陷落柱而导致的安全事故，就必须在工作面回采前探查清工作面内是否存在隐伏的陷落柱。

东庞矿2701工作面在回采前通过井下综合物探探查确定一隐伏地质构造异常体K1，根据综合物探所圈定的异常区又进行了两次钻探验证，由钻探验证结果证实了该地质构造异常体为无水陷落柱。

为了确保2701工作面的安全生产，又对该陷落柱进行了注浆加固，通过5个钻孔共注浆48.5t。

关键词陷落柱；地质构造；物探；钻探；注浆1 工作面概况2701工作面位于东庞矿一水平（-300m水平）七采区最上部，工作面底板标高介于-200m～290m之间，工作面走向长约1096m，倾斜长约141m，工业储量93.6万吨，可采储量87.1万吨。

工作面内地质条件较复杂，掘进过程中共揭露断层17条，其中大于1m断层有5条；工作面发育4处冲刷带，冲刷带宽度6m左右，长度约30m～100m，厚度约1m左右。

2 陷落柱的探查2.1 井下综合物探探查掘进完成后，结合该工作面实际情况，利用井下无线电波坑透、幅频电透视手段进行了综合物探探测。

本次综合物探工作，共完成无线电波坑道透视1130m、幅频电透视700m。

探测结论如下：1）井下坑透圈定2701工作面两处地质异常区（K1、K2），其中K1分析为一隐伏地质异常体，K2为上巷85#附近揭露断层QF10在工作面内的延伸反映；2）幅频电透视圈定2701工作面外段两处水文异常区（FP1、FP2），其中FP2应作为重点防水区域。

（见表1“2701工作面综合物探异常区一览表”）。

2.2 井下综合物探异常区的验证针对幅频电透视圈定的水文异常区FP1、FP2，在-300南翼运输大巷共施工了3个底板钻孔对其进行了探查，累计进尺334m，探测结果显示异常区无水文异常。

针对坑透异常区圈定的地质异常区K1、K2，在工作面圈出后，在上巷自切眼开始每20m施工了1个煤层孔对工作面内部构造及坑透异常区进行了探测，共计施工煤层孔68个，累计进尺7700.33m。