金庄煤矿岩溶陷落柱发育特征及成因探讨

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图２ ９ ２ ０ １陷落柱伴生小断层分 布示意图 保 利 金庄 煤 矿位 于 山西 省灵 石 县境 内， 井 田范 围内地表黄土广泛覆盖 ， 切割剧 烈， 沟谷发育 。发育的主要地层 有寒 武系、 图 １ 井田岩溶 陷落柱分布图 奥 陶系中下统 、 石炭系上统太原组 、 二叠系 下 统 山西组 、 下石 盒子组 、 第 四系 ； 地质构 算 ，约 为 １ ０ ５ — １ ５ ０ ｍ。 造相对简单 ， 总体为一倾 向 Ｎ Ｅ的单斜构造 ， 地层倾 角 ３ — １ ０ 。； 宽缓 岩溶 陷落 柱 中心轴 形 褶 曲轴迹 呈 Ｎ Ｅ — Ｓ Ｗ 向展布 ， 断层不发育 ， 仅在井 田西南部有一大型 态有近似竖直状 ， 歪斜 正断层 ， 走 向近 Ｓ Ｎ， 倾向Ｎ Ｅ Ｅ ～ Ｅ， 落差 ６ ０ ｍ。 主要含煤地层为太原组 状及轻微起伏 的波状 ， 和山西组地层 。 矿井设计生产能力 ０ ． ６ ０ Ｍ ｔ ／ ａ ， 面积 ７ ． ９ ２ 平 方公里 ， 目 以近似竖直状 为主。 前 ２煤 、 ４煤采空 ， 主采 ９煤 、 ｌ Ｏ下煤 。 ３ 岩 溶 陷 落 柱 规 ２岩溶 陷落柱发育特征 律 浅 析 图 ３ 向斜 构 造 单 元 中真 空 吸 蚀 示 意 图嗍 通过对金庄矿井上下地 质调 查 ， 发现 了井 田范围内岩溶陷落柱 ３ ． １ 岩 溶 陷 落 柱 的诸 多的地质特征 ： 分布规律。 井 田内岩溶陷落柱 发育数量很多 ， 密集程度大 ， 以群 落形 ２ ． １地 表出露特征 。地表地质 调查共发现 了岩 溶陷落柱 ６个 ， 式 出现 ， 总体呈 Ｎ Ｅ — Ｓ Ｗ 展布 ， 在井 田东南或西南有岩溶陷落柱零星 疑似 岩溶 陷落柱 ６ 个。 其 中确认 的 ６ 个岩溶 陷落柱均分布在基岩出 分布。井 田内地质 构造 、 地表 冲沟地貌及奥灰岩溶水赋存情况 等与 露 的沟谷 中 ， 其 出露的一般特征表 现为 ： 剖面两侧地层 产状水平 连 岩溶陷落柱的发育 关系密切 ： ①井 田内背斜倾伏端 、 向斜轴部 、 转折 续性 好 ， 或两侧地层受塌陷牵引而 向柱体 中心倾斜 ， 倾角 明显增大 ； 端、 张性断裂两侧及断层交汇处等主要构造部位 的岩溶 陷落柱 比较 柱体 内部 岩性混杂 、 大小不一 的岩块或岩屑 杂乱 堆积 ， 岩性 主要以 发育 ， 但 密集程度 有所 不同 ， 以向斜轴部 附近 的发育密 度最 大（ 图 砂岩、 砂质泥岩 为主 ， 未 见第 四系黄土塌 陷 、 混 杂堆积 ， 而是 因风化 １ ） 。②岩溶陷落柱群 的发育位置 与井 田内的冲沟一致 ， 柱群 主要分 作用 、 自 然剥落 ， 黄土少 量覆 盖在柱体表面 。 出露 的柱体宽度主要在 布在冲沟的斜坡带上 ， 两者的基本方向也一致 ， 均沿着 Ｎ Ｅ — Ｓ Ｗ 方向 １ ０ ～ ４ ０ ｍ之 间； 此外 ， 地表发现 的岩溶 陷落 柱主要 特征表现为盆状塌 展布 ； ③岩溶陷落柱 的展布方 向亦与奥 陶系灰岩地下水 的径 流方向 陷坑 ， 塌 陷坑 的规模或大或小 ， 一般坑底 的植被较为发育 。 致， 为Ｎ Ｅ — Ｓ Ｗ 向， 且主要分布在径流带 中心轴两侧 。 ２ ． ２井下出露特征 。井下采 掘工程揭露了大量 的岩溶陷落柱 ， ３ ． ２陷落柱伴生小断层发育规律 。井 田内岩溶 陷落柱 的大量发 截止 ２ ０ １ ２年 １ １ 月底 ， 共发现 １ １ １ 个岩溶 陷落 柱 ， 大小不一 ， 柱体剖 育 ， 伴生 了许多 的小 断层 （ 图２ ） ， 这些小 断层 的特 征主要 表现为 断 面有全剖 面亦有局部剖 面 ， 主要 出露特征归纳如 下 ： 岩溶陷落柱 柱 层倾角大 ， 落差 ｓ ｂ（ ｏ ． １ ５ ｍ１ ， 延伸长度短等 ， 主要集 中分 布在距离 岩 面形态有锯齿 状 、 凹凸状 、 折线状等 ， 对称 型或不对称 ； 柱体 与围岩 溶陷落柱 ０ ～ ２ ５ ｍ的范围内 ， 走 向延伸并 无特定 的方 向 ， 但都 与岩溶 边界有的为直接接触边 ， 清 晰可见 ， 个别存在过渡带 。 柱体 内的陷落 陷 落 柱 的 边 缘 呈 相 切 的关 系 。 充填物皆表现为岩性混杂 、 岩块（ 岩 屑） 大小不一 、 杂乱堆积的一般特 ４ 岩 溶 陷落 柱 成 因探 讨 征； 充填物 主要 岩性 有灰岩 、 砂岩 、 粉砂岩 、 泥岩 、 泥状物 质 ， 压实程 华北 型煤 田岩溶 陷落柱 的形 成是在下 奥陶统 含水可溶 性岩 层 度为松散 ～较 紧密 ， 胶 结程度 以半胶结为主 。 此外 ， 岩溶 陷落柱附近 中古岩溶（ 溶孔 、 溶 洞） 的发育基础上 ， 地下水 的强烈交替和水 一岩作 多见小型的正断层 ， 为岩溶 陷落柱的伴生构造。 用下 ， 上覆石炭 系 、 二 叠系 、 三叠 系等地层 以 自身重力 、 地 应力集 中 ２ ． ３ 岩溶 陷落柱形态特征 。岩溶 陷落 柱平 面形 态主要以椭 圆状 以及溶洞 内 的真 空负压ｆ 图３ ） 三 重作用为 动力 ， 经过垮落 、 溶蚀、 搬 为主 ， 次圆状 为辅 ， 且岩溶陷落柱大小规模悬殊较大 ， 最大者长轴长 运 、 塌陷、 冒落等周而复始的过程 ， 分阶段逐 步形成 的翻 。 １ ３ ５ ． ４ ３ ｍ ， 短轴 长 １ １ １ ． ０ ３ ｍ， 最小者长轴 ６ ． １ ｍ， 短轴仅 ３ ． ５ ｍ； 柱体剖面 ４ ． １奥 陶系灰岩溶洞 的形成 。 根据井 田周围的资料分析 ， 煤系地 形态一般为锥形 ， 塌陷角相对 比较 大 ， 一般 为 ６ Ｏ ８ ０ ０ 。由于未见完 层之下 ， 奥陶系下统峰峰组和马家沟组 可溶性岩层总厚度 约 ５ ０ ０～ 整岩溶 陷落柱 ， 通过粗略估算 ， 井 田内岩溶陷落柱 发育 的最 大高度 ６ ０ ０ ｍ。这些灰岩 、 泥灰岩 、 白云岩等可溶岩层 构成了 区域最 主要 的 为１ ８ ５ ｍ ，一般高度 以奥 陶系灰岩顶 面至井 田内 ２ 号煤层的距离计 含水层 ， 广泛 出露于 区域东部 、 西部及北部地区 ， （ 下转 ２ １ ２页 ）
煤 田岩溶 陷落柱在我 国华北煤矿 区中 广泛发育 ，其不仅破坏煤层 ，损失煤炭资 源， 给煤矿生产带 了困难 ， 而且其塌 陷作用 可导 通地 下含水层 ，对矿井 的安全构成极 大的威胁 。山西保利金庄煤矿井 田范 围 内岩溶 陷落柱极其 发育 ， 密度分布不均匀 ， 规模 大小 不一 ， 严重影响 了井下巷道 、 采掘 工作 面的布置及矿井 的煤炭产量 。
１ 井 田地 质 概 况
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金庄煤 矿岩溶 陷落柱发育特征 及成 因探讨
邓 建 民
（ 保利能源控股有限公司金 庄煤矿 ， 山西 灵石 ０ ３ １ ３ ０ ０ ） 摘 要： 以陷落柱发 育的山西金 庄煤矿 为研 究区， 研 究 了区内岩溶 陷落柱 的发 育特 征与发 育规律 ， 发现研 究 区陷落柱 平面形态 以椭 圆状 为主 ， 次 圆状为辅 ， 发 育规模相 差 悬殊 ， 最 大者长轴长 １ ３ ５ ． ４ ３ ｍ， 最 小者长轴仅 ６ ． １ ｍ； 同时， 区 内陷落柱 的发育位置 主要的分布 于褶 曲、 断层、 冲沟 、 奥灰水径流带附近 ， 且与研 究区构造展 布方向一致。在此基础上探 讨 了陷落柱的成因 ， 认 为 区内陷落柱主要是在晚奥 陶世 后构造运动作 用以及 区域的埋藏与抬升、 地 下水径流作 用下不断地溶蚀垮 落、 塌 陷而成 ， 同时 ， 研 究认 为 区内陷落柱主要形成于 中生代晚 期的侏 罗纪（ 或白垩纪） 至第四纪时期。 关键词 ： 金 庄煤矿 ； 岩溶 陷落柱 ； 发 育规律 ； 成因探讨