王坡煤矿陷落柱发育特征及其对煤层气开发的影响_窦随兵

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煤炭开采沉陷区地质灾害与治理措施

１．５地质构造
地质构造对开采沉陷影响极为明显，如断层附近和陷落柱周围地表会出现台阶状裂缝，发生应力与变
形集中。１．６地表松散层
地表松散层包括表土层及风化层。由于其抗变形能力较弱，当其厚度较大时，可使地表下沉系数增大。山区的开采滑移一般也是发生在松散层内。２煤炭开采沉陷区地质灾害在煤层的开采过程中，由于对围岩内原有应力平衡的破坏而形成的采空沉陷区常导致地表裂缝、塌陷的产生，并引发滑坡、泥石流，以及进一步的生态破坏。特别是塌陷危害更大，塌陷是由于井下采煤，顶板冒落后，所引起的地面沉陷。沉陷会对地面建筑物造成破坏，并对矿区及周边生态环境造成严重的破坏。而采用科学的治理方法，就可以避免煤炭开采构成的经济损失和生态资源损失。
煤炭开采沉陷区地质灾害与治理措施
张学亮（山西天地王坡煤业有限公司，山西晋城０４８０２１）
摘要：本文介绍了煤矿开采沉陷的影响因素，分析了煤炭开采沉陷区的地质灾害。重点论述煤炭开采沉陷对环境的影响，并就煤矿开采沉陷区的治理措施进行阐述，为促进矿区的可持续发展提供科学的理论依据。关键词：煤矿开采；沉陷区采沉陷的影响因素１．１开采厚度（ｍ）和开采深度（Ｈ）
沉陷量和沉陷速度随开采厚度的增加而增大，随开采深度的增加而减小，或沉陷量与沉陷速度的大小与开采的深厚比（Ｉ－Ｉ／ｍ）成某种反比函数关系。

浅谈煤矿井下陷落柱的危害与处理

收稿日期:２０１８０１２４作者简介:温建忠(１９６８－)ꎬ男ꎬ山西平遥人ꎬ工程师ꎬ从事煤矿地质工作ꎮｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００５－２７９８.２０１８.０６.０３６浅谈煤矿井下陷落柱的危害与处理温建忠(汾西矿业集团高阳煤矿ꎬ山西孝义㊀０３２３０６)摘㊀要:文章介绍了可溶性岩层的发育和岩溶陷落柱的成因ꎬ以及陷落柱在煤矿生产过程中的危害ꎬ并结合煤矿井下生产作业活动ꎬ对各种情况下通过陷落柱的处理措施ꎬ进行了详细阐述ꎮ关键词:煤矿ꎻ井下ꎻ陷落柱ꎻ危害ꎻ处理中图分类号:ＴＤ７７１㊀㊀㊀文献标识码:Ｂ㊀㊀㊀文章编号:１００５２７９８(２０１８)０６００８３０２㊀㊀陷落柱的分布范围是石灰岩地带ꎬ由于石灰岩属于可溶性岩层ꎬ受夹杂着酸性物质的地下水冲刷时石灰岩就会产生溶洞ꎬ溶洞在侵蚀以及冲刷作用下不断扩大ꎬ上覆的岩层在地质构造力和重力的作用下发生塌陷ꎬ其上覆的煤系地层也随之塌陷ꎬ如此层层向上不断延续就会形成一个柱状的塌陷ꎬ称之为陷落柱ꎮ目前ꎬ业内普遍认同陷落柱是由于岩溶塌陷而形成的观点ꎬ陷落柱的分布具有分区性和分带性ꎮ分区性是指陷落柱发育在石灰岩分布的区域ꎬ分带性是指陷落柱发育在地下河流经的条带上ꎮ由于陷落柱是缓慢逐层形成的ꎬ所以其内部岩石排列混乱ꎬ孔隙较多ꎬ往往成为水和瓦斯的运移通道ꎬ煤矿井下通过陷落柱时曾发生过水灾㊁顶板和瓦斯爆炸事故ꎮ因此ꎬ找出井下陷落柱的特征ꎬ发现陷落柱的内部规律并加以分析ꎬ是消除其危害的必要途径ꎮ１㊀陷落柱的特征陷落柱对煤系地层破坏较大ꎬ故其在揭露前也会有较明显的征兆ꎮ鉴于其较大的危险性ꎬ在出现征兆后ꎬ一定要采取物探以及钻探等手段ꎬ探明其导水性和内部岩石的胶结程度㊁瓦斯涌出量等ꎮ陷落柱揭露前煤层的产状会发生显著的变化ꎬ尤其是煤层的倾角变化较大时ꎬ产状变化程度更大ꎬ常出现间距不大的连续性正断层ꎬ且正断层倾向基本一致ꎬ瓦斯涌出量增大ꎮ因此揭露陷落柱时ꎬ首先要确认其是否导水ꎬ并测定瓦斯涌出量ꎬ而后根据其内外部的形态特征ꎬ采取合理方法通过陷落柱ꎮ在过陷落柱的过程中以及通过陷落柱以后ꎬ都要定期观测其内外部形态变化ꎬ防止滞后出水等情况的发生ꎮ１)㊀陷落柱的外部形态特征ꎮ陷落柱在剖面上呈锥形ꎬ整体上呈现上小下大的形态ꎻ在平面上呈现为近圆形或者椭圆形ꎬ在地表往往表现为一盆状塌陷ꎻ陷落柱与围岩呈锯齿状接触ꎬ界限明显ꎻ陷落柱周围的岩层一般受牵引作用明显ꎬ表现为向柱体的倾斜[１]ꎮ２)㊀陷落柱的内部形态特征ꎮ陷落柱内部岩石岩性杂乱ꎬ但也有一定的规律性ꎮ在同一平面上从柱体中心向外面看ꎬ碎石岩性对称分布ꎬ且碎石均不同程度地倾向柱体中心ꎻ在垂向上ꎬ岩层的塌陷深度与陷落柱的平面面积成正比ꎬ如图１所示ꎮ图１㊀陷落柱的内部形态特征示意２㊀陷落柱的危害陷落柱具有破坏煤系地层的连续性和完整性的特点ꎬ给煤矿井下生产安全带来的危害不可预估ꎬ主要表现在以下几个方面:１)㊀破坏煤层的连续性ꎬ减少了煤炭的开采量ꎮ开掘工作面所遇到的陷落柱ꎬ是由煤层上覆的岩层塌陷而成ꎬ一般情况下柱体内部的煤炭很少ꎬ几乎被碎石填满ꎬ因此俗称为无炭柱 ꎮ如果井下的陷落柱较多ꎬ则原本被估算为煤炭的该部分区域ꎬ资源储量实际上减少了ꎬ这便增大了煤矿的开采成本ꎬ降低了生产效益ꎮ２)㊀影响采掘作业ꎬ煤矿大多是井工开采ꎬ由３８于井下通风和围岩支护等因素的影响ꎬ使得开采过程十分复杂和危险ꎬ而陷落柱的出现无疑更加大了井下作业的危险程度ꎮ例如ꎬ井下的巷道为了减小通风阻力ꎬ一般情况下会尽量保持平直ꎬ而遇到陷落柱后ꎬ为了保持巷道的平直往往会选择直线通过陷落柱ꎬ而陷落柱内部岩石杂碎ꎬ支护难度较大ꎬ这样就必须选择更强的支护方式ꎬ巷道的掘进速度便会减速ꎬ等等ꎮ３)㊀容易造成水害㊁瓦斯事故ꎮ因为陷落柱是由于岩层塌陷所成ꎬ当柱体内部的岩石未完全胶结在一起时ꎬ陷落柱更像是一个能够导通含水层和煤层的通道ꎮ如汾西矿业集团灵石县范围内的煤矿ꎬ在开采下组煤时往往会遇到陷落柱ꎬ而该区域下组煤基本上全部为带压开采ꎬ如果突然揭露导水陷落柱ꎬ采掘工作面就会造成很大的水害威胁ꎬ甚至矿井都会被淹ꎬ使职工的生命安全面临威胁ꎮ３㊀陷落柱危害的处理处理陷落柱危害时ꎬ首先在开采前及开采过程中ꎬ要采用多种手段对煤层进行探测ꎬ这期间应尽量避免揭露会影响采掘生产的含水陷落柱ꎮ根据陷落柱的危害程度不同ꎬ可以采取不同的处理方法ꎮ３.１㊀开掘工作面揭露陷落柱的处理１)㊀矿井的主要大巷揭露陷落柱时ꎬ首先必须探明其是否导水ꎬ测定瓦斯涌出量ꎬ防止水㊁火㊁瓦斯事故的发生ꎬ排除这些危险后制定好严密的支护措施并严格执行ꎬ必要时应采取架棚支护等手段ꎮ２)㊀掘进工作面遇到陷落柱时分以下几种情况处理:①当陷落柱无水害及瓦斯等危险ꎬ内部胶结情况较差时ꎬ可选择绕过陷落柱ꎬ使其留在煤柱当中ꎬ这样既可以避开陷落柱的不利影响ꎬ又能探测陷落柱的大小和范围ꎮ②当陷落柱无水害及瓦斯危险ꎬ内部胶结较好时ꎬ可选择直接通过ꎬ此时要考虑到另外两个问题ꎬ即顶板㊁围岩的支护情况和通过后煤岩层层位的问题ꎮ由于陷落柱是由碎石胶结而成ꎬ受到采动的影响其胶结稳定性会降低ꎬ容易发生冒顶事故ꎬ所以一般情况下开掘巷道在过陷落柱时最好是采用架棚支护ꎮ３.２㊀回采工作面遇陷落柱的处理当回采工作面在回采过程中遇到陷落柱时ꎬ首先要确定陷落柱的大小㊁形状以及位置ꎬ然后根据不同的情况进行处理ꎮ如果陷落柱面积较小ꎬ可采用强行推过的办法直接通过陷落柱ꎻ如果面积较大但是长轴与回采方向大致相同且短轴较短时ꎬ也可以强行推过ꎻ如果面积较大ꎬ严重影响工作面的回采进度以及煤质的情况下ꎬ需要重新开切眼ꎬ在适当的位置采取搬家倒面的办法绕过陷落柱ꎮ３.３㊀特殊情况下陷落柱的处理由于陷落柱在塌陷过程中会对围岩有牵引作用ꎬ会导致围岩层的产状发生显著变化ꎬ如果在通过陷落柱时巷道坡度不合适ꎬ可能导致穿过陷落柱后不能进入正常煤层ꎬ根据经验可采取以下几种方法通过:１)㊀采用钻探方法确定对面的煤层位置ꎮ遇到陷落柱后ꎬ在探测其大小形状时设计的钻孔要考虑一孔多用ꎬ要同时兼做探煤层之用ꎮ根据钻孔的倾角及孔深计算出对面煤层的相对高度ꎬ然后设计合理的坡度即可ꎮ此方法适用于直径较小ꎬ煤层厚度相对较厚的煤层ꎮ２)㊀利用临近巷道煤岩层产状ꎬ推测对面的煤层位置ꎮ在煤层倾角变化程度不大的煤矿井下ꎬ一定范围内的煤岩层产状基本一致ꎬ若揭露陷落柱的巷道临近有已掘巷道ꎬ可根据该巷道的煤岩层产状推测对面煤层的位置ꎮ此方法适用于倾角较稳定的煤层ꎬ可靠程度取决于两巷道的煤柱距离ꎬ距离越短相似程度越高ꎬ越可靠ꎮ３)㊀当巷道一定距离内没有可参考的煤层ꎬ且采用钻探手段没有很好的效果时ꎬ只能凭借经验先掘进一段距离ꎬ一般情况下是在正常的煤层倾角情况下降低５ʎ掘进ꎮ掘进过程中根据观测其内部岩性的对称性㊁倾角变化情况ꎬ推测陷落柱的大小ꎬ并适时采取钻探手段探测ꎮ４㊀结㊀语陷落柱的危害虽然不小ꎬ但是其本身也有很明显的分区性和分带性ꎬ其内外部形态有很明显的特征ꎬ经过观察㊁研究能够很好地预测陷落柱ꎬ从而将危害降到最低ꎮ总而言之ꎬ对于陷落柱最好的办法是规避ꎬ避不开的首先要探明其导水性ꎬ测定瓦斯涌出量ꎬ防止发生水害及瓦斯事故ꎮ参考文献:[１]㊀刘建明.化学注浆加固和复合支护在掘进工作面过陷落柱中的应用[Ｊ].矿业装备ꎬ２０１２(１２):１１８－１１９.[责任编辑:王伟瑾]４８２０１８年６月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀温建忠:浅谈煤矿井下陷落柱的危害与处理㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第２７卷第６期。

山西省煤矿区陷落柱分布规律与突水预测研究

山西省煤矿区陷落柱分布规律与突水预测研究彭纪超;刘海荣;孙利华;李学专;胡社荣;张福军【期刊名称】《中国煤炭地质》【年(卷),期】2010(022)007【摘要】山西省煤矿区岩溶陷落柱主要分布在汾河流域与沁水盆地两大区域,在汾河流域,自汾河上游向下,陷落柱分布密度呈现出依次增大的趋势;在沁水盆地,表现为以盆地北缘的阳泉矿区分布密度最大,其它矿区密度较小的特点.通过对山西省煤矿区陷落柱突水性的分析,总结出判断陷落柱突水的主要影响因素:一是陷落柱是否处于强径流带,二是陷落柱充填物的胶结与压实程度,三是陷落柱所在矿区的构造与水文地质条件,并以此为依据将矿区划分为突水可能性大、突水可能性中等和突水可能性小三种类型,成功实现了矿区陷落柱突水预测.预测结果表明,霍西煤田霍州矿区是导水陷落柱发育的重点矿区,潞安矿区深部开采时存在岩溶陷落柱突水的潜在可能性,其它矿区岩溶陷落柱导水事故发生的可能性较小.【总页数】5页(P26-30)【作者】彭纪超;刘海荣;孙利华;李学专;胡社荣;张福军【作者单位】中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京,100083;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京,100083;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京,100083;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京,100083;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京,100083;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】P642.25【相关文献】1.山西省阳泉矿区五矿岩溶陷落柱发育特征及分布规律探讨 [J], 段俭君2.岩溶陷落柱分布规律研究 [J], 申瑞屏;史桃桃;李永军3.西铭矿陷落柱分布规律及形成机理研究 [J], 王鹏4.煤层底板隐伏陷落柱突水预测及采前注浆加固评价 [J], 谢志钢;刘启蒙;柴辉婵;琚棋定;李竞赢;饶家健5.华北煤矿区岩溶陷落柱发育分布规律与成因探讨 [J], 吕飞飞; 吴德鑫; 王雅敬因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

综采面过陷落柱技术研究丁永

综采面过陷落柱技术研究丁永发布时间：2023-07-04T07:00:00.275Z 来源：《科技新时代》2023年8期作者：丁永[导读] 本文介绍了一项针对综采面过陷落柱技术的研究。

该技术通过设置柱子来支撑煤矿巷道顶部，从而避免了巷道的塌方，并且能够提高采掘效率、降低成本。

徐州矿务（集团）新疆天山矿业有限责任公司新疆阿克苏地区库车市 842000摘要：本文介绍了一项针对综采面过陷落柱技术的研究。

该技术通过设置柱子来支撑煤矿巷道顶部，从而避免了巷道的塌方，并且能够提高采掘效率、降低成本。

关键词：综采面；陷落柱；综合注浆加固1工作面概况4315工作面位于新庄矿三采区，为4311采区上段，上距4311采区1-2#层-3-1煤层约15m。

该工作面煤层厚度为1.42m~2.02m，平均厚度为2.20m；煤层倾角10°~15°，平均倾角为6°。

该工作面煤层平均埋深1240m左右。

该工作面布置在一个水平上，布置4条煤柱，煤柱尺寸分别为：30m、24m、27m、26m。

工作面走向长910m，倾斜长100~125m，平均倾角11°。

该工作面为综采工作面，采用走向长壁后退式采煤法，全部垮落法管理顶板。

4315工作面煤层厚度变化较大，由原来的1.42~2.02m变化为1.53~2.10m。

该工作面煤层倾角变化大，由原来的15°~18°变化为14°~17°；煤层埋深变化大，由原来的426~458m变化为414~438m；煤层厚度变化大，由原来的1.42~2.02m变化为1.53~2.10m。

煤层埋深从东到西逐渐变浅，但落差大、厚度大、倾角大、变化幅度也较大。

工作面构造较为复杂。

4315工作面位于三采区中部的北翼东翼，工作面受北翼断层F7、F8、F9联合控制。

根据地质构造图及地质钻孔资料分析：该工作面陷落柱发育范围较广，顶板破碎严重，厚度约1.53~2.10m。

西曲煤矿陷落柱发育特征及其对煤层气开发的影响

西曲煤矿陷落柱发育特征及其对煤层气开发的影响李瑞斌【摘要】煤矿陷落柱是影响煤层气开发与煤炭开采的主要因素.分析陷落柱的分布特征及规律对于煤炭及煤层气的开发具有非常重要的意义.本文以西山煤电西曲煤矿为研究背景,分析了陷落柱的发育特征、分布规律及其对该矿煤层气分布及开发的影响.结果表明:陷落柱所在区域范围内煤层气含量有所减少;在开采煤层气时,陷落柱的存在可能会使奥陶系灰岩与煤层贯通,进而对钻井、压裂、排采等一系列开发工程形成一定的影响.【期刊名称】《煤矿现代化》【年(卷),期】2019(000)003【总页数】4页(P66-69)【关键词】陷落柱;煤层气;分布特征;开发【作者】李瑞斌【作者单位】西山煤电集团有限公司西曲矿, 山西古交 030200【正文语种】中文【中图分类】TDP618.11西山煤电西曲煤矿位于古交市方位335°直距0.5km处，井田东西长度是6km，南北长度是6.5km占地面积为40.693 km2。

井田内可采煤层为山西组2+3、4号煤层和太原组7、8、9号煤层，共5层煤层。

矿井构造分布具有一定的规律性，在矿井的西北部地质构造比较复杂，而东部相对简单。

地层走向 NW，倾向SW，倾角3°～15°，一般为5°左右。

该井田煤层气以及煤炭开采受到陷落柱分布于发育的很大影响。

根据已有的实验以及现场经验可知，陷落柱越是高度发育和密集分布时，煤层气稳定性以及分布均会受到较大影响。

因此，对于西曲煤矿陷落柱发育特征以及分布规律的探讨，在煤层气安全开采以及最大开采化方面有着重要的意义。

1 西曲煤矿陷落柱形成及控制因素陷落柱，也被称为无炭柱，具体就是指煤田中可溶性岩层基于长时间地下水径流作用后，逐渐被溶蚀成裂隙、较大的孔隙甚至孔洞，伴随着上述径流作用的强度及时间的加大，孔洞以及裂隙逐渐蔓延和发育，上部岩层基于地质构造作用以及岩层重力的共同作用最终发生垮落崩塌，形成的特殊构造称之为陷落柱。

王坡煤矿断层影响下采场围岩破坏和底板突水的数值模拟

１矿井基本情况
王坡煤矿位于山西省晋城市郊区西北部，属沁
水煤田樊庄勘探区，地层总体走向北东或北北东，倾
向北西，倾角５。～ｌ０。，构造属于简单类。主采二叠系下统山西组３号煤层，平均厚５．９７ｍ，为中灰、低磷、特低硫、高发热量、高灰熔点、高强度、易选的无
ｓｅａｍｍｉｎｉｎｇｉｎＷａｎｇｐｏａｕｌｔａｃｔｉｖａｔｉｏｎ；ｗａｔｅｒｉｎｒｕｓｈｆｒｏｍｃｏａｌｌｏｆｏｒ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ＺｈａｏＧｕａｎｇｒｕｉ
（ＳｈａｎｘｉＴｉａｎｄｉＷａｎｇｐｏＭｉｎｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｎｃｈｅｎｇ０４８０２１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｆａｕｌｔｏｎｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｗａｔｅｒｉｎｒｕｓｈｆｒｏｍｃｏａｌｌｏｆｏｒ，ｂｙｕｓｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅｏｆＲＦ —
ＰＡ２ＤＦｌｏｗ，ｔｈｅｉｎｌｕｆｅｎｃｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉｐｓｏｆｆａｕｌｔｏｎｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｗａｔｅｒｉｎｒｕｓｈｆｒｏｍｃｏａｌｌｏｆｏｒｗａｓａｎａｌｙｓｅｄａｓｔｈｅ

陷落柱演示

出水征兆就对巷道注浆封闭淹井
在12318工作面实际揭露未出水
9个，2个带状构造异常体（有争议），朱集未
统计在内。
7个，1个构造异常体； 1个特大溶洞
谢桥2个，其中1个是带状孔集实见1个张集1个
顾桂两个是带状构造异常体口孜东矿7个
新集二矿1个构造异常体新集三矿1个特大溶洞
实际揭露一个未出水对西八A组煤开采有影响
四、陷落柱探查
3.化探
根据钻孔采样化验和测试资料，建立水化学模型，通过对同位素及特征离子含量的分析对比，确定水质类型。
4.水动态监测
通过进行钻孔水位（水压）、突水点涌水量、放水孔放水量、水温、水质能观测；根据观测数据分析判断含水层补径排关系，计算水文地质参数。
一般陷落柱突水具有如下特征：水量---越来越大、水位--灰岩水位不但不降有水位回升的趋势，水质---全硬度、永久硬度从无到有且逐步增加，水温---比巷道围岩温度高，并有逐步高的趋势。
6.地下水不断对灰岩和塌落的岩石进行化学的溶蚀、机械的搬运和破坏，使岩溶进一步扩大，处于暂时稳定状态的上覆岩层关键层再次失去平衡而继续塌落，使陷落柱不断向上发展。
二、陷落柱形成机理、形态及分布规律
（二）形状
1. 岩溶陷落柱的平面形状岩溶陷落柱的平面形状是指岩溶陷落柱柱体与地表或岩层层面的切割面形状，也称之为横切面形状。呈椭圆形和似圆形者居多，尤以椭圆形为最多。如孔集岩溶塌陷及谢桥岩溶陷落柱，分别见下图2(孔集岩溶塌陷体分布图)、图3( 谢桥矿1#、2#陷落柱在各煤层中的分布图)。 2. 岩溶陷落柱的剖面形状岩溶陷落柱的剖面形状主要受所穿过岩层的岩石物理力学性质制约，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，其剖面形状多呈上小下大的圆锥状，塌陷角一般在60~80°之间，华北型煤田中这种形状的岩溶陷落柱最多。

陷落柱探测技术在王坡煤矿的应用

岩溶陷落柱是指含煤岩系中由岩溶引起的环形塌陷，因塌陷体在剖面上呈柱状而得名。它对煤矿生产的影响主要有：破坏可采煤层，减少煤炭储量；影响正规采煤，妨碍机组使用；降低采掘效率，增加生产成本。
３陷落柱位置与范围的确定３１ＷＫ．线电波透视技术应用．ＴＥ无
始场强；为煤层对电磁波的吸收系数；ｒＰ点为到０点的直线距离，ｍ；（）为方向性因子，０ｆ０是偶极子轴与观测点方向的夹角。在辐射条件不变时，是一常数，吸收系数是影响场强幅值的主要参数，它的值越大，场强变化就越大；吸收系数与电磁波频率和煤层的电阻率等电性参数有直接关系：在同一均匀煤层中，频率越高吸收系数就越大，电磁波穿透煤层距离就近；煤层电阻率越低，吸收系数也越大。煤层中断裂构造的界面，破碎带、煤层破坏软分层带以及富含水低电阻率带等，都能对电磁波产生折射、反射和吸收，造成电磁波能量的损耗。若发射源发射的电磁波穿越煤层途径中，存在断层、陷落柱、富含水带、顶板垮塌和富集水的采空区、
维普资讯
第１２卷第４期（总第７７期）
２００７年８月
煤
矿开采
Ｖ１１ｏ４（ｅｉｏ７）ｏ．２Ｎ．ＳｒｓＮ．７ｅ
Ａｕｕｔ２０ｇｓ０７
ＣａｎｎｅｈｏｏｙｏｌＭｉｉｇＴｃｎｌｇ
的第１个综放工作面，其实际掘进走向长度
２３ｍ，倾向长度１０２２８ｍ，地质储量３４Ｍ，可采．６ｔ储量２５９。３０．４Ｍｔ２２工作面位于井下主水仓进风巷西侧７０４ｍ，其北部为３条集中大巷，南部为晋煤集团成庄矿井田边界，西部为二采区实煤区。工作面走向南北，倾向东西，倾角一。０～１１５４。６。

王坡煤矿综放工作面遇陷落柱快速推进技术

如图１所示
３工作面配套设备
・
（２）采高控制：距停采线９ｍ处采高控制在２．９～３．Ｏｍ，直至停采线止。（３）支架控制：工作面停采时支架底座箱前沿至停采线３．１ｍ时，支架（４７＃～１１９＃）固定（不拉超前）后不再移架，摘掉推移框架，用一米的一字梁放在推移框架前从４７＃支架到机尾推出前溜，煤机再割一刀（并将煤机牵至２０＃支架左右），保证支架主顶梁前沿到煤帮３．５ｍ。
４工作面工作面设备拆除与安装
４．１３２０８综放工作面７０＃一１１９＃支架末采安全技术（１）工作面支护：距工作面切眼８１０米附近划停采线，在距停采线１２ｍ处，从７０号架到１１９号架顶
Ｔ作面配备：ＺＦ８０００／１７／３２型放顶煤支架１ｌ４架；ＺＦＧ８０００／１８／３２Ｈ型过渡放顶煤支架５架，端头采用ｎ型钢梁配合ＤＷ３１．５ — ２００／ｌＯＯＸ型单体液乐支柱，前后均采用ＳＧＺ７６４／６３０型可弯曲刮板输送机。
１前言
我国５０年代初曾在开滦、大同、峰峰、鹤壁等矿
区采用放顶煤采煤法。由于这种采煤方法具有掘进

王坡井田瓦斯分布特征及其影响因素分析

2017年第3期（总第78期）66图 1　瓦斯含量等值线图3　各类影响因素分析井田内煤样均为高变质程度无烟煤，煤的高变质程度为煤层瓦斯的生成和富集创造了有利条件[3]，但瓦斯分布的影响与生气能力关系不大，主要取决于保存条件。

本文主要从地质构造条件、水文地质条件、埋深、灰分含量以及围岩类型等方面进行分析对比。

3.1　地质构造条件对瓦斯分布的影响井田内整体构造简单（见图1），所有钻孔均未见构造煤。

宽缓褶曲主要为上村背斜、杨山村西背、向斜，两翼较为平缓，地层倾角均不超过12°，对瓦斯聚集影响不大。

井田断层不发育，主要断层为王坡村东至下寺头村东南的独头山断层，全长约3000m，倾角变化较大，为50~70°，落差22m ；其余断层规模较小，断距均不超过20m。

独头山断层周围煤层气含量极低，均小于2ml/g。

原因为该断层为一张性正断层，其断层面为开放性[2]，裂隙较为发育，为煤层气逸散提供了通道，导致煤层含气量急剧下降。

据采掘资料，王坡井田陷落柱极为发育且规模大小不一，形状为倒漏斗型，剖面为近塔柱状，对煤层破坏程度较大[4]。

其形成原因多与中奥陶统灰岩有关，直接贯通奥陶系灰岩层与煤系地层，形成过程中伴生大量裂隙，这些裂隙沟通了含水层、积水区以及地表水之间的水力联系。

在地下水的驱动下，瓦斯气体以游离态与溶解态的形式逸散，造成陷落柱发育区域附近煤层瓦斯含量均有所降低，如图1所示。

3.2　水文地质条件对瓦斯分布的影响地下水一方面可以驱动游离态的瓦斯气体运移，另一方面可以作为溶解态瓦斯的载体携带瓦斯气体流动。

据钻孔资料，王坡井田15号煤煤层多与上覆K 2灰岩整合接触，局部为泥岩或炭质泥岩，K 2为弱富水性含水层，厚7.32~13.28m，平均为9.51m，与含水层的直接相连使水文地质条件成为本井田影响15号煤层瓦斯分布的重要因素之一。

井田内15号煤层底板标高整体表现为东高西低，东部因地势较高，地下水径流作用较强，在地下水运移过程中携带瓦斯气体运移而使之逸散，导致井田整体含气量为西高东低。

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摘要 : 陷落柱是影响煤矿区煤炭与煤层气开发的主要制约因素之一。研究煤矿区陷落柱成因及分布特征，有助于降低煤炭开采与煤层气开发的风险。通过对陷落柱控制因素和发育特征的分析，结合王坡煤矿已发现陷落柱的分布情况，探讨了陷落柱对王坡煤矿煤层气分布及其开发的影响机制。分析认为：陷落柱周围 3 号煤的气含量有所降低；在煤层气开发过程中，陷落柱可能会贯通奥陶系灰岩层与煤系地层，从而对煤层气的钻井、压裂以及排采工程产生不利影响。关键词：煤层气；开发；陷落柱文献标识码： A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2013.02.007 中图分类号： P618.11
1.2
2.2
1.3
陷落柱分布特征王坡煤矿已发现的陷落柱主要分布在向斜或背斜轴、断层附近，位于褶皱和断层的轴部范围；平面上呈圆形和椭圆形，具有集中、成群出现的特征 (图 2)。王坡煤矿东部为煤炭开采区，西部基本处于未开掘状态，未采掘区陷落柱分布情况目前还不清楚。经构造探测，西部主要发育杨山村西背、向斜，尚未发现断层。根据东部已采掘区陷落柱的分布特征，可推测在杨山村背斜和向斜附近分布一定规模大小的陷落柱。陷落柱对煤层气分布及开发的影响陷落柱对煤层气分布的影响煤层气的分布与各种因素有关，除了煤本身的因
第 41 卷第 2 期 2013 年 4 月
煤田地质与勘探
COAL GEOLOGY & EXPLORATION
Vol. 41 No.2 Apr. 2013
文章编号 : 1001-1986(2013)02-0029-04
王坡煤矿陷落柱发育特征及其对煤层气开发的影响
窦随兵 1，姬乃强 2
(1. 山西省交通规划勘察设计院，山西太原 030012； 2. 中煤科工集团西安研究院，陕西西安 710077)
图1
Fig.1
王坡煤矿已发现陷落柱形态情况
Situation of collapsed columns found in Wangpo mine
王坡煤矿陷落柱内充填物一般为疏松破碎的砂岩或泥岩碎块。陷落柱体内未发现黄土，推测陷落柱形成于二叠纪以后第四纪以前。由于目前王坡矿开采范围有限，大量的陷落柱尚未揭露。
1
王坡煤矿陷落柱形成及控制因素
陷落柱，煤炭系统又称为无炭柱，是可溶性岩层
收稿日期 : 2012-07-16 作者简介 : 窦随兵 (1967—)，男，山西运城人，高级工程师，从事煤田地质与勘探研究工作 .
・ 30 ・
煤田地质与勘探
第 41 卷
控制因素主要包括水动力、下伏溶岩和构造等方面。
1.1
水动力王坡煤矿地下含水层主要有奥陶系中统灰岩岩溶裂隙含水层、太原组砂岩灰岩裂隙含水层、山西组砂岩裂隙含水层、上下石盒子组砂岩裂隙含水层、石千峰组砂岩裂隙含水层、基岩风化带节理裂隙含水层、第四系中更新统洪坡积孔隙裂隙含水层、第四系上更新统冲洪积孔隙裂隙含水层和第四系全新统冲洪积孔隙含水层。井田内中奥陶统马家沟组灰岩富水性强，对煤层气抽采影响比较大；峰峰组局部地区含水强，对煤层气抽采不利。王坡井田整体呈一单斜构造，地下水自东部基岩露头区向井田内部汇集，具有形成陷落柱的水动力条件。下伏溶岩王坡煤矿煤系地层主要发育山西组和太原组。太原组虽然夹有石灰岩，含水性也相对较强，但由于厚度较小，尚不足以形成落差较大的陷落柱。中奥陶统 (峰峰组及上、下马家沟组 )石灰岩地层总厚度较大，具备形成落差较大的陷落柱。同时，由于奥陶系石灰岩与上部含煤地层相距很近，所形成的陷落柱很容易贯通含煤地层，对煤层顶底板以及煤层的连续性都造成了严重破坏。因此，奥陶系石灰岩是造成王坡煤矿煤系地层中陷落柱形成的主要岩层。构造晚三叠世以来，沁水盆地周边断块产生的差异性隆升，形成近东西向的挤压应力，而在盆地南部则形成近南北向的褶皱带；燕山期，沁水盆地整体抬升，大面积遭受剥蚀；喜马拉雅时期，在拉张应力场背景下，王坡地区形成一系列北西向的褶皱，同时在东部发育了一系列北东向的正断层。在构造应力作用下，导致奥陶系石灰岩层中大量裂隙发育，促进了含水层强径流的形成，为地下水对岩层的溶蚀作用提供了有利条件。地下水长时间在岩层中的流动，对可溶性岩石逐步产生溶蚀，形成了大量的裂隙或空洞，当这些空洞发育到一定程度时，在基底抬升和上覆岩石重力的双重作用下，引起了上部岩石的跨落、坍塌，从而形成陷落柱。王坡煤矿陷落柱发育及分布特征
The development features and influence of the collapsed column on CBM development in Wangpo mine
DOU Suibing1, JI Naiqiang2
(1. Shanxi Provincial Design Institute of Communications, Taiyuan 030012, China; 2. Xi′an Research Institute, China Coal Technology & Engineering Group Corp, Xi′an 710077, China) Abstract: Collapsed column is one of the main factors influencing coal mining and CBM development. Study on the origin and characteristics of the collapsed column in coal seam helps to reduce the investment risk in coal mining and CBM development. On the basis of the analysis of the control factors and development features of the collapsed column, combined with the distribution of the collapsed column in Wangpo coal mine, the effect mechanism on CBM distribution and development is studied. The gas content of seam No.3 is low around the collapsed column, and because the collapsed column may connect the Ordovician strata and coal seam, the collapsed column has an adverse effect on the drilling, the fracturing and the drainage engineering in CBM development. Key words: coalbed methane; development; collapsed column
在地下水强径流作用下，经过漫长的历史时期，被溶蚀形成空洞、孔隙或裂隙，随着溶蚀作用加强，孔洞不断增多、扩大，最终受重力和构造力影响，导致上部岩层失去支撑，垮塌陷落而形成的一种特殊地质构造 [1-2]。由于陷落柱是因地下溶洞垮塌、上覆非可溶性岩层坍塌填充形成，所以陷落柱中岩石成分非常混杂。据司淑平等 [1]研究发现，沁水盆地的陷落柱平面上呈现圆形、椭圆形、近似长方形及不规则形等 4 种；在剖面上呈现圆锥状、筒状、漏斗状、反漏斗状、斜卧状、不规则状等 6 种。根据陷落柱相对煤层的接触关系及塌陷程度不同，可分为通天柱、半截柱及下伏柱 3 类；根据陷落柱顶部岩石的充填程度，又可分为顶空柱和顶实柱。王坡煤矿位于沁水盆地南部，其陷落柱的形成及
3 3.1
素之外，还包括也一些外在因素，如构造运动、水文地质条件等，陷落柱是影响煤层气分布的主要外在因素之一。陷落柱呈区域性或呈带状分布，其对煤层气的影响主要体现在含气量的分布上。陷落柱对煤层气分布的影响具有二重性。一方面，陷落柱范围内可能导致煤层气含量富集。陷落柱由于其特殊性，会成为各煤层之间煤层气运移的主要通道，由陷落柱底部运移到顶部，倘若顶部盖层封闭性较好，并且不具备大量直通地面的孔隙和通道，此外含水层的富水性和导水性都很差，则容易在陷落柱内形成煤层气富集带。河北省羊渠河矿就曾揭露了 7 个陷落柱，发现这些陷落柱附近的瓦斯涌出量都明显增大。一般来说，隐伏于地表以下的陷落柱，基本不存在大量直通地面的裂隙、通道，煤层气保存条件相对较好，容易在陷落柱周围形成积聚。下伏类型陷落柱虽对煤层气散失没有直接影响，但由于
王坡煤矿位于山西省晋城市西北部，井田东西长 8.24 km，南北宽 5 km，面积 25.4 km2。井田含煤地层主要为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，主要包括 3、9、15 煤层，3、15 煤层为稳定可采煤层，目前正开采 3 煤层。井田构造总体为走向北东、倾向北西的单斜构造，地层倾角变化不大，一般 3°~14°；从已采掘的资料看，矿井陷落柱较为发育。地面煤层气勘探开发实践证明，陷落柱比较发育地区，不仅煤层分布的稳定性受到严重破坏，对煤层气的分布也有很大影响。因此，研究王坡煤矿陷落柱的发育特征及控制因素，探讨陷落柱对煤层气开发的影响，对于降低煤层气勘探开发风险、减少损失具有十分重要的意义。
的气含量影响比较大。此外，据测试，王坡煤矿一采区 3202 工作面的两个陷落柱附近的巷道煤壁中，埋深 543 m 处所测瓦斯含量为 6.12~6.43 m3/t，而无陷落柱区埋深 560 m 处的瓦斯含量为 12.43 m3/t。由此也可看出，煤矿陷落柱发育特征及其对煤层气开发的影响
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图2
Fig.2
王坡煤矿已发现的陷落柱分布图 [4]
Distribution of collapsed columns in Wangpo mine