浅谈煤矿井下陷落柱的危害与处理

问题探讨ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００５－２７９８.２０１８.０６.０３６

　总第２２６期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?山西孝义　０３２３０６)

摘　要:文章介绍了可溶性岩层的发育和岩溶陷落柱的成因?以及陷落柱在煤矿生产过程中的危害?并结合煤矿井下生产作业活动?对各种情况下通过陷落柱的处理措施?进行了详细阐述?关键词:煤矿?井下?陷落柱?危害?处理

中图分类号:ＴＤ７７１　　　文献标识码:Ｂ　　　文章编号:１００５??２７９８(２０１８)０６??００８３??０２

　　陷落柱的分布范围是石灰岩地带?由于石灰岩

属于可溶性岩层?受夹杂着酸性物质的地下水冲刷时石灰岩就会产生溶洞?溶洞在侵蚀以及冲刷作用下不断扩大?上覆的岩层在地质构造力和重力的作用下发生塌陷?其上覆的煤系地层也随之塌陷?如此层层向上不断延续就会形成一个柱状的塌陷?称之为陷落柱?

目前?业内普遍认同陷落柱是由于岩溶塌陷而形成的观点?陷落柱的分布具有分区性和分带性?分区性是指陷落柱发育在石灰岩分布的区域?分带性是指陷落柱发育在地下河流经的条带上?由于陷落柱是缓慢逐层形成的?所以其内部岩石排列混乱?孔隙较多?往往成为水和瓦斯的运移通道?煤矿井下通过陷落柱时曾发生过水灾、顶板和瓦斯爆炸事故?因此?找出井下陷落柱的特征?发现陷落柱的内部规律并加以分析?是消除其危害的必要途径?

现为近圆形或者椭圆形?在地表往往表现为一盆状塌陷?陷落柱与围岩呈锯齿状接触?界限明显?陷落柱周围的岩层一般受牵引作用明显?表现为向柱体的倾斜[１]?

２)　陷落柱的内部形态特征?陷落柱内部岩石岩性杂乱?但也有一定的规律性?在同一平面上从柱体中心向外面看?碎石岩性对称分布?且碎石均不同程度地倾向柱体中心?在垂向上?岩层的塌陷深度与陷落柱的平面面积成正比?如图１所示?

１　陷落柱的特征

陷落柱对煤系地层破坏较大?故其在揭露前也会有较明显的征兆?鉴于其较大的危险性?在出现征兆后?一定要采取物探以及钻探等手段?探明其导水性和内部岩石的胶结程度、瓦斯涌出量等?陷落柱揭露前煤层的产状会发生显著的变化?尤其是煤层的倾角变化较大时?产状变化程度更大?常出现间距不大的连续性正断层?且正断层倾向基本一致?瓦斯涌出量增大?因此揭露陷落柱时?首先要确认其是否导水?并测定瓦斯涌出量?而后根据其内外部的形态特征?采取合理方法通过陷落柱?在过陷落柱的过程中以及通过陷落柱以后?都要定期观测其内外部形态变化?防止滞后出水等情况的发生?

１)　陷落柱的外部形态特征?陷落柱在剖面上呈锥形?整体上呈现上小下大的形态?在平面上呈

图１　陷落柱的内部形态特征示意

２　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?给煤矿井下生产安全带来的危害不可预估?主要表现在以下几个方面:

１)　破坏煤层的连续性?减少了煤炭的开采量?开掘工作面所遇到的陷落柱?是由煤层上覆的岩层塌陷而成?一般情况下柱体内部的煤炭很少?几乎被碎石填满?因此俗称为“无炭柱”?如果井下的陷落柱较多?则原本被估算为煤炭的该部分区域?资源储量实际上减少了?这便增大了煤矿的开采成本?降低了生产效益?

２)　影响采掘作业?煤矿大多是井工开采?由

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收稿日期:２０１８??０１??２４

作者简介:温建忠(１９６８－)?男?山西平遥人?工程师?从事煤矿地质工作?

２０１８年６月　　　　　　　　　　　温建忠:浅谈煤矿井下陷落柱的危害与处理　　　　　　　　　　　　第２７卷第６期

于井下通风和围岩支护等因素的影响?使得开采过程十分复杂和危险?而陷落柱的出现无疑更加大了井下作业的危险程度?例如?井下的巷道为了减小通风阻力?一般情况下会尽量保持平直?而遇到陷落柱后?为了保持巷道的平直往往会选择直线通过陷落柱?而陷落柱内部岩石杂碎?支护难度较大?这样就必须选择更强的支护方式?巷道的掘进速度便会减速?等等?

３)　容易造成水害、瓦斯事故?因为陷落柱是由于岩层塌陷所成?当柱体内部的岩石未完全胶结在一起时?陷落柱更像是一个能够导通含水层和煤是长轴与回采方向大致相同且短轴较短时?也可以强行推过?如果面积较大?严重影响工作面的回采进度以及煤质的情况下?需要重新开切眼?在适当的位置采取搬家倒面的办法绕过陷落柱?３.３　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?会导致围岩层的产状发生显著变化?如果在通过陷落柱时巷道坡度不合适?可能导致穿过陷落柱后不能进入正常煤层?根据经验可采取以下几种方法通过:

１)　采用钻探方法确定对面的煤层位置?遇层的通道?如汾西矿业集团灵石县范围内的煤矿?在开采下组煤时往往会遇到陷落柱?而该区域下组煤基本上全部为带压开采?如果突然揭露导水陷落柱?采掘工作面就会造成很大的水害威胁?甚至矿井都会被淹?使职工的生命安全面临威胁?

３　陷落柱危害的处理

处理陷落柱危害时?首先在开采前及开采过程中?要采用多种手段对煤层进行探测?这期间应尽量避免揭露会影响采掘生产的含水陷落柱?根据陷落柱的危害程度不同３.１　开掘工作面揭露陷落柱的处理

?可以采取不同的处理方法?探明其是否导水１)　矿井的主要大巷揭露陷落柱时?测定瓦斯涌出量?防止水?首先必须、火、瓦斯事故的发生?排除这些危险后制定好严密的支护措施并严格执行?必要时应采取架棚支护等手段?

况处理２)　:①掘进工作面遇到陷落柱时分以下几种情当陷落柱无水害及瓦斯等危险?内部胶结情况较差时?可选择绕过陷落柱?使其留在煤柱当中?这样既可以避开陷落柱的不利影响?又能探测陷落柱的大小和范围?②当陷落柱无水害及瓦斯危险?内部胶结较好时?可选择直接通过?此时要考虑到另外两个问题?即顶板、围岩的支护情况和通过后煤岩层层位的问题?由于陷落柱是由碎石胶结而成?受到采动的影响其胶结稳定性会降低?容易发生冒顶事故?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３.２　?

当回采工作面在回采过程中遇到陷落柱时回采工作面遇陷落柱的处理

?首

先要确定陷落柱的大小、形状以及位置?然后根据不同的情况进行处理?如果陷落柱面积较小?可采用强行推过的办法直接通过陷落柱?如果面积较大但

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到陷落柱后?在探测其大小形状时设计的钻孔要考虑一孔多用?要同时兼做探煤层之用?根据钻孔的倾角及孔深计算出对面煤层的相对高度?然后设计合理的坡度即可?此方法适用于直径较小?煤层厚度相对较厚的煤层层位置２)　?在煤层倾角变化程度不大的煤矿井下利用临近巷道煤岩层产状?

?推测对面的煤?一定范围内的煤岩层产状基本一致?若揭露陷落柱的巷道临近有已掘巷道?可根据该巷道的煤岩层产状推测对面煤层的位置?此方法适用于倾角较稳定的煤层?可靠程度取决于两巷道的煤柱距离?距离越短相似程度越高?采用钻探手段没有很好的效果时３)　当巷道一定距离内没有可参考的煤层越可靠?

?只能凭借经验先?且掘进一段距离?一般情况下是在正常的煤层倾角情况下降低５°掘进?掘进过程中根据观测其内部岩性的对称性、倾角变化情况?推测陷落柱的大小?并适时采取钻探手段探测?

４　结　语

陷落柱的危害虽然不小?但是其本身也有很明显的分区性和分带性?其内外部形态有很明显的特征?经过观察、研究能够很好地预测陷落柱?从而将危害降到最低?总而言之?对于陷落柱最好的办法是规避?避不开的首先要探明其导水性?测定瓦斯涌出量?防止发生水害及瓦斯事故?参考文献:

[１]　刘建明落柱中的应用.化学注浆加固和复合支护在掘进工作面过陷

[Ｊ].矿业装备?２０１２(１２):１１８－１１９.

[责任编辑:王伟瑾]