岩溶陷落柱的形成条件——以范各庄矿为例

岩溶陷落柱是华北石炭二叠煤系中发育的一种特殊地质构造,以其隐蔽性和突发性对煤矿安全生产造成严重威胁。长期以来,开滦范各庄矿深受陷落柱水害威胁,其中1984年范各庄煤矿陷落柱出水淹井造成重大经济损失和人员伤亡。通过范各庄矿井地质资料、水文地质类型划分报告,以及对已发现的陷落柱资料进行分析,在前人理论基础上对范各庄矿陷落柱形成条件总结,认为该区在总体走向为北东向的开平复式向斜构造背景控制下,在奥灰岩溶发育,地下水不断交替,岩体自重应力和真空负压动力及地质构造条件下形成陷落柱。     

华北煤田岩溶陷落柱及其突水研究综述及展望

华北煤田岩溶陷落柱（简称“陷落柱”）是地质历史演化过程中形成的产物。80多年来,在中国华北煤田39个矿区煤矿开采过程中共揭露10 000多个陷落柱,因其导致的重大突水淹井事故20余起,研究岩溶陷落柱对系统认识中国矿山岩溶水文地质条件以及防治岩溶水害具有十分重要的理论与现实意义。文章系统梳理、总结了华北煤田陷落柱的发育特征、成因机理、突水机理、探查与防治方法,归纳出近年来华北南缘陷落柱的研究成果,并结合目前华北煤田生产过程中陷落柱研究与水害防治中存在的问题,从陷落柱形成机理与演化过程、小型隐伏陷落柱精细化探查与解译、陷落柱“动态监测—预测模型—突水机理”模式以及陷落柱水害防治技术体系等方面展望了其今后研究趋势及水害防治的方向。      

论岩溶塌陷问题

岩溶塌陷是可溶岩地层分布区主要灾害地质现象之一,岩溶塌陷的产物是岩溶陷落柱,其结果可导致一系列工程地质问题,本文从岩溶塌陷形成机理出发,根据我国的具体情况划分了岩溶塌陷类型,论述了有关的工程地质问题。     

音频大地电磁法在某灰岩地区煤炭资源勘查中探测岩溶和陷落柱的应用

灰岩地区岩溶、陷落柱的发育,严重影响了煤田资源勘查钻孔的布置位置的选择和为后期煤田的开采产生了安全隐患。为了规避这些不利地质因素的影响,这里根据这些不利地质体的地球物理特征,选用音频大地电磁法对某煤田勘查区的地层含水性、地层溶洞和陷落柱的分布形态、发育规模、埋藏深度等情况进行了调查。最终根据该方法的解释结果圈定的陷落柱、隐伏的岩溶和裂隙发育带得到了后期钻孔的验证。该调查结果为音频大地电磁法在灰岩地区岩溶、陷落柱的探测提供参考。     

淮南寒武纪岩溶陷落柱发育特征及导水性分析

1996年任楼煤矿发生的陷落柱特大突水事故，使“淮南不存在岩溶陷落柱”的认识得到了质疑。通过初步调研，在孔集矿南部的孙家大山一带发现出露于地表的岩溶陷落柱，而谢桥矿煤经三维地震勘探也探测出了发育于寒武纪灰岩中的两个岩溶陷落柱。因其岩溶陷落柱的发育层位、充填物质与华北煤田奥陶纪岩溶陷落柱构成明显的对比。导致了其水文、工程地质特征的特殊性。     

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。     

基于内部结构概化的华北型煤田岩溶陷落柱分类

岩溶陷落柱是华北型煤田所具有的一种特殊地质构造,对煤矿安全生产造成巨大威胁。为了研究岩溶陷落柱的突水机理,确保煤矿采掘工程的安全,提出了岩溶陷落柱的内部结构概化模型,包括堆石段、泥石浆段、岩块碎屑段和柱壁裂隙段4个不同的部分,各部分之间既有相互联系,又显示出不同的力学和水力特征。基于此模型,对岩溶陷落柱按照内部结构的不同进行了分类,将岩溶陷落柱分为堆石型、堆石裂隙型、堆石泥石浆型等8种不同类型,并总结分析了不同类型岩溶陷落柱的结构特征和突水特征,且对不同类型岩溶陷落柱煤矿采掘工程提出了建议。      

湖南北型煤矿区的岩溶陷落柱

湖南上二叠统龙潭煤系分北型及南型两类。北型矿区煤系仅有含煤段,可采煤与强含水层茅口灰岩之古剥蚀面有直接水力联系,由于古剥蚀面岩溶普遍发育,并随向斜而下陷,如遇断层切割,岩溶发育深度也可达其切割深度。断裂是岩溶陷落柱发育的基础;成煤物质释放的水,二氧化碳及硫化氢促进了陷落柱的发展;季节性动态变化与地壳升降运动,导致侵蚀基准面起伏,为岩溶陷落柱的不断向上伸长提供了水动力条件。      

塔里木盆地轮古西地区奥陶系残留地层古岩溶形成及储渗能力分析

塔里木盆地轮古西地区奥陶系地层受海西早期大幅度抬升影响,剥蚀厚度较大,古岩溶十分发育,仅存中晚奥陶世鹰山组及蓬莱坝组,并受岩性和地质构造控制,具有较好的储渗能力.通过对轮古西地区的地质背景、古岩溶状况进行了研究,探索了该地区古岩溶的形成机理、控制因素,并对其储渗能力进行了分析.     

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

通过对山西省阳泉矿区五矿的地质背景分析,结合已完钻孔成果及野外踏勘资料,对五矿区内地层特征进行了阐述,着重对奥陶系中统分组情况及岩性进行总结,并概述了该区构造特征及地下水补、径、排条件,对该区陷落柱在平面、剖面及陷落深度、物质组成等方面发育特征进行初步阐述和总结,概括分布规律,分析岩溶陷落柱形成机理,建议阳煤五矿加强陷落柱的调查研究和探测预报工作.     

煤层陷落柱高分辨率地震探测技术

在华北、华东及西北地区近20多个煤田的石炭二叠系中，普遍存在着因煤系地层基底厚层灰岩古岩溶塌陷形成的煤层陷落柱，尤以山西省西山及汾河沿岸的煤田、河北省太行山中段的煤田更为普遍。煤层陷落柱发育形态分为圆锥形、筒形、斜塔形、不规则形等特点，应用高分辩地震勘探技术，根据陷落柱发育区反射波同相轴中断、扭曲、能量变弱、连续性变差、分叉合并或圈闭、产状突变等特征，可有效地探测其空间位置及形态。     

门帘石及其地质意义

本文以大同煤田区域地质构造特征为基础, 对门帘石的定义、岩性特征、形态与产状、分布和成因进行了分析研究, 指出其与井田发育的准同生岩溶陷落柱具有成生联系。因此, 门帘石的存在具有重要的地质与生产意义。     

基于地震波形差异属性精细分析煤矿陷落柱边界及发育高度

通过对煤炭采区三维地震属性的研究,提出了基于地震波形差异属性解释煤矿陷落柱的发育边界、发育高度的技术方法,实例表明：地震波形差异属性对地质异常体的分辨能力与参与波形差异比较的道数及时间分析窗口大小有关,多道数、大时窗,可突出大的地质异常;相反少道数、小时窗可有效反映小的地质异常体,特别是对小地质异常体边界的刻画会更准确。与地震时间剖面、地震属性切片及倾角属性剖面相比,地震波形差异属性解释陷落柱在煤层中的发育边界、发育高度方面具有明显的优势。     

王坡煤矿陷落柱发育特征及其对煤层气开发的影响

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。      

GIS在矿区岩溶陷落柱位置圈定中的应用

区域构造、可溶性岩层和地下水动力条件是岩溶陷落柱形成的３个必备条件。选取刘桥二矿作为研究区,从现有数据中分类提取出区域构造、可溶性岩层和煤层顶底板强富水异常区３个因素,根据底板等高线生成煤层底板坡度图及研究区邻近区域内已探明陷落柱的特征,结合这３个因素,运用GIS叠置分析圈定出4个可能的陷落柱发育区,再经与实际生产情况资料对比,得出巷道揭露的Ⅱ617风巷陷落柱位于第Ⅱ区内。     

西山煤田古交矿区陷落柱特征及其导水性分析

在分析区域地质特征的基础上,对西山煤田古交矿区陷落柱的数量、形态特征及分布规律进行了总结。从陷落柱的发育特征出发,对其导水条件进行了研究,认为本区岩溶陷落柱是否突水,关键取决于其是否有导水的力学薄弱通道。研究表明,本区岩溶陷落柱柱体胶结致密,后期活化程度弱,距煤层较近的峰峰组含水层的富水性弱,而煤层与上马家沟组强含水层之间隔水层厚度大,因而,在正常块段开采中,岩溶陷落柱作为集中导水通道导致重大突水的可能性较小。     

蔚县矿区北阳庄矿东二采区皮带巷里段突水机理探讨

北阳庄矿东二采区皮带巷里段2014年9月27日~11月1日发生突水事故,峰值涌水量达2 015 m3/h,同时喷出大量矸石和碎屑,突水过程时间长,水温高达30℃以上,比本矿井前两次突水水温高3~4℃,水中Ga~(++)、Mg~(++)含量也高于奥灰水,且与区域蓟县系灰岩水水质类型基本一致。通过对本区地质和水文地质条件分析,探讨了突水机理,认为本次突水主要是由于构造形成的导压裂隙带导通了深部古岩溶陷落柱,使蓟县系雾迷山岩溶水通过古陷落柱及导压构造裂隙带进入矿井而形成。该研究为矿井防治水工作提供了地质依据。     

华北型煤田陷落柱形成过程研究

在地下水系统的径流或排泄带上,且处于次级向斜轴部或转折端附近、小断层或环形断层发育地段,如果古地表岩溶空洞、古地下岩溶空洞和膏溶空洞等为岩层塌陷提供了发源地,陷落柱发育的可能性极大。华北型煤田陷落柱的形成是以底部岩层中空洞发育为基础,地下水的强烈交替和水-岩作用为条件,岩体自身重力、地应力集中以及溶洞内的真空负压三重作用为动力,经过垮落、溶蚀、搬运、塌陷、冒落等周而复始的过程,分阶段逐步形成陷落柱。      

矿井无线电波透视法试验研究

煤炭工业综合机械化的迅速发展,要求矿井地质工作能及时精确地查明工作面隐伏的小型地质构造和地质体,保证机械化采煤顺利进行。山西省大部分煤田,由于灰岩岩溶塌陷而形成的陷落柱（俗称“无炭柱”）普遍发育,严重影响采煤工作正常进行。很需要用物探手段解决这一问题。      

湘中灰山港—煤炭坝地区岩溶发育特征及其构造控制

湘中灰山港—煤炭坝地区岩溶塌陷发育,但对该地区岩溶发育总体特征及地质背景尚缺乏全面、深入地研究。文章依托1∶5万区域地质调查项目,结合相关资料,对该地区岩溶发育特征及其构造控制条件进行研究与总结。研究区可溶岩主要属于上古生界,少量发育于白垩系—古近系底部。地层潜在岩溶发育强度依次为马平组＞大埔组＞栖霞组和茅口组＞百花亭组（仅指其中的灰岩质砾岩）＞大隆组。平面上可划分为裸露型、覆盖型和埋藏型3种类型岩溶区,其中覆盖型岩溶区可进一步划分为强、中、弱3类。覆盖型和埋藏型岩溶区垂向上可分为浅部岩溶发育带、中部溶洞裂隙发育带和深部岩溶弱发育带。二叠统东吴抬升,中三叠世以来多次挤压和白垩纪—古近纪区域伸展等构造事件形成的褶皱、不同方向断裂裂隙系统、盆地基底构造,以及古近纪以来的差异升降运动等控制了岩溶发育特征。岩溶作用具有三个演化阶段:第一演化阶段形成龙潭组之下的溶孔、溶洞等古岩溶形态;第二演化阶段形成了岩溶低丘地貌;第三演化阶段形成覆盖型岩溶地貌。