华北地区岩溶陷落柱形成原因与预测

【摘要】阐述了华北地区岩溶陷落柱的成因，并对其特征进行了总结，提出了陷落柱的预测方法

【关键词】陷落柱;成因;特征;预测

我国华北地区有着丰富的煤炭资源，岩溶陷落柱在华北地区煤田广泛发育和分布，不仅使煤层塌陷在一定范围内失去开采价值，减少煤炭储量，缩短了矿井服务年限；而且还对井巷工程的布置和施工，采煤方法和采掘机械的选择增加困难；更重要的是它往往沟通含水层，,把奥陶系灰岩水引入矿井 ,威胁到矿井的安全生产。因此分析研究华北地区岩溶陷落柱的成因与发育规律，对煤矿的安全生来说来说具有重要的意义。

１．华北地区陷落柱的形成原因

所谓陷落柱，是指煤系地层下部的易溶岩层，经地下水的强烈溶蚀，形成了大量溶洞，从而引起上伏岩层失稳，向溶蚀空间冒落、塌陷所形成的筒装柱体。其发育必须具备四个条件：一是煤系或其下伏地层中含有可溶性岩层；二是含煤区域内，发育有良好的地下水通道；三是地下水交替循环快，排泄流畅，具有良好的地下水动力条件；四是具有丰富的地下水资源。

可溶岩的存在是岩溶形成的物质基础。可溶岩是指碳酸盐类的岩石与水相互作用溶解于水而得名。可溶岩的纯度愈高，其可溶性愈强，岩溶愈发育，溶洞大而集中，典型的岩溶形态发育完善。相反，可溶岩的纯度愈低，则不易形成岩溶。

地质构造是促进可溶岩溶解与冲蚀作用加速进行的重要条件。由于地质构造破坏了岩石的完整性，增加岩石的渗透性能，扩大了水与岩石的接触可溶机会，使水流具有了良好的通道，加强了岩溶发育程度。一般而言，断层附近和褶曲轴部，构造裂隙发育，岩石的透水性好，因而岩溶最为发育。这是由于断层破坏了岩层的连续性和完整性，加强了地下水的循环交替，并使具有溶蚀能力的水与可溶岩石的接触而不断扩大，加快了对可溶岩的溶蚀所致， 因此说地质构造不仅控制岩溶的发育强度和深度，而且控制岩溶发育的方向和部位。

地下水交替循环是岩溶形成的基本动力。地下水循环且带有溶蚀物质流向排泄区，由于水不断循环，裂隙逐步扩大，水流通道加宽，水速加大，溶蚀不断扩大，形成了岩溶洞穴， 甚至地下暗河，为陷落柱的形成创造了条件。

2.陷落柱的特征

2.1地表特征

2.1.1盆状塌陷坑

在基岩裸露区，陷落柱常以盆状凹坑出露于地表，坑内岩层遭受破坏，混杂堆积着上覆的不同层位的大小岩块，或为黄土所掩盖；坑外岩层层位正常，裂隙发育，岩层产状微向坑心倾斜。塌陷坑常呈圆形或椭圆形。

2.1.2丘状凸起区

塌陷区内外岩石抵抗风化、剥蚀的能力不同，造成差异风化地貌景观。

2.1.3柱状破碎带

在沟谷两侧或道路两旁的天然或人工剖面上，可见到的柱状的破碎带，即岩溶陷落柱的剖面形态。

2.1.4特殊地貌形态

在黄土覆盖区，基岩中的陷落柱可导致表层黄土产生圆形陷坑或弧形阶梯状裂缝。

2.2井下特征

2.2.1陷落柱的形状、大小

陷落柱多为上小下大的圆锥体，也有上大下小或上下一样粗细的柱体，陷落柱在纵剖面上的形态呈漏斗状、锥状或不规则状；在水平切面上的形态，多为似圆形、似椭圆形、也有长条形、不规则形，截面的直径由几米至几百米。陷落柱的主体高度大小不一，小者几十米，只穿过几个或几十个岩层；大者，高度可达数百米。

2.2.2陷落柱的柱体物质

陷落柱的柱体物质是由原溶洞上方的岩石组成。与周围的正常岩层相比，塌落岩块层位较新，并具有大小悬殊、棱角分明、形状各异、混杂堆积，常为松软岩屑、煤屑和粉粒土充填粘结等特点。

2.2.3陷落柱的柱面特征

陷落柱与围岩的接触面多呈不规则的锯齿状，其受岩层的岩性和结构构造的控制：软岩层凹入，硬岩层凸出；或呈滑坡状曲面。

3.陷落柱的预测

3.1根据陷落柱的成因预测。该方法通过具体分析区域地质及水文地质条件，根据陷落柱形成的基本要素，调查了解基岩的出露情况，地下水的补给区和排泄区，地质构造的发育规律等，通过调研分析，推测该区内陷落柱的发育情况。

3.2根据已知资料预测。利用上部煤层已揭露的陷落柱资料，根据其形态特点，预测其在下部煤层中的位置、形状和规模，或根据局部揭露陷落柱的资料，预测其整体形态和规模。

3.3通过对各种水文地质资料的分析研究，如井田位于含水层的强径流带上，附近曾发现过陷落柱，含水层的水位局部偏高，出水点的水量长期比较稳定，各出水点之间的相互干扰不明显，疏降无效果，水质、水温接近强含水层等，预测陷落柱可能存在的范围。

3.4对分析可能存在陷落柱的异常区，采用坑道无线电波透视、槽波地震、地质雷达等井下物探方法和钻探方法进行探查，取得有关定性、定量和定位等方面的数据。

4.总结

岩溶陷落柱是煤矿地质灾害之一，也是煤矿安全治理的重点。几十年来，我国在陷落柱治理方面取得了可喜的成绩，但随着采矿业的发展，揭露的陷落柱数量的增多，仍有不少陷落柱突水的事故发生，说明我们对陷落柱的形成机理和预防机制仍有待完善，仍有不少的工作要去开展。■

【参考文献】

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