陷落柱是在石灰岩中古代溶洞非常发育,由于地下水的不断溶蚀、
洞穴越来越大。在地质构造力和上部覆盖岩层的重力长期作用下,有些溶洞发生坍塌,这时覆盖在上部的
煤系地层也随之陷落,于是
煤层遭受破坏。由于这种塌陷呈圆形或不甚规则的椭圆形柱状体,因此叫陷落柱。
主要特征
1.地貌上陷落区的形状一般为椭圆形或者是扁圆形的陷落盆地。外围的
岩层产状正常而连续,盆地中常常被不同地层的岩煤的碎块填充,无层序,混乱堆积。
2.陷落柱的总体形态一般是上小下大的不规则椎形,个别地方也有上下一样的圆柱状。它们在水平切面上多呈椭圆和扁圆形,直径大小不一。
3.陷落柱的岩石棱角分明,形状不规则,排列紊乱,大小混杂,为粘土充填粘结。如在某一层位观察陷落柱的岩块特征,可以发现它们都是来自同一层位上的各个岩层和
煤层。
4. 陷落柱与围岩的接触界面多呈现出不规则的锯齿状,界线明显,接触面的角度是上大下小,一般在50°---85°度之间,75°最常见,接触处的 围岩
产状基本正常,接触带的煤层以及顶底板一般无牵连现象,接近陷落柱3---5米时,
岩层裂隙发育,煤层十分破碎,有时可以见到落差不大的小正
断层,断层的走向与柱体相切,倾向柱体。在陷落区的边缘地带有的柱内干燥无水,如
峰峰煤矿,有的有淋水头和小细流,如
阳泉煤矿。
瓦斯的涌出量增大,比正常的区域要高出2—3倍。
5. 陷落柱锥形体的中心轴与岩层层面近似垂直。 因此,在
倾斜岩层里陷落柱也发生歪斜,在水平的投影图上,各
煤层的陷落柱范围并不是完全地重叠。
伴生断层
1 伴生断层的性质及特征
伴生断层均为正断层,其断层面为一光滑面,有擦痕,可见呈片状的断层泥,当揭露该断层时易沿断层面片帮;在水平剖面上,沿走向均呈弧形,与陷落柱边缘基本平行,其曲率一般较大,整个断层走向变化较大;所有伴生断层的倾向,均由陷落柱中心向外倾斜;断层落差一般不大于2.0m;对于一个陷落柱来说,其周围可有多条伴生断层,落差大小不一,从0~5m,相差较大;对于一条断层来说,一般中段落差大,向两端落差很快变小,直至尖灭;断层长度不一,长者可达上百米,短者仅几米。
2 伴生断层的分布规律及光滑破裂面
陷落柱的伴生断层常常以数条呈同心状绕陷落柱分布。 相邻两断层间距一般不大,多在5m 左右,最大不超过10m,断层两端常常相互合并,有少数伴生断层可以与陷落柱边缘合并( 图1) 。 同心状断裂带一般宽10~20m,甚至可达30m,因此煤层受破坏的面积比陷落柱面积大得多。在整个断裂带内,煤中往往发育着许多光滑破裂面,工作面揭露后,可见其表面光滑反光如打蜡,其上有一层断层泥和擦痕,但煤岩层未错开。 其产状特征与伴生断层相似,该光滑破裂面上至顶板以上岩层,在揭露的顶板上可见许多张性裂隙,裂隙内有方解石充填,顶板含水处该裂隙可导水,当巷道或工作面揭露该裂隙,可有淋水出现。由于诸多断层及光滑破裂面的存在,使该断裂带煤岩层比较破碎,是陷落柱及其周围最易冒落的地方。 若回采至该处易形成片帮、冒顶。
3 伴生断层带内煤岩层特征及与周围煤岩层的关系
在8#煤回采过陷落柱时,从揭露的煤岩层可以看出( 图2) ,伴生断层在陷落柱周围呈阶梯状,由陷落柱中心向外,煤层随断层下落。附近煤岩层均以陷落柱中心向外倾斜,且倾角均较正常煤岩层大,有的可达20多度。如果陷落柱某一侧多条伴生断层落差的共同效果较大时,则在陷落柱边可揭露现采煤层底板或其以下煤岩层。 有的在陷落柱边缘可见9#煤底板,在很短距离内抬升高度达6m 以上。 该处煤岩层疏松,极易发生冒顶事故。
主要影响
在陷落柱比较发育的地区,
煤系地层中的
煤层及其周围的岩石常遭到严重的破坏,给煤矿生产造成了很大的困难,主要表现在以下几个方面:
1. 破坏可采煤层,减少
煤炭储量.由于陷落区的 煤层遭到破坏 而失去可采价值,使
井田内的储量大大的减少。造成缩短
矿井服务年限和巷道提前报废的严重后果。
2. 降低采掘效率,提高生产成本。在开拓主要运输巷道时,如
集中运输大巷,
总回风巷, 上山巷道,下山巷道时遇到陷落柱,为避免巷道拐弯,便于运输和通风,一般情况下按照原设计施工,直接穿过陷落柱,给巷道的维护和顶板的管理造成很大困难,同时也增加了巷道的维护费用。此外,在
回采过程中遇到陷落柱时,一般先采用巷道摸清陷落范围,然后采取措施进行回采。这样不仅影响采煤工作的正常进行而且降低了生产效率,给工作面运输、顶板管理和通风造成很大困难。
3. 妨碍机械化采煤,影响正规生产。在陷落柱比较发育的地区,很难布置出内部无陷落柱的长壁
回采工作面,如果在长壁回采工作面内包藏几个陷落柱时,将使采煤机组和液压自移掩体支架无法使用和通过。