北方岩溶陷落柱的充水特征及水文地质模型
第24卷第1期岩石力学与工程学报V ol.24 No.1 2005年1月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Jan.，2005北方岩溶陷落柱的充水特征及水文地质模型
尹尚先1，武强2，王尚旭3
(1. 华北科技学院安全科学技术研究所，北京 101601；2. 中国矿业大学(北京校区) 资源系，北京 100083；
3. 石油大学中国石油天然气集团公司(CNPC)物探重点实验室，北京 100083)
摘要：岩溶陷落柱是中国北方型石炭二迭纪煤田的一种特殊隐伏垂向构造，广泛分布于20个煤田45个煤矿区，对煤矿安全生产危害极大。为实现岩溶陷落柱的数学模拟并准确预测其涌(突)水量，进行了其充水特征及受控机制的研究，并建立了水文地质模型。研究表明，陷落柱的充水受地质构造运动、地下水径流条件、柱体内物质组成、压实和胶结情况以及承受水压大小等多种条件与因素的控制和影响，而各种因素又彼此促进和相互制约，只有处在现代岩溶水强径流带和集中排泄带并隐伏埋藏在地下水水位以下者，才能构成突水的潜在威胁。真正造成突水危害的还需要其他条件的配合，这就决定了绝大部分北方岩溶陷落柱并不充水也不导水。若岩溶陷落柱一旦突水，水量大且迅猛，预测及防治难度极大。按照系统论的观点，灰岩地下水是其补给源，柱体本身是充水通道，井巷或采煤工作面是其排泄点，岩溶陷落柱作为矿井地下水广义三重介质渗流系统的一类介质，自身又构成了独特的岩溶陷落柱水文地质子系统。对于子系统内部特征的详细深入研究，可将陷落柱划分为全充水强导水型、边缘充水导水型和不导水或微弱导水疏干型等3种类型，在地下水系统中相应地概化为垂向管道、主干裂隙或垂向越流介质、隔水体或无影响介质，通过数学模型的解算实现矿井涌(突)水量的准确预测预报。
关键词：采矿工程；岩溶陷落柱；充水特征；水文地质模型；矿井地下水系统；突水
中图分类号：P 624.8；TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)01–0077–06
WATER-BEARING CHARACTERISTICS AND HYDRO-GEOLOGICAL
MODELS OF KARSTIC COLLAPSE COLUMNS IN NORTH CHINA
YIN Shang-xian1，WU Qiang2，WANG Shang-xu3
(1. Facility of Safety Science and Technology，North China Institute of Science and Technology，Beijing 101601，China；
2. Department of Resources Exploration Engineering，China University of Mining and Technology，Beijing 100083，China
3. Key Lab of Geophysical Exploration，CNPC，Petroleum University，Beijing 100083，China)
Abstract：Karstic collapse column is a kind of vertical structure typically formed at Carboniferous-Permian coalfields of north China，and widely distributed in 45 coal mine areas of 20 coalfields. Water inrush from the karstic collapse columns is harmful to mining safety. For simulating them and forecasting water volume with mathmatic models，their properties and controlling mechanisms of water-bearing are studied，and hydro- geological models are set up. The study shows that the water-bearing properties of karstic collapse columns are controlled and influenced by several conditions and factors，such as tectonic movements，groundwater flow conditions，substance，solid and cementation in the columns，as well as confining pressure. All factors promote and
收稿日期：2003–03–08；修回日期：2003–05–16
基金项目：中国博士后科学基金资助项目(2003033204)；教育部新世纪优秀人才支持计划和华北科技学院科学基金
作者简介：尹尚先(1965–)，男，博士，1984年毕业于太原工业大学水利系水资源专业，现为博士后，主要从事岩土工程与地质工程方面的教学与
研究工作。E–mail：Yinshx@https://www.wendangku.net/doc/a412159939.html,。
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restrict each other，so that only in karstic runoff or discharged zones or under water table，there could be danger of water inrush. But if water inrush from them happens unexpectedly，water volume will be destructive，and it is difficult to forecast and prevent. According to viewpoint of systems，karstic collapse column is one kind of media in a mine groundwater system with generalized multiple porous media seepage，and are also special hydro–geological subsystems where karstic groundwater is recharge source，columns are flow pathways，and roadways or working faces are their discharge points. Three kinds of patterns can be classified by interior properties，complete strong water bearing pattern，brim water bearing pattern，and weakly penetrated and runoff pattern. Accordingly，karstic collapse columns are generalized as vertical pipelines，main fractures or vertical cross-stream media，and water barrier or media of aquifer uninfluenced. The mining water volume can be accurately forecast with mathmatic models of mine groundwater systems.
Key words：mining engineering；karstic collapse columns；water-bearing characteristics；hydro-geological models；mine groundwater systems；water inrush
1 引言
煤矿突水被认为是安全生产的重大灾害之一，也是世界产煤国家面对的一大安全开采难题。我国煤田地质条件十分复杂，受水威胁的煤炭储量占探明储量的27%，采矿中频繁发生的突水事故严重威胁着煤矿的安全生产。中奥陶统灰岩层是北方煤田主要的充水含水层，具有很高的承压水头，岩溶陷落柱的基底一般又均发育其中，若柱体充填物的压密、胶结程度较差，在采动等外部因素的影响下，陷落柱很可能成为奥灰含水岩层的导水通道，危及矿井安全。开滦范各庄矿2171综采面因揭露陷落柱，发生了世界采矿史上罕见的特大型突水，最大涌水量达2 053 m3/min，历时20小时55分便淹没了一个开采近20 a、年产×
1.3106 t的大型机械化矿井，3个临近矿井被淹[1]。随着开采深度和强度的增加，开采环境日趋复杂，水压、地应力和瓦斯不断增大，水害问题更加突出。
我国从“六五”计划将煤矿防治水列入国家重点攻关项目，到“七五”、“八五”煤矿防治水一期和二期工业性试验的完成，许多专家学者在煤矿涌(突)水量预测研究方面进行了不懈的探索，取得了丰硕成果，为防治水工程的设计提供了科学依据。早期矿井突水量预测以解析和统计预测方法为主，此后数值模型、地下水系统及管理在矿井涌水量预测中被广泛应用，文[2]提出了华北型煤田矿井防治水决策系统。近年来，广义双重或三重介质渗流模型[3，4]、广义双重介质渗流场与应力场耦合模型[5]已经被应用于矿井涌水量预测中。尽管理论方法及数学模型取得了较大进展，但矿井涌(突)水量预测的准确性仍然不尽人意，其中原因不是方法和模型不足以满足预测的需要，而是基础地质背景信息不能满足模型的要求，地质条件的复杂性以及由于认识不清而导致人为模拟简化的不合理性，是其主要原因。因此，对地质条件的深刻认识以及含水介质特征的掌握，是矿井涌(突)水量准确预测的关键。本文仅以岩溶陷落柱为例，用系统论的方法，将其作为独特的水文地质子系统，同时又是矿井地下水系统中的一种特殊介质，以矿井充水特征及规律的研究和建立模型为目标，深入探讨其水文地质背景、类型及控制因素等，以期探索水文地质模型刻画、逼近地质原型的思路和方法。
2 岩溶陷落柱的水文地质特征
2.1北方煤田陷落柱的水文地质背景
在北方煤田中，陷落柱基底发育于奥陶系灰岩中，向上塌陷穿过煤层或接近煤层底板，常成为奥陶系灰岩强含水层地下水和煤系地层之间的联系通道。这样，灰岩地下水是其补给源，柱体本身是径流通道，井巷或采煤工作面是其排泄点，构成独特的岩溶陷落柱水文地质子系统。陷落柱导水性主要取决于柱体内物质组成、压实和胶结情况以及承受水压大小。一般形成比较早的陷落柱，压实胶结比较好，导水性弱；而形成较新或正在形成中的陷落柱，胶结不好，导水性强。
从北方矿区目前揭露的众多陷落柱资料分析，
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多数矿区或井田的陷落柱都不导水，只有少数导水。例如：山西阳泉矿区发现的450个陷落柱一般都干燥无水；太原西山矿区的杜儿坪矿近年强行通过的400余个陷落柱无一例出水事故发生；河北峰峰矿区鼓山两侧十几个矿井所揭露的陷落柱均不导水；河北井陉矿区的120余个陷落柱中有2/3不导水，其余皆为弱导水或中等导水；鲁西煤田目前揭露的陷落柱基本为干燥或少量淋水、滴水[6]。但是，开滦范各庄矿2171综采工作面发生的世界采矿史上罕见的岩溶陷落柱透水灾害，皖北任楼矿、安阳铜冶一矿、徐州张集煤矿和青山泉1#井等发生的陷落柱重大突水事故，不仅造成了巨大的经济财产损失和不良的社会影响，而且改变了过去陷落柱不突水的观念。
2.2 北方煤田陷落柱的水文地质类型
综合分析北方矿区揭露或陷落柱探测资料，按照柱体充填物质特征、压实胶结程度以及其充水和导水特征，可将陷落柱划分为：全充水强导水型、边缘充水导水型和不导水或微弱导水疏干型3种类型[1]。
(1) 全充水强导水型。陷落柱内充填物尚未胶结，岩块梭角显著、杂乱无章，存在大量空洞，或者是正在发育的陷落柱，其导水性极强，一旦与强含水层或含水带有水力联系，在高压水头作用下，地下水极易突入井巷工程或采掘工作面，发生突水，且水量大而稳定，危害较大。如：① 开滦范各庄矿2#陷落柱被揭露时涌水量曾达7.8 m 3/ min ，水压达1.756 MPa ，连续5 a 水量保持在3 m 3/min 以上，现已基本疏干。② 2171综采面9#陷落柱1984年6月2日发生突水，高峰期突水量达2 053 m 3/min ，4个大型矿井被淹，并使东矿区大部分抽取奥陶系灰岩溶洞裂隙水的供水井失去供水能力，相继在距突水点3.5 km 处发生地面塌陷。经大量勘探钻孔控制，陷落柱规模和形态已查明为一高约280 m(从奥陶系顶面算起)的弯曲柱体。陷落柱总体积为×16.8 105 m 3，其中在其顶部有8.7～32.1 m 的空洞，空洞体积为×97.3104 m 3，占总体积的4.5%，其上为二煤顶板砂岩，表明它是一个正在发育着的陷落柱。柱体内为煤系地层的破碎岩块，十分松散且有大量的空洞，导水性良好。奥陶系马家沟组灰岩中的岩溶水，通过陷落柱上升至工作面附近，突破煤壁而造成特大突水，现已被注浆堵截。③ 钻孔揭露10#
陷落柱最大涌水量达26.68 m 3/min ，水压为 4.7 MPa ，稳定涌水量为19 m 3/min 。又如，安阳铜冶煤矿由于井下超前钻孔打到富水的陷落柱而突水，涌水量由24→80→860→1 500 m 3/h 递增，导致矿井淹没。经查明：铜冶煤矿突水陷落柱在±0 m 标高以上的空隙率为11.6%～27.45%，±0～－50 m 标高段的空隙率为2.3%～15.8%，－50～－100 m 标高段的空隙率为 2.9%，－100 m 标高以下的空隙率为14.15%～17.87%。说明陷落柱内岩块不仅没有固结，反而存在大量的空洞，富含地下水。
(2) 边缘充水导水型。陷落柱充填的岩石碎屑压实较紧密，柱内水力联系不好，而柱边次生裂隙较为发育且充水，当柱体沟通奥灰含水层时，在较高的水压力下可发生渗透。采掘工程揭露时一般以滴、淋水为主，涌水量不大。开滦范各庄井田1#，3#，5#，6#，8#和12#岩溶陷落柱属于此种类型。揭露时的涌水量：1#为0.54；3#为0.216；5#有少量涌水；6#为2.10 m 3/min ；8#周边裂隙有少量滴水，加之与该陷落柱有联系的小断层出水，涌水量为 5.0 m 3/min ；12#涌水量为0.15 m 3/min 。又如峰峰三矿水源斜井施工中遇11#陷落柱后，从井下分别施工5个孔径为89 mm 的奥灰钻孔，终孔于陷落柱内，5个孔的涌水量计1.5 m 3/min 。汾西三教矿9采区下山揭露的陷落柱涌水量达0.75 m 3/min ，淹没了部分巷道。徐州东城井756工作面揭露陷落柱时淋水不断，涌水量最大达0.8 m 3/min 。井陉矿区最大的2个导水陷落柱I J –1，I J –2，涌水量分别为0.7～1.2 m 3/min ，0.7～1.9 m 3/min 。
(3) 不导水或微弱导水疏干型。较早时期形成的陷落柱，其充填物多以煤系地层的砂岩碎块为主，掺杂少量的分布不连续的碳酸盐碎块，在漫长的地质历史时期中，经过反复压实作用，一般压实紧密，呈半胶结状态的非均质柱体，且岩块间又有方解石和泥质充填，一般情况下是隔水的。采矿实践证
明，大多数陷落柱属于此类，不具备突水条件。
开滦范各庄井田内的4#，7#和11#陷落柱，唐家庄矿的1#，3#，5#陷落柱，阳泉矿区揭露的大部分陷落柱均属此种类型。特点是陷落柱内充填物压实更加紧密，揭露时有少量滴水或无水，其边缘裂隙水已被疏干，采掘工程可以正常通过。例如：当范各庄2172工作面回采时遇到7#陷落柱，柱内无水，采面安全通过，但1984年突水淹井后，其边缘裂隙
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又被充水，涌水量达0.3 m3/min。据井陉矿区统计，不导水型陷落柱占该矿区112个陷落柱的74.6%。又如峰峰矿区羊渠河矿揭露的9个陷落柱，鼓山两侧十几个生产矿井揭露的陷落柱，都属于不导水的干燥柱体；二矿揭露的21个陷落柱，不仅无地下水的痕迹，而且虽长期处于下部中奥陶统灰岩含水层地下水1.5～3.6 MPa水压作用下，但从未发现潮湿和滴水现象。在陷落柱分布地段，当疏干山青含水层时，大青灰岩和中奥陶统灰岩含水层水位不变，这也说明陷落柱不导水。鲁西煤田目前揭露的陷落柱，均属不导水或弱导水型；新汶煤田协庄矿在2水平9采区8煤层揭露的7个陷落柱都未见滴、淋水，其余的仅有少量淋水；滕县煤田柴里矿揭露的4个陷落柱，仅见柱体边缘有少量滴、淋水；肥城煤田平阴矿先后在4，5，6煤层揭露的1# 陷落柱，巷道穿过时基本上是干燥无水；杨庄矿的1#，3#陷落柱，经丁42孔沿9煤层钻进，穿过柱体15 m，丁43孔斜穿柱体20 m，都是干燥无水。
2.3陷落柱水文地质特征的控制因素
(1) 地质构造运动控制陷落柱的宏观水文地质特征。比如，若新构造运动地壳上升速度比较快、幅度比较大，已形成的陷落柱所在地段被抬升到当地侵蚀基准面之上，则奥灰顶部含水层缺少应有的补给水源，陷落柱导水能力减弱甚至丧失；又如，陷落柱所在的井田或块段，其两侧如被后期落差较大且阻水的倾向断层切割破坏，奥灰顶部的补给源即被切断或阻隔，地下水活动受到限制，陷落柱导水能力也会减弱[7]。
(2) 地下水径流条件不仅影响陷落柱导水能力的强弱，而且直接控制强导水型陷落柱的分布。北方煤田多数陷落柱不导水，强导水者大多分布在现代地下水强径流带上，尤其是现代岩溶泉域的排泄区附近，它们多是正在发育或复活的陷落柱，导水能力极强，一旦被揭露常发生突水[8]。
(3) 柱体充填物的压实和胶结程度控制陷落柱的水文地质特征及导水能力。对于干燥无水的陷落柱，其充填物的压实胶结程度比较高，在碎块和角砾中间，多由较细至极细的岩屑、岩粉、粘粒组成基质，其含量常超过60%，它们包裹着大大小小的岩块，大岩块似悬浮在基质中，胶结紧密。由于固体物质含量大，粘粒成分高，常堵塞岩体内的开启裂隙，因此不利于岩溶地下水渗出。最典型的例子是峰峰二矿所揭露的21个陷落柱，长期处于下部奥灰1.5～3.6 MPa水头压力下，却从未发现潮湿和渗水现象。当压实胶结紧密的柱体遭受风化程度较高且发育裂隙时，易出现滴、淋水现象，成为弱导水的陷落柱。揭露时明显涌水的陷落柱，一般胶结程度较差，柱体及围岩中裂隙发育。可见，柱体充填物的压实胶结程度是陷落柱导水的内在因素，是判别其充水与否及导水性强弱和划分陷落柱导水类型的重要指标[9]。
(4) 横截面上的环带构造导致陷落柱水文地质特征的内部差异。据现场观测资料，围岩可划分为3个带：①裂隙带，岩层产状基本保持不变但裂隙发育；②破碎带，岩层产状异常，岩石破碎；③泥化带，风化作用强烈，岩石松软，砂岩和粘土岩已风化成砂和粘泥。泥化带宽为2～3 m，裂隙带和破碎带宽为10～30 m。相应地，其导水性具有外围环带相对比较强、中间部位差的环带分布特点。此外，还有人为因素的影响。比如，人工大量开发利用岩溶地下水源及矿区大量抽排放水和实施各种防治水工程，也会使地下水位降低，水头压力减弱，径流条件变差，往往造成陷落柱无水可导。
综上所述，岩溶陷落柱是华北地区石炭二叠纪煤田中底板岩溶裂隙水的重要充水通道，沟通各含水层造成极复杂的水文地质条件，并能直接将奥灰水导入煤系地层，给矿井安全造成极大的威胁。但是，陷落柱的导水性是受多种条件、因素控制和影响的，而各种因素又是彼此促进和相互制约的，并非所有岩溶陷落柱都可构成充水通道，只有处在现代岩溶水强径流带和集中排泄带并隐伏埋藏在地下水头面以下者，才能构成突水的潜在威胁，造成突水危害，而绝大部分北方岩溶陷落柱并不导水。因此，在分析陷落柱充水性时，应结合井田的实际情况，既要认真研究充水岩层岩溶发育特征、水头压力大小和柱体充填及压实胶结程度等基本条件，又要全面分析地质构造和地下水径流条件等影响因素，为准确模拟概化陷落柱提供可靠的地质基础信息。
3 陷落柱水文地质模型
能够充分体现煤系裂隙含水系统渗流场的空
第24卷 第1期 尹尚先等. 北方岩溶陷落柱充水特征及水文地质模型 ? 81 ?
间特征，特别是强径流带和局部非连续渗流特征，而且应用最广的，是矿井地下水系统广义三重介质渗流模型[3
，4]
。按上述理论，三重介质分别为主干裂隙、主干陷落柱和裂隙–孔隙岩块，耦合组成如下数学模型
[10]
：
?????????
?
?????????=??==??′
=++?+???′=+????????????======∑∑∑∑∑β
μνγνγμ2
0n
s 0s s 1
T
14
3
1s 3
1s 3
1128π12Γs
f
Γs t t f i f n
j j
f n k k
k ij f ij ij ij m j s s j j ij i i n
H k H H H H t
H Q w
H l d H l h b t H w x H k x f
，，，， (1) 式中：ij k 为渗透系数张量；s H 为孔隙–裂隙介质中水头值；s W 为水量交换值；s μ′为孔隙–裂隙弹性给水度；ij b 为主干裂隙节点上的裂隙宽度；ij h 为节点上水头高度；f H ?为主干裂隙中水头差；ij l 为水头差(f H ?)相应的距离；d k 为管状通道的直径；T H ?为管状通道中的水头差；k l 为相应水头差(T H ?)的距离；ν，γ分别为运动粘滞系数及容重；w f 为主干裂隙中水量交换值；Q f 为排水量或补给量；k n 为法向渗透系数。
图1是概化的北方煤田矿井地质模型。其中，全充水强导水型的陷落柱，垂向上起着沟通各含水层垂向水力联系和突水通道的作用，将其概化为垂直管道。根据水力学中管道流的计算方法，假定水在管道中的运动服从管道流方程，突水量取决于管道直径、突水点与突水水源间的水头差和流经距离等[10]，其算式为
图1 地质模型 Fig.1 A geological model
l
H d Q ?=ν128π4 (2)
式中：Q 为突水量，d 为陷落柱半径，ν为运动粘滞系数，H ?为突水点与突水水源间的水头差，l 为突水点与突水水源间的距离。
而边缘充水导水型陷落柱，按充水状况概化为等效主干裂隙或垂向越流介质；对不导水或微弱导水疏干型陷落柱，可以概化为隔水体或不考虑其存在的影响。具体实施过程中，应以地质条件及充水特征的研究为基础，合理选择参数，进行地下水水量研究与预测，实例见文[10]讨论。
4 结 论
岩溶陷落柱是中国北方型石炭二迭纪煤田的一种特殊隐伏垂向构造，广泛分布于20个煤田45个煤矿区，其导致的突水具有隐蔽性、突发性且与岩溶水的天然联系等特点，对煤矿安全生产危害极大。因此，探索岩溶陷落柱突水模拟及预测的理论方法，具有重大的理论意义和实用价值。研究认为：
(1) 按照系统论的观点，岩溶陷落柱作为矿井
地下水广义三重介质渗流系统的一类介质，自身又构成了独特的岩溶陷落柱水文地质子系统，其中灰岩地下水是其补给源，柱体本身是径流通道，上覆煤系含水层、井巷或采煤工作面是其排泄点。子系统的介质特征、补径排条件及参数是系统数学模型的基础。
(2) 研究和实践表明：陷落柱的充水受地质构
造运动、地下水径流条件、柱体内物质组成、压实和胶结情况以及承受水压大小等多种条件、因素的控制和影响，而各种因素又彼此促进和相互制约，只有处在现代岩溶水强径流带和集中排泄带并隐伏埋藏在地下水头面以下者，才能构成突水的潜在威胁，真正造成突水危害还需要其他条件的配合。这就决定了绝大部分北方岩溶陷落柱并不充水也不导水。但是，岩溶陷落柱一旦突水，水量大且迅猛，预测及防治难度极大。
(3) 通过子系统内部特征的详细深入研究，将
陷落柱划分为全充水强导水型、边缘充水导水型和
不导水或微弱导水疏干型等3种类型，在水文地质模型中相应地概化为垂向管道、主干裂隙或垂向越流介质、隔水体或对含水层无扰动介质，通过数学
12煤层
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模型的解算实现岩溶陷落柱特征的量化，进而准确预测预报矿井涌(突)水量。
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综采工作面过陷落柱安全技术措施-静态爆破(通用版)
综采工作面过陷落柱安全技术措施-静态爆破(通用版) Security technology is an industry that uses security technology to provide security services to society. Systematic design, service and management. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0770
综采工作面过陷落柱安全技术措施-静态 爆破(通用版) 2105工作面现回采至运输巷186.5m、回风巷177.5m处，工作面91-92#架间揭露一陷落柱，为保证安全顺利通过此陷落柱，特编制如下安全技术措施： 一、陷落柱特征 1、该陷落柱位于2105综采工作面91#-92#支架之间，该处倾向坡度为-8°～10°，回采方向坡度为3°～7°。 2、揭露处显现陷落柱柱体为砂泥岩块状杂乱胶结，胶结程度一般，有轻微片帮现象，无涌水和瓦斯超限现象。 二、工作面过陷落柱地质构造段施工方式及要求： 1、超前采用钻探方式对陷落柱体在工作面内的延展长度进行圈定，提前采取相应措施。
2、工作面陷落柱段整体与2105回风巷道坡度一致。回采过陷落柱期间，陷落柱两侧沿煤层顶底板回采，柱体内回采整体与柱体两侧呈一直线。 3、工作正常切割至陷落柱段时，放慢煤机速度进行回采。当陷落柱内有岩石且硬度较软时，采煤机直接截割，但采煤机牵引速度应控制在1-2m/min，泥岩较多时，减少喷雾。 4、当陷落柱段岩石硬度较大、煤机负荷明显加重吃力时，停止采用煤机切割，对硬岩打眼、装无声破碎剂对石头涨裂，然后采用风镐、撬棍等刺挖剥离碎裂的岩石。 5、过陷落柱期间采高调整至1.7-1.85m左右，通过陷落柱后正常回采。 6、采用采煤机截割，过陷落柱段采取适当的卧底和挑顶相结合的施工方式。 7、推进过程中加强顶板管理，加强观测陷落柱导水情况及瓦斯涌出量，陷落柱岩性发生变化时，及时采取相应的措施。 8、回采期间严格控制煤质，矸石运至刮板输送机机头时人工拣
一 岩溶地貌的特征
一岩溶地貌的特征 岩溶地貌发育完美、典型、具代表性，并有许多特色。基本特征主要表现在五个方面。 碳酸盐岩的制约作用 碳酸盐岩是岩溶地貌赖以发育的物质基础。碳酸盐岩的岩石性质及结构构造(组合特征) 是影响岩溶地貌发育的最重要因素。 从岩石类型看，广西的岩溶地貌基本上都属于碳酸盐岩地貌。主要是由上古生代中泥盆纪至下二叠纪及中生代三叠纪各种沉积类型的碳酸盐岩地层发育而成。仅在局部(如桂东北资江流域、桂西百色盆地、桂东南桂平麻洞白石山、博白沙河的花石山、藤县、容县都峤山和北部湾海域) 分别可见到少量的由中生代白垩纪—新生代早第三纪钙质及含碳酸盐岩成分 的红色碎屑地层形成的红层岩溶地貌—丹霞地形和新生代第四纪期间由珊瑚礁形成的生物礁 岩溶地貌。 碳酸盐岩岩性的差异，导致岩溶发育强弱不一，岩溶地貌类型各异。纯碳酸盐岩(灰岩、白云岩、白云质灰岩及灰质白云岩) 一般发育为全岩溶地貌(峰丛洼地及峰林平原)；不纯的碳酸盐岩或间互夹层型碳酸盐岩发育为半岩溶地貌(丘岭谷地、丛丘谷地、缓丘台地及缓丘平原等)。纯度高的碳酸盐岩岩溶化程度高，岩溶发育强烈，岩溶地貌特征显著。 碳酸盐岩的结构构造(组合特征) 不同，岩溶地貌类型不一样。全广西4个碳酸盐岩岩溶 层组组合类型分别发育形成为全岩溶地貌及半岩溶地貌两个不同的地貌类型。即：全碳酸盐岩组合(纯碳酸盐岩组)形成的是全岩溶地貌；间层组合(碳酸盐岩夹非碳酸盐岩组)、互层组合(碳酸盐岩与非碳酸盐岩互层岩组)及夹层组合(非碳酸盐岩夹碳酸盐岩组)形成的是半岩溶地貌。 与气候的密切关系 气候是塑造岩溶地貌的主要外营力。气候对岩溶地貌发育、形成的影响，主要有四个方面：一是降水量，特别是有效降水量，是造就岩溶气候形态的最主要因素。典型岩溶峰林地貌区(如广西)现代年平均降水量最少也在1200毫米左右。二是温度，直接的与间接的对岩溶 地貌发育起控制作用，温度的增加使溶蚀的化学反应速度大大提高。在潮湿热带亚热带气候作用下，地貌多以负向形态(封闭洼地和岩溶谷地平原)为主，广西及其邻近也区便是一个典型的例子。三是在潮湿热带亚热带的土壤中含有大量的(含量较之大气往往要高出数十倍的) 二氧化碳，使之具有强烈的溶蚀能力，而这种溶蚀速度的最大值往往又是出现在土壤和石灰岩的接触带附近，因此，覆盖及半覆盖型岩溶地貌，尤其是岩溶峰林平原区普遍都存在着双层剥蚀—表层地表水的溶蚀侵蚀及土层与岩石界面的土下溶蚀，从而大大地加速了岩溶地貌发育与演化的过程。四是土壤本身的一些属性，如酸碱度、碳酸钙含量等皆和气候有关，它们也在一定程度上影响溶蚀作用的强度。 广西地处低纬度地区，气候炎热多雨，湿润系数大于1。自晚白垩纪以来，广西总体上 一直属于湿润热带亚热带，有利于岩溶地貌发育。在晚白垩纪一早第三纪时，内陆湖盆发育，基本上处于亚热带南部，植被以针、阔叶混交林及常绿落叶阔叶混合林为主，林下喜湿热、喜水蕨类繁盛，湖盆及岩溶空间普遍沉积或堆积湿热环境成因的并富含淡水轮藻、介形虫等化石的红层和红色岩溶岩系(如溶积钙质泥岩、溶积钙屑灰岩及溶积钙砾岩等)。此时期为广西岩溶峰林地貌形成的初始时期。晚第三纪(喜山期构造运动)以后，气候变化比较复杂，干与湿、冷与热交替变化频繁，在晚第三纪及第四纪中更新世出现了2个湿热化气候的高峰期，
范各庄矿岩溶陷落柱发育规律及防治对策
问题 探讨 范各庄矿岩溶陷落柱发育规律及防治对策 乔宝印 (开滦精煤公司范各庄矿分公司,河北唐山 063109) 摘 要:分析了范各庄矿井田内已发现的12个岩溶陷落柱的发育规律,提出了煤矿开采过程中对隐伏导水陷落柱的防治对策。 关键词:岩溶陷落柱;发育规律;防治对策 中图分类号:T D163+.1 文献标识码:A 文章编号:1007-1083(2003)03-0001-02 Development regularity of karst collapse pillar and its prevention in Fangezhuang C oal M ine QI AO Bao-yin (Branch of Fangezhuang C oal M ine of K ailuan Clean C oal Administration,T angshan063109,China) Abstract:Through the analysis on development regularity of twelve karst collapse pillars in Fangezhuang C oal Mine,the pre2 vention and res olution of covered water-diversion collapse pillar are introduced. K ey w ords:karst collapse pillar;development regularity;prevention and res olution 1984年6月2日开滦范各庄矿2171综采工作面发生了举世罕见的透水灾害,高峰期平均突水量2053 /min;1990年6月25日208平七孔突水,最大突水量26168 /min;两次突水均为隐伏岩溶陷落柱所致,隐伏岩溶陷落柱导水问题成为范各庄矿持续稳定发展的安全隐患。岩溶陷落柱能沟通各含水层,特别是导通煤系地层底部丰富的奥灰高压水,大量溃入矿井造成淹井事故。深入研究陷落柱的水文地质特征及分布规律防止事故的发生,成为矿井安全生产中亟待解决的问题。 1 井田水文地质 范各庄矿井田位于开平向斜东南翼,井田面积3813km2。井田内可分为北部塔坨向斜、中部单斜和南部毕各庄向斜3个构造单元。塔坨向斜的北面与吕家坨背斜相连,岩层走向为东偏南,在很短的距离内做90°转折,走向变为南偏西,形成了一个两翼不对称的向斜构造,构造形式呈帚状展布,向斜北翼有近东西向逆断层一条。中间单斜区,构造简单,地层倾角10～14°,无大断层但小断层和裂隙比较发育,塔坨向斜与单斜区之间无明显界限,为逐渐过度。南部毕各庄向斜,为一西北向,两翼开阔,南部不完整的向斜构造。 井田地层有石炭二叠系的煤系地层和作为煤系基底的奥陶系石灰岩地层及覆盖在煤系地层之上的第四系冲积层。井田北部、东部以奥陶系灰岩隐伏露头做为自然边界,被不同厚度的第四系冲积层所覆盖。地表有沙河从井田西部由北向南流过,该区地下水补给来自于大气降水和基岩露头顺层补给,区内有7个含水层,其中冲积层底部卵砾石层和奥陶系灰岩含水层是煤系地层的主要补给源。目前矿井总涌水量为40 /min,井口小向斜区域涌水量达32 /min,占矿井总涌水量的80%,所发生的较大透水事故均与岩溶陷落柱导水有关。 2 岩溶陷落柱的发育规律 范各庄矿开采长度沿南北走向已超过8000m,开采深度已达-620标高的三水平,3813km2的井田范围内,12个岩溶陷落柱发育的空间范围却不足4km2,且集中发育在塔坨向斜与中部单斜过渡带次一级构造井口小向斜附近。 (1)岩溶陷落柱发育高度不等,所见的12个陷落柱,空间立体形状为椭圆形锥体,一般上小下大。岩溶陷落柱均分布在旋卷构造的核心部位。 (2)岩溶发育一般在奥灰岩50～200m之间,上部比下部要强烈,这之间有许多溶孔和几米甚至几十 1 2003年第3期 河北煤炭
煤矿综采工作面过陷落柱措施
正邦煤业有限公司 150105综采工作面过陷落柱措施预计150105综采工作面有三个陷落柱，运输顺槽回采到394米时，遇到一号陷落柱：长约33米，宽约28米;回风顺槽回采到520米时，遇到二号陷落柱：长约20米，宽约13米;工作面回采到604米时，工作面中遇到三号陷落柱：长约51米，宽约28米;内含灰岩、砂岩和泥岩及煤层碎屑,杂乱无章无水患。在回采过程中由于陷落柱的作用给回采工作带来了一定的影响，为保证工作面安全顺利通过陷落柱。特制定本措施: 一、150105工作面过陷落柱技术要求： 1、回风顺槽的超前支护采用3排单体柱和4米∏型梁进行支护,保证第一根柱距上帮500 mm，第二根柱距第一根柱1000 mm，第三根柱距下帮500 mm，排距为0.8米，误差±100mm。运输顺槽的超前支护采用3排单体柱和4.5米∏型梁进行支护,保证第一根柱距上帮500 mm，第二根柱距第一根柱2300 mm，第三根柱距下帮500 mm，排距为0.8米，
误差±100mm。 2、支柱初撑力90KN，支架的初撑力31.5pa，支架成直线状态布置。 3、加强上隅角支护质量管理，打好切顶柱，若顶板不落时及时进行砌墙，防止出现顶板大面积空洞，造成瓦斯积聚。 4、保证工作面“三直、一平、二畅通”。 5、如果工作面岩石岩硬，采用打眼放炮震动与滚筒装运结合的方法。 二、安全措施 1、过陷落柱时，综采队必须有一名队长现场跟班，统一指挥，随时处理现场存在的安全隐患，保证安全施工。 2、安全员每班必须巡视过陷落柱的安全情况，保证现场支护质量及支护强度，发现安全隐患必须通知现场作业人员立即进行处理，处理安全隐患时，队长及安全员必须在现场监督。 3、在过陷落柱时，矿管理人员经常深入现场进行技术
岩溶陷落柱对煤矿生产的影响
岩溶陷落柱对煤矿生产的影响 岩溶陷落柱对煤矿生产的影响及处理方法 1、引言 岩溶陷落柱是煤系地层下部石灰岩、白云岩等可溶性岩石在地下水和重力作用下，所 产生的塌陷现象。岩溶陷落柱是影响我国一些煤矿正常采掘和安全生产的地质问题之一。 它不仅破坏煤层，损失煤炭资源，给井巷工程的布臵和施工增加困难，而且因其可能是良 好的导水通道，使采掘场所与含水层沟通，对矿井的安全生产构成极大威胁。 岩溶陷落柱是西山煤田重要地质现象之一。我矿在布臵走向上千米，倾向200米左右 的综采工作面时，常常在一个工作面中会遇到几个或几十个陷落柱，从而直接影响全矿的 安全生产及经济效益。 2、岩溶陷落柱的形成 我国华北石炭二叠纪煤系的基底是奥陶系石灰岩，在地下水的化学溶蚀作用下，石灰 岩不断被溶蚀破坏，形成了大量的岩溶空洞，溶洞规模越来越大，在上覆岩层长期的重力 作用下，引起煤层及其围岩塌陷，形成环状陷落,图2-1,。由于塌陷体的剖面形状似一锥形柱体，故称岩溶陷落柱，简称陷落柱。 3、陷落柱的特征
通过对西铭矿陷落柱的大量观测，现将西铭矿陷落柱的主要特征归纳如下, 3.1 地表特征 当陷落柱的规模较大时，可穿过煤系地层一直通达地表，呈现出特殊的地貌景观，在 基岩裸露地区更为明显。如在西铭矿区，地表出露产状为平缓的二叠系山西组煤系地层和 石盒子群岩系，而在陷落柱出露处岩层产状杂乱，更无层次可寻，登高望去呈一圆环形陷 落盆地，盆地边缘岩层产状正常而连续，盆地中乱石林立，充填着不同地层的破碎岩块。 周围岩层因受塌陷影响而略显弯曲，多向陷落区内倾斜。而在另一区内，当山西组地层中 陷落了石盒子群的砂岩时，由于砂岩不易风化，形成独特的凸起地形。 3.2 井下特征 3.2.1陷落柱的形状 陷落柱平面形状似圆形、似椭圆形或长条形等，直径大小不一，最大直径可达几百米, 最小直径仅十余米。陷落柱的剖面形状多呈上小下大的锥形体，但当陷落柱穿过含水较多 的松软岩层时，剖面形状就呈上大下小的漏斗状。 陷落柱的高度一般为几米至一二百米,甚至可能波及地表。陷落柱的中心轴与岩层层 面近于垂直，由于各地岩层产状不同，所以陷落柱的中心轴既有直立的，也有斜歪的，还
岩溶水
浅析岩溶水的发育及南北差异 摘要:岩溶区的奇峰异洞与大泉是宝贵的旅游资源，其形成与差异性溶蚀存在很大关系。地下水水量丰富的含水系統是理想的供水水源，其对可溶性介质的改造是地下岩溶及岩溶水发育的主要原因。由于我国地理、气候及介质性质差异的影响，我国岩溶及岩溶水存在较大的南北差异。最近里面我国岩溶及的不节制的开发和追求经济利益的最大化，导致岩溶水出现了污染现象。 关键字:差异行溶蚀地下水含水系統南北差异污染 引言:水对可溶岩石进行化学溶解，并伴随这冲蚀作用及重力崩塌，在地下形成大小不等的空洞，在地表形成各种独特的地貌以及特殊的水文现象。不同演化阶段的岩溶水具有不同的特征，初期的岩溶水系统往往与裂隙水系统相差不大。后期的岩溶水系统，管道系统发育，大范围内的水汇成一个完整的地下河系，在某种程度上具有地表水的特征:空间分布不均匀，时间上变化强烈，流动迅速，排泄集中。水量丰富的岩溶含水系統，水量大且分布极不均匀的岩溶水是采矿的巨大威胁。易于发生渗漏的岩溶化岩层，则给修建水利工程带来复杂的问题。我国可溶岩分布约为占全国面积的三分之一，岩溶及岩溶水的研究，具有重大的实际意义。岩溶水的污染近年来越来越严重，对岩溶水的防污措施的实施，刻不容缓。 一、岩溶发育的基本条件和影响因素 水对可溶岩石进行化学溶解，并伴随以冲蚀作用及重力崩塌，在地下形成大小不等的空洞，在地表形成各种独特的地貌和特殊的水文现象，称为岩溶。赋存并运移与岩溶化岩层的水称为岩溶水，也称喀斯特水。岩溶化过程实际上是水对可溶岩层的改造过程，其发育必须具备两个基本条件:岩层具有可溶性、地下水具有侵蚀能力及水是流动的。 可溶性岩石的主要组成成份是钙、镁碳酸盐，其溶解能力很弱。但是当CO2溶于水中形成碳酸或者水中很有其他酸时，对碳酸盐才有明显的溶解能力。可溶岩的成分与结构式控制岩溶发育的内因，水的流动是保证岩溶发育的充要条件。 二、岩溶水系统的演变 具有化学侵蚀性的书进入可溶岩层中，对原有的狭小通道进行扩展。原始的地下水通道包括各种规模的构造裂隙和原生孔隙，地下水主要流动循环与各种规模的裂隙之中，流动与裂隙中的地下水不断对裂隙壁面进行溶蚀，所溶蚀下来的岩石成分通过水流循环不断被带走，水流通道被加宽。 由于裂隙通道规模上的差异引起水流的分配的不均匀性，导致裂隙溶蚀扩展上的差别为差异性溶蚀。岩溶发育分为三个阶段：起动阶段、快速发展阶段及停滞衰亡阶段。 起动阶段：地下水对介质以化学溶蚀作用为主，水流通道比较狭窄，地下水几乎没有机械搬运能力，岩溶发育比较慢。随着水流越来越集中的正反馈机制的加强，岩溶的演化加快。当主体通道的宽度达到5——50mm时，紊流开始出现，地下水开始具有机械搬运能力，岩溶演化便进入快速发展阶段。 快速发展阶段：地下水流对介质的改造由化学溶蚀变为机械侵蚀与化学溶蚀共存，机械侵蚀变得愈益重要。地下开始出现各种规模的洞穴，地表形成溶斗及落水洞，并以他们为中心形成各种规模的洼地，差异集降水。随着介质倒水能力迅速的提高，地下水位总体下降，新的地下水面以上洞穴干涸，失去进一步发展的动力。通道争夺水流的竞争变得更加剧烈，不同地下河系发生袭夺，地下河系不断归并，流域不断扩大。 停滞衰亡阶段：随着地下水位的总体下降和水力坡度的逐渐降低，地下水的溶蚀能力逐渐降低甚至消失，岩溶发育呈停滞状态。 三、岩溶水的特征 岩溶水系统是一个能够通过水与介质相互作用不断自我演化的动力系统。岩溶水的特征：1. 水量丰富但分布不均一；
9202综采工作面过陷落柱安全技术措施剖析
9202综采工作面过断层安全技术措施总工程师： 生产矿长： 安全矿长： 安全副总： 生产技术部： 调度室： 安监处： 地测部： 通风区： 机电部: 采二队： 编写： 日期：
审批意见
9202综采工作面机头过断层安全技术措施 一、编制背景 根据地测部提供资料，9202综采工作面中部切眼在初采初放期间切眼有1个正断层，该断层为落差H=1.3m的F8133断层，该断层由机尾逐渐向工作面内延伸。为保证9202综采工作面切眼过断层作业的安全，特编制过断层措施。二、施工概况 由于断层影响，我队在9202切眼进行爆破作业，断层区域，采煤机司机要适当降低采高，采高控制在2.3m左右，以减少石头揭露面积。由于断层影响，我队在机尾处的断层区域进行爆破工作，爆破工作要严格遵循相关操作规程。 三、过断层施工工艺 （一）如工作面断层区域岩性为坚硬岩层时，严禁使用采煤机直接截割破岩，采用爆破的方式通过断层区域。 （二）如工作面构造区域岩性较软时，可使用采煤机截割破岩的方式通过断层，采煤机割岩及爆破后采煤机装岩时，必须保证采煤机前后滚筒正常喷雾，内喷雾压力不小于2MPa，外喷雾压力不小于4Mpa，且压力必须符合《煤矿安全规程》规定，防止采煤机割岩产生火花。 （三）工作面过断层期间，必须保证工作面架间喷雾系统能正常使用，如当班发生停水或架间喷雾系统不能正常运行时，立即停止割煤，停止爆破作业。 （四）移溜时，根据工作面溜子与转载机的搭接情况，确定机头、机尾移溜的先后顺序，保证机头搭接合理。 （五）拉架时，要带压移架，在机组割完煤后要及时将伸缩梁打出，防止顶板掉矸、掉石。 四、工作面爆破工艺流程 交接班处理隐患→ 打眼→ 装药→设置挡矸设施→ 爆破→ 处理隐患、停溜捡矸→解除挡矸设施→割煤→拉架→移溜 （一）处理隐患
15102工作面过陷落柱安全技术措施 -
15102综采工作面遇陷落柱安全技术措施 一、工程概述 15102工作面现已回采至123m，工作面65#-67#支架处顶部岩石破碎，工作面支架前沿出现0.9m厚矸石向机尾方向延伸，巷道煤层厚度2.8m，并有淋水情况，同时在68#-76#支架顶部破碎不完整。 现场钻探为：62#支架垂直工作面，距离底板1.9m钻探前方3.7m 捡矸。71#支架垂直工作面，距离底板0.9m钻探前方2.7m深度遇矸。76#支架垂直工作面，距离底板1.0m钻探前方0.3m深度遇矸。81#支架垂直工作面，距离底板1.5m钻探前方8m深度正常，推测前方为陷落柱，横轴25，纵轴15m。 为了确保安全作业，特制定以下安全措施。 二、采煤机直接切割过陷落柱： 如岩石松软，岩体全部为软岩时，则采用采煤机切割的方式通过，陷落柱段两侧必须平缓过渡，严禁出现台阶，确保运输机平稳运行，采高控制在3m范围。 1、采煤机切割软岩时，采用及时支护形式，采煤机每割5m时，必须停机，移架至工作面煤帮，及时支护好顶板，然后再推移刮板运输机。 2、采煤机切割软岩时，要放慢切割速度，浅进度截割，均匀的通过陷落柱。 3、采煤机切割陷落柱时，顶板破碎或煤壁片帮时，人员禁止在此区
域停留，工作面人员站在支架立柱平台上，并有可靠的防护网，若顶板破碎漏冒严重，在陷落柱前后5m铺设菱形金属网进行护顶支护，规格为10#铁丝编制的菱形网，长10m×宽0.8m，搭接0.2m，联网间距0.1m，到顶板完好位置为止。 三、人工打眼放炮过陷落柱： 如岩石变硬，采煤机无法通过时，则采用人工打眼、放炮的方式通过，打眼、放炮安全技术措施如下： 1、工艺流程 交接班处理隐患→打眼→装药→放炮→出渣→拉架、移溜。 2、作业形式及要求 （1）交接班处理隐患 施工前后及施工过程中，跟班队长、班长必须带领相关人员对作业地点的安全状况进行详细检查，敲帮问顶，发现问题必须及时处理，确认无危险后方可施工。 （2）打眼 采用YT28凿岩钻机，配合1.5米长钻杆。施工人员必须按照爆破要求规定打眼。风钻采用Φ19高压管，通过胶带顺槽压风管供风，炮眼布置为三排五花眼，间距为1.0m，炮眼深度1.2m。装药量400g/眼。（3）装药 使用煤矿许用二级膨化硝铵炸药，规格φ35X200mm，重量200g/卷。雷管：毫秒电雷管，1-3-5段毫秒延期电雷管引爆，使用MFB-100型防爆发爆器全断面一起起爆。装药采用反向装药，炮眼封泥采用2卷水炮泥，水炮泥外剩余部分采用粘土炮泥填充，用炮棍捣实，并充满炮
岩溶地区地下水资源勘察现状分析
岩溶地区地下水资源勘察现状分析摘要：随着经济的发展、人口的增加，造成了水资源的缺口越来越大。本文根据目前的情况阐述了岩溶地下水资源的分布状况，介绍了岩溶地下水勘测开发历史，分析了当前岩溶水勘察工作中存在的主要问题，提出了近期各地区岩溶水的勘察工作思路和工作重点。 关键词：岩溶地下水；资源勘察；现状；配置；地下水开发 abstract: with the development of economy, the increase of population, caused the water gap is more and more big. based on the current situation of the karst groundwater resources described the distribution situation, this paper introduces the history of the development of karst groundwater survey, analyzes the survey for the karst water is the main existing problems and put forward the recent regions of the karst water survey for the key ideas and working. keywords: karst groundwater; resource survey; the present situation; configuration; groundwater development 中图分类号：tv211.1+2文献标识码：a 文章编号： 一、岩溶地下水和深层地下水开发勘察现状 地下水资源勘察是为地下水资源的合理开发利用和保护提供依据而进行的地质勘察，其成果可作为水资源规划、管理、保护和合
综采工作面过陷落柱安全措施正式版
In the schedule of the activity, the time and the progress of the completion of the project content are described in detail to make the progress consistent with the plan.综采工作面过陷落柱安全 措施正式版
综采工作面过陷落柱安全措施正式版 下载提示：此解决方案资料适用于工作或活动的进度安排中，详细说明各阶段的时间和项目内容完成的进度，而完成上述需要实施方案的人员对整体有全方位的认识和评估能力，尽力让实施的时间进度与方案所计划的时间吻合。文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用。 Xx工作面遭遇到陷落柱（1-3架），为了回采工作顺利进行，保证机电设备的正常运转，同时为防止发生瓦斯、一氧化碳超限报警事故，特制定以下安全技术措施： 1、由于陷落柱较硬，需打眼放炮震动，要严格执行“一炮三检”和“三人联锁”的放炮制度，并用旧皮带保护好工作面支架立柱、高压水管以及电缆等，一切准备工作就绪后，方能进行放炮工作，严禁降架放炮。 2、工作面机头放炮前，工作面支架要
升紧升牢，且初撑力不得小于24MPa；两巷超前单体液压支柱要迎山有力，且初撑力符合规定，顶板破碎时，要加强支护。 3、打眼前，工作面刮板输送机和采煤机必须停电闭锁，并挂好停电牌板，打眼时，打眼工作人员严禁站在工作面刮板运输机里，以防工作面溜子突然起动造成事故。 4、打眼时，打眼工要严格执行“敲帮问顶制度”，去煤帮工作，必须先找掉活煤活渣。 5、打眼时，如发现打眼出有异常情况应立即停止打眼，待检查处理问题后，方可继续进行打眼工作。 6、炮眼要求：炮眼布置方式为三花
岩溶陷落柱对煤矿生产的影响
岩溶陷落柱对煤矿生产的影响及处理方法 1、引言 岩溶陷落柱是煤系地层下部石灰岩、白云岩等可溶性岩石在地下水和重力作用下，所 产生的塌陷现象。岩溶陷落柱是影响我国一些煤矿正常采掘和安全生产的地质问题之一。 它不仅破坏煤层，损失煤炭资源，给井巷工程的布臵和施工增加困难，而且因其可能是良 好的导水通道，使采掘场所与含水层沟通，对矿井的安全生产构成极大威胁。 岩溶陷落柱是西山煤田重要地质现象之一。我矿在布臵走向上千米，倾向200 米左右 的综采工作面时，常常在一个工作面中会遇到几个或几十个陷落柱，从而直接影响全矿的 安全生产及经济效益。 2、岩溶陷落柱的形成 我国华北石炭二叠纪煤系的基底是奥陶系石灰岩，在地下水的化学溶蚀作用下，石灰 岩不断被溶蚀破坏，形成了大量的岩溶空洞，溶洞规模越来越大，在上覆岩层长期的重力 作用下，引起煤层及其围岩塌陷，形成环状陷落,图2-1,。由于塌陷体的剖面形状似一锥形柱体，故称岩溶陷落柱，简称陷落柱。 3、陷落柱的特征 通过对西铭矿陷落柱的大量观测，现将西铭矿陷落柱的主要特征归纳如下
3.1 地表特征当陷落柱的规模较大时，可穿过煤系地层一直通达地表，呈现出特殊的地貌景观，在 基岩裸露地区更为明显。如在西铭矿区，地表出露产状为平缓的二叠系山西组煤系地层和 石盒子群岩系，而在陷落柱出露处岩层产状杂乱，更无层次可寻，登高望去呈一圆环形陷 落盆地，盆地边缘岩层产状正常而连续，盆地中乱石林立，充填着不同地层的破碎岩块。 周围岩层因受塌陷影响而略显弯曲，多向陷落区内倾斜。而在另一区内，当山西组地层中 陷落了石盒子群的砂岩时，由于砂岩不易风化，形成独特的凸起地形。 3.2 井下特征 3.2.1 陷落柱的形状 陷落柱平面形状似圆形、似椭圆形或长条形等，直径大小不一，最大直径可达几百米, 最小直径仅十余米。陷落柱的剖面形状多呈上小下大的锥形体，但当陷落柱穿过含水较多 的松软岩层时，剖面形状就呈上大下小的漏斗状。陷落柱的高度一般为几米至一二百米,甚至可能波及地表。陷落柱的中心轴与岩层层 面近于垂直，由于各地岩层产状不同，所以陷落柱的中心轴既有直立的，也有斜歪的，还 有弯曲状态的。一般，井下陷落的范围比地表大，并向上山方向移动,图3-1,。 3.2.2 陷落柱的物质特征
山西岩溶泉域水资源开发与保护
1006-8139(2001)01-69-2 山西岩溶泉域水资源开发与保护 宋晋华 (山西省水资源办公室 030001) 文摘: 本文介绍了山西省岩溶泉域水资源的开发现状和存在的问题,并提出了泉域水资源的保护措施和可持续利用的意见。 关键词:岩溶泉; 开发; 保护 山西是我国北方岩溶泉水最多的省份之一,据统计,天然状态下全省流量大于0101 的岩溶泉共257处,多年平均总流量118133 /s (37131亿 )。其中岩溶大泉18处,多年平均流量为99165 /s (3114亿 ),占泉水总量的8412%,占全省1956～1979年平均水资源总量142亿 的2211%。1 泉域水资源开发利用现状 随着我省经济建设和社会的高速发展,岩溶泉域水资源的开发利用程度迅速提高,全省的岩溶水已利用近10亿 ,占到岩溶泉水资源总量的32%,如考虑已办理取水申请的新建、改建、扩建项目,岩溶水资源利用量将达到18亿 ,占到岩溶泉域水资源总量的58%。泉域岩溶地下水开发利用具有如下特点:①中部地区诸泉泉水出露集中,开发条件优越具有悠久的开发利用历史,年利用量710亿 。占同期岩溶水总取水量的7011%。东、西两翼诸泉因低水高用使得我省开发利用受到限制,年开发利用量2198亿 ,占2919%。②中部诸泉岩溶地下水利用率高,其取水量占相应可开采量8162亿 /a 的8112%,其中晋祠泉、兰村泉由于过量开采,泉水已断流。东西两翼泉水利用率分别仅为2713%和414%,具有很大开采潜力,是具有开发前景的重要水源。③岩溶地下水是山西城市生活和工业的重要水源,其利用量达616亿 /a ,占岩溶水总取水量的66%,占同期全省城市生活及工业取水量的3611%。④由于山西岩溶大泉泉水集中排泄的特点,故在泉口采用提引方式或建立大型、特大型水源地集中开发利用岩溶地下水,仍然是主要开采方式。但是,随着凿井技术及提水设备的发展,在泉域内利用管井取水量迅速增加,1997年全省开采岩溶地下水井数达1932眼,利用1667眼,管井开采量达到5192亿 /a ,占岩溶水总取水量的5513%。从全省用水情况来看,城市生活用水88%来自于岩溶泉水,能源城市工业用水55%来自于岩溶泉水。 2 岩溶泉域水资源开发利用中存在的问题 进入80年代以来,由于降水量的减少特别是人类活动影响因素的增加,我省的岩溶泉水及其环境发生了很大变化。突出反映在:一是泉水出流量的逐渐减少。据统计,50年代大于015 /s 的泉水出流量在30亿 /a 左右,到80年代已下降为20亿 /a 左右。晋祠泉50年代出流量为210 /s 左右,70年代减为1121 /s ,80年代0152 /s ,至90年代减为0118 /s ,1994年4月30日断流。中国北方最大的岩溶泉———娘子关泉1964年出流量为1518 /s ,1994年减为6147 /s 。神头泉的出流量目前 也仅为原出流量的一半。二是采煤开矿等活动对泉域水资源赋存和循环条件产生严重影响。我省煤炭资源丰富,从地质条件上形成了水煤共存的基本环境特征。90年代全省现有各类煤矿曾达到6000余座,年矿坑排水量将近3亿 ,平均吨煤排水0188 。煤矿开采后形成裂隙导水带、地面沉降带均能波及地表,造成裂缝、崩塌、沉降等各种地面变形,从而改变了煤系含水层及其上覆含水层中地下水原有的循环运移条件,以及矿区地表径流的产汇流条件,造成泉域水资源赋存循环途径改变,岩溶地下水水位下降,泉水出流减少或断流。三是泉水水质已受到不同程度的污染。近年来,城市生活和工业排入河道的污废水已达到10亿 。污废水沿岩溶河谷排放渗漏,采煤、矿坑废水通过竖井排放等人为活动影响使泉域水源已不同程度受到污染,个别泉域污染严重。阳泉市含氰污染范围曾高达50k 。目前以晋祠泉汇水、排泄区,娘子关泉沿桃河阳泉市以下汇水区,郭庄泉、龙子祠泉局部排泄段,辛安泉、三姑泉径流区工矿城镇大型污染源分布区最严重。3 泉域水资源保护和可持续利用 保护和合理开发利用泉域水资源,确保稳定供水,是促进我省经济发展和提高人民生活水平的重要保证,也是实现我省经济可持续发展的重大问题。 ? 96?第1期(总第137期) 山西水利科技 No.1(Total No.137) 2001年2月 SHANXI H YDRO TECHN ICS Feb.2001
1122过冒落带安全技术措施
山西XXX集团XXX煤业有限公司 XXX运输顺槽掘进工作面过冒落带和陷落柱 安全技术措施 我矿XXX运输顺槽在进行架棚补强支护后，由于受顶帮矿压和构造水影响，造成巷道迎头顶板垮落，推倒棚架，推跨范围大约8m 左右，经矿级领导和技术人员现场观察后，决定对冒顶地段重新进行修复处理和强行通过陷落柱；结合现场实际，特编制如下安全技术措施： 一、管理人员及施工人员组织： 组长：跟主班副矿长 副组长：施工队组班组长、安技员、安全科长 成员：施工队组各成员 领导小组职责： 组长：负责日常施工人员组织、材料组织、安全检查、监督管理、统一指挥，并按跟班表，排除本工作面一切安全隐患，不得违章指挥。 副组长：在组长的领导下负责现场施工技术指导、安全检查、工程质量监督、质量检查验收，作业场所人员分工、安全操作及管理，技术措施的落实，负责瓦斯检查工作，不得违章指挥。 成员：服从于组长、副组长的安排，不得违章作业、违反劳动纪律，学习、熟悉本措施；劳动组织按“三八”制作业。 二、施工前准备： 1、施工材料：刹帮背顶原木（直径不小于120mm），3600mm 的U型拱硂、金属摩擦、耐压式支柱若干等材料。 2、施工机具准备：大锤、手镐、钢卷尺、铁锹、风镐、弓锯等。 3、检查工作面附近未推倒棚架的支护质量。先要观察顶板动静，敲帮问顶，加固冒顶区附近的支护，清理好后路，确保安全退路畅通。
4、把施工材料及机具等准备齐全运至施工地点。 5、在冒顶段，采用金属摩擦支护或耐压式支柱配合木帽，在合适的位置进行临时支护，木帽规格：长×宽×高=120×100×100mm，临时支护位置具体由跟班副矿长确定。 6、由外向里开始维护作业，从冒顶外缘开始架设U型拱硂，架好一架，方可架设另一架。 7、当架设至掘进机时，将掘进机后退至冒顶外缘，采用掘进机自装矸石。 8、当过完冒落带后，按原支护方式配合U型拱硂进行支护。 三、更替工字钢棚设计： 本工作面矿压较大，原支护的部分工字钢支护强度不够，造成支护力度不能达到要求，经矿委研究，决定更换部分工字钢棚，具体由跟班副矿长及跟班安技员现场确定。 1、替换工字钢棚前，必须进行敲帮问顶作业，将活矸、危岩及时清理。 2、替换工字钢棚前，必须在工字钢棚附近打设临时点柱作为临时支护，并观测顶板稳定情况。 3、替换工字钢棚时，首先要在距棚0.3m处支设U型拱硂，方可将金属摩擦支柱卸压，进行回撤工字钢棚。 4、严格执行先支后回的原则。 5、替换工字钢棚人员不得少于5人，一人观测、三人操作、一人负责转料。 6、替换工字钢棚时，必须停止工作面迎头作业，人员处于棚架外侧，防止造成巷道冒顶堵人事故。 四、冒顶段施工安全操作程序及标准要求： 1、采用可缩性U型钢拱硂支护，棚距1000mm，现场安技员、跟班矿长可根据巷道围岩结构、顶板稳定情况进行缩小间距，保证支护可靠。 2、U型钢拱硂上面搭接木料（Ф≥120mm），过顶梁后端搭在U
岩溶水的特征
岩溶是指流动的侵蚀性水流与可溶的岩石之间相互作用过程和 由此产生的结果。其作用包括化学溶解、沉淀、水流冲饰，重力崩塌及生物溶蚀等；作用结果指所形成的各种地貌形态，如溶沟、石芽、溶槽、落水洞、漏斗、洼地、峰林等地表形态和溶孔、溶隙、溶洞、管道等地下空间。 赋存于各种岩溶空隙中的地下水便是岩溶水。与其它类型的地下水相比，它的独特性在于不断改造其赋存环境，通过溶蚀的分异作用，使含水空间及本身的赋存趋于不均一性，常造成岩溶区地表严重缺水，而深部地下水富集并趋于“地下河系化”的现象。 岩溶水的基本特点是：水量丰富而不均一，在不均一之中又有相对均一的地段；含水系统中多重含水介质并存，既具有统一水位面的含水网络，又有相对孤立的管道流；既有向排泄区的运动，又有导水通道与蓄水网络之间的互相补排运动；水质水量动态受岩溶发育程度的控制，在强烈发育区，动态变化大，对大气降水或地表水的补给响应快；岩溶水既是赋存于溶孔、溶隙、溶洞中的水，又是改造其赋存环境的动力，不断促进含水空间的演化。 一、岩溶水分布的不均一性 岩溶水的不均一性是指岩溶含水系统中不同地段富水的差异性 和水力联系的各向异性。它是由于岩溶发育过程中的分异作用造成的，而且其不均一程度取决于岩溶发育程度。岩溶水的不均一性不但给岩溶水资源的勘探和评价带来困难，而且也控制了岩溶地区一些环境问题的分布和发展，如过量抽取地下水引起的地面塌陷常沿抽水降
落漏斗的长轴方向延伸；污染质在岩溶含水层中的扩散晕，也常常表现出明显的各向异性，甚至线状分布。 二、岩溶含水层的含水介质特征 碳酸盐岩地区并不一定都是岩溶含水层，在那些岩溶不发育，岩块致密，仍以原生孔隙为主的地区或地段，实际上是碳酸盐岩地区的“相对隔水层”。 岩溶水含水体中存在着溶蚀孔隙、微裂隙，层面等扩散流介质，溶蚀大裂隙含水介质和管道流介质，可以根据它们各自在岩体中所占的比例大小来划分岩溶含水层类型。 三、岩溶水的运动特征 岩溶含水体中多重含水介质并存，所以导致岩溶水的运动非常复杂多变，总的来说可以概括为四个并存：层流和紊流并存；在压流和无压流并存；统一水流与孤立水流并存；明流与伏流并存。 岩溶水的运动速度变化很大，因此其流态变化也很复杂。在溶孔、溶隙中，地下水缓慢地渗流，水流流态属于层流状态；而在溶洞、暗河等岩溶管道中，地下水流速大，最快可达 2400m /h，显然处于紊流状态；在介于两者之间的大裂隙中则多显示过渡的混合流状态。 四、岩溶水的补给、排泄、和动态特征 1、溶孔裂隙水 （ 1）补给仍以缓慢地入渗补给为主，岩溶水量、水位等动态滞后于降雨可达数月之久。
岩溶陷落柱
第四章岩溶陷落柱 陷落柱：由于下伏易溶岩层，经地下水强烈溶蚀，形成大量空洞，从而引起上覆岩层失稳，向溶蚀空间冒落，塌陷所形成的筒状柱体，简称陷落柱 第一节岩溶陷落柱的特征 一、地表特征 1、盆状塌陷 2、丘状凸起 3、柱状破碎带 山西西山和汾西矿区的沟谷两侧或道路两旁的天然或人工剖面上，常可见到一些柱状破碎锻，这即是陷落住的剖面形态。 4、特殊地貌形态 在黄土覆盖区，基岩个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。裂缝窄的仅几厘米，宽的可掉进耕牛，在山西汾西矿区有“跌牛缝”之称。此外，陷落柱还可引起黄土滑坡。 二、陷落柱井下特征 1、陷落柱的形态特征 它是指陷落住柱的三度空间 形状。现从它的平面和刻而形态、 高度和中心轴等方面揭示整个陷 落柱的形态特征。 (1)陷落柱的平面形态它 是指陷落柱与地面、水平切面或 煤层面的交线形态。一般呈椭圆形，也可呈圆形、鞋底形或长条形等。 根据山西阳泉三矿已揭露的133个陷落柱的平面形态统计资料，椭圆形的92个，占69％；圆形的13个，占10％；其它形状的28个，占31％。为了描述陷落柱的平面形态，应标出长轴和短轴，计算出长短轴的比值。一个矿区，陷落住长轴往往具有一定的方向性。
是指沿陷落柱中心轴切剖面 的陷落拄形态。如果陷落柱穿 过极易塌陷的含水松软岩层 (如第四纪冲积层或裂隙发育 的泥质岩层)，则剖面形态多 至上大下小的漏斗状；如果穿 过不易塌陷的、岩性均一的坚 硬岩层(如砂岩、砂砾岩、砾 岩和石灰岩层)，则剖面形态多至上小下大的锥形，锥面与水乎面的交角为60- 80°；如果穿过岩性不均一的岩层，则剖面形态很不规则，但总体仍里，锥形柱状。 ( 3)陷落柱的高度 它是指从溶洞底到塌陷顶的垂宜距离。它与溶洞的大小，地下水的排泄条件，岩层的物理力学性质，以及裂隙的发育程度有密切关系．一般高度由几十米到l 00-200m ，但也有高达几百米的巨型陷落和仅数米的小型坍塌。 (4)陷落柱的中心轴 它 是指陷落柱各平面形态的中 心点的联线。通常，中心轴垂 直于所穿过的岩层层面。由于 陷落柱穿过的各岩层的产状、 岩石性质和裂隙发育程度常 有变化，因此，中心轴大多不 是垂立的，而是歪斜的，甚至 呈扭转状态。掌握中心轴的倾 伏向、倾伏角及其变化规律，对于准确预测下部煤层、下部水平陷落的平面位置非常重要。 一般情况下，下部煤层和下部水平陷落柱的平面位置向煤层上山方向、即煤层倾向相反方向移动。
岩溶地区地下水资源勘察现状研究
岩溶地区地下水资源勘察现状研究 随着经济的发展，人口数量的不断增加，水资严重源缺乏。水资源缺乏已经成为当前社会发展的阻碍重要因素之一。本文通过对岩溶地区地下水资源的利用状况、岩溶地区地下水资源现状进行了深刻分析，并对岩溶地区地下水资源勘察提出了具体要求，以提高进我国岩溶地下水资源的勘察水平。 标签：岩溶地区水资源勘察现状分析 水是生命之源，人们的生产生活都离不开水。然而近些年来我国生活用水量和工业用水量都呈现逐年上涨的趋势。面对日益缺乏的水资源，人们正在寻找多种方法来解决水资源紧缺的问题。岩溶地区含有丰富的水资源，加强这些地区的水资源开发利用十分重要。因此做好岩溶地区水资源的勘察工作非常关键。 1水资源概述 我们通常所说的水资源指淡水资源。水资源是一种可再生资源，但是储量有限。人们对于水资源利用过程中造成浪费或污染的现象，使得水资源在相当长的时期内不能为人类所利用，而且会造成循环污染。面对经济不断发展，人口总量的提高以及水资源污染不断加剧的的现状，导致当前淡水资源存在严重的缺口。此外还有一些突如其来的因素导致水资源的污染更为严重。例如油轮在江面上泄露、化学工厂排放的危险化学物造成水资源的污染。另外还有地震造成的日本核泄漏，使得福岛周围十三个地区的淡水变成毒水，不能再为人所用的严重污染。面对当前可供人类使用的水资源急剧减少的趋势，如果不加以控制，我们将会面临更大的危机。当前我国水资源状况十分严峻，有100多个城市为缺水城市，40个为极度缺水城市。虽然自古以来就被称为地大物博之国，水资源总量世界第五位，但人均水资源量相当与世界人均水资源量的1/4，排在世界一百多位，是世界贫水国之一。同时，由于我国有大面积的的季风气候区，水资源时空分布非常不均匀，年内、年际变幅大。并且，我国地理跨度大，且地形复杂，加之山脉阻挡等因素，造成地区间降水差异大。水土资源分布不协调，造成我国水资源供需矛盾严峻，水资源配置难度增加。水资源短缺己经成为制约社会经济发展的重要因素[1]。 2岩溶地下水和深层地下水开发勘察现状 水资源缺乏严重制约着经济的发展。通过对岩溶地下水资源勘察可以为地下水资源的合理开发利用和保护提供依据。对水资源进行的地质勘察，勘察的结果可作为水资源规划、管理、保护和合理开发利用的基础。 当前各行各业的发展，对水资源的需求量明显增加。然而区域内缺乏大中型地表水系和截水储水控制利用工程，因此工农业用水开始转向开采深层岩溶地下水。根据调查统计，人们对深层岩溶地下水的开采每年以1%左右的速度递增，但是地表水的开发利用率却不到其资源量的7%。由于大气降水量减少以及地下
综采工作面过陷落柱安全措施(2020新版)
( 安全技术 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 综采工作面过陷落柱安全措施 (2020新版) Technical safety means that the pursuit of technology should also include ensuring that people make mistakes
综采工作面过陷落柱安全措施(2020新版) Xx工作面遭遇到陷落柱（1-3架），为了回采工作顺利进行，保证机电设备的正常运转，同时为防止发生瓦斯、一氧化碳超限报警事故，特制定以下安全技术措施： 1、由于陷落柱较硬，需打眼放炮震动，要严格执行“一炮三检”和“三人联锁”的放炮制度，并用旧皮带保护好工作面支架立柱、高压水管以及电缆等，一切准备工作就绪后，方能进行放炮工作，严禁降架放炮。 2、工作面机头放炮前，工作面支架要升紧升牢，且初撑力不得小于24MPa；两巷超前单体液压支柱要迎山有力，且初撑力符合规定，顶板破碎时，要加强支护。 3、打眼前，工作面刮板输送机和采煤机必须停电闭锁，并挂好停电牌板，打眼时，打眼工作人员严禁站在工作面刮板运输机里，
以防工作面溜子突然起动造成事故。 4、打眼时，打眼工要严格执行“敲帮问顶制度”，去煤帮工作，必须先找掉活煤活渣。 5、打眼时，如发现打眼出有异常情况应立即停止打眼，待检查处理问题后，方可继续进行打眼工作。 6、炮眼要求：炮眼布置方式为三花眼，眼深不少于1.5m,眼距为0.8m，炮眼与煤壁夹角约为75°，炮眼与水平面的夹角约为10°～15°。 7、打眼时要采用湿式打眼，煤尘大时，要及时的洒水灭尘。 8、打眼时，班长要指定一名负责人负责打眼工作，并保证安全，统一协调指挥。 9、放炮时，采用分组装药，装药量为1-2卷/眼，一组装药，必须一次起爆，每次拉炮数量不得超过5个，顶板破碎，有淋水、压力大等地段要视现场情况酌减，必要时一次拉一炮，每次拉完炮后，要先维护好顶板，方可继续拉炮，拉炮时间间隔不得小于10min,从而保证瓦斯、一氧化碳能够及时的疏散，杜绝出现报警事故的发