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[摘 要]本文就煤炭开掘工作面岩溶陷落柱的合理开采技术做出了探讨，先对岩溶陷落柱的特性进行了说明，表明了对煤矿生产的影响，最后提出大功率采煤机配用破岩滚筒机械切割和松动爆破结合， 采用超前支护等顶板管理方法， 进行综合治理， 在生产中取得了较好的效果。
[关键词]岩溶陷落柱综采破岩滚筒超前支护
中图分類号：P642.25 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0007-02
引言
对于丰富的煤层气资源，国内外许多公司、企业正进行勘探，然而勘探中遇到了一个很大的难题——陷落柱，所谓“陷落柱”，是由坚硬的不可溶性的岩层中那些古老基岩塌陷而形成的一种特殊地质体。依据碳酸盐岩的出露情况，岩溶可以分为三种类型：裸露型岩溶、覆盖型岩溶、埋藏型岩溶，所谓裸露型岩溶就是指裸露在地表的岩溶；而覆盖型岩溶是指被一些较为松散的堆积物所覆盖的岩溶，埋藏型岩溶是指岩的不可溶岩层以下的可溶岩溶。岩溶的塌陷情况在每个岩溶区都有发生，而陷落柱是煤层系下岩溶洞坍塌造成的，属于埋藏型岩溶塌陷。陷落柱平面形态大多呈现的是圆形、椭圆形，并且直径较大，表面上的柱高度很大，通常是几百米的范围不等。大多呈现的是锯齿状，也有倾伏状的。
一、岩溶陷落柱的特征
1.地表特征：首先是盆型状态塌陷的，带有丘状凸起，还有很多柱状破碎带。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，这就是陷落柱的剖面形态。在黄土覆盖区，陷落柱可能会致使地面表层的黄土产生圆形的或者梯状的大小不等的裂缝。
2.陷落柱井下特征：陷落柱的形态特征是指陷落柱的三维空间形状。首先从平面角度来说，它是指陷落柱与地面、煤层面以及水平切面形成的平面形状。据资料统计一般呈椭圆形的占69%，也可呈圆形占10%、鞋底形或长条形等其他形状占31%。然后从陷落柱的剖面形态 来说，它是指沿陷落柱沿着中心轴切开的剖面陷落柱形态。刨面中如果陷落柱有穿过极易坍塌的含水软的岩层，那么剖面的形态大多会呈现漏斗状，且上大下小；如果穿过的的是不易坍塌的坚硬岩层，那么剖面形态大多呈现锥形状，，且上小下大。如图1所示：
其次是陷落柱的高度，它是指从塌陷的顶部到溶洞底部的垂直距离。它与溶洞自身的大小，岩层的地理和物理性质，地下水的渗透能力以及裂隙的发育程度有密切关系.一般高度由几十米到一两百米，但也有仅仅几米的小型坍塌和高达几百米的巨型陷落。最后是陷落柱的中心轴，它是指陷落柱所有平面形态的中心点的连线。通常，陷落柱的中心轴是垂直于它所穿过的岩层面的，但是由于陷落柱穿过的各岩层的层面形状不同，因此，垂直是一种理想状态，大多数都是歪斜的，还会有扭转状态。能够掌握中心轴的倾斜方向与角度的变化规律，增加了预测下部煤层、下部水平陷落的平面位置的精确度。
二、岩溶陷落柱对煤矿生产的影响
在发育的陷落柱，对煤层产状的完整性有很大的影响，而对煤层的含气性， 也具有不同程度的影响。在各种类型的陷落柱中，通天柱是对含气性有着最大的影响，因为气体能够利用通天柱向上运移并且慢慢散失；而半截柱能够把煤层的顶底之间连通，这样煤层气就不能直接逸散到大气中去，但是会随地下水的循环而散失，而且还可能在与浅层水流交替过程中，使得CH4进入煤层，发生CH4局部氧化作用，改变了煤层气的原始组成，使得CH4含量降低，N2、CO2含量增高；所以在对煤层进行压裂改造及其它增产措施时就使得潜在的风险增加了。理由如下：
a） 陷落柱在将岩溶水和中生界含水层与煤系含水层连通时， 会使大幅度提高煤层的产水量， 并减少含气量。
b） 陷落柱附近的煤层应为发生氧化还原的作用，而不同程度的影响到煤质。
c） 在相同的空间中因为陷落柱的存在，相对的会让煤的储量空间变少，同时也使得煤层气的资源量变少了。
d） 钻井时一旦遇到陷落柱，之前做的一切都会报废， 既浪费资金，又拖延时间。
e） 陷落柱附近，气体很难有效地保存起来，就算煤层含气，气量也非常低的，甚至会完全散失。
三、陷落柱区域的支护方法
（1）必须保证锚杆、锚索在陷落柱区域顶板的可锚性
针对陷落柱内顶板充填物为泥岩、砂岩等，且胶结情况差，陷落柱附近可能发育有隐伏小断层、裂隙、牵引褶曲、煤层倾角变大等地质构造或者出现巷道顶板淋水增大现象。因此，为保证巷道岩层顶板的可锚性，巷道每掘进3米，必须进行锚杆锚固力试验；锚索在预紧时，预紧力必须根根达要求。若巷道内顶板锚杆、锚索没有可锚性，则另性制定支护设计方案。
（2）缩小锚杆间排距，采用高强度锚杆全长锚固支护
陷落柱内充填物胶结情况差，不连续面多，为提高顶板的整体强度，因此采用高强度锚杆全长锚固支护，并缩小锚杆间排距。锚杆主要作用有以下两个方面：①通过锚杆提供的轴向力与切向力，提高不连续面的抗剪强度，阻止不连续面产生移动与滑动，通过提高结构面的强度来提高节理岩体的整体强度、完整性与稳定性，从而有效控制围岩变形和破坏。②锚杆采用全长锚固，通过锚固剂将锚杆杆体与孔壁粘结在一起，使锚杆随着岩层移动承受拉力，当岩层发生错动时，岩层与杆体共同起抗剪作用，阻止岩层发生滑动。
（3）缩小锚索间排距，加强锚索的支护作用
陷落柱区的顶板在锚杆不能伸入到关键承载层内，锚杆支护形成的次生承载层又不能完全保持稳定的条件下，就必须发挥锚索具有锚固深度大、锚固力大、可施加较大的预紧力等诸多优点，必须进行锚索加固，缩小锚索间排距，加强锚索的支护作用。锚索的作用主要有：将锚杆支护形成的次生承载层与深部围岩的关键承载层相连，充分调动了深部围岩的承载能力，提高次生承载层的稳定性，即使次生承载层发生断裂、转动，也不致于失稳而引起的顶板垮落。
（4）及时采取加强支护措施
针对陷落柱内顶板充填物为泥岩、砂岩等，且胶结情况差，极易风化的特点，因此巷道掘进完毕后必须及时喷浆封闭陷落柱内胶结顶板，防止围岩风化、破碎，避免锚杆、锚索失效；再者，巷道喷浆后，一旦受压变形即开裂掉皮，容易观察顶板变形情况，可及时采取加强支护措施。陷落柱区锚网索喷组合支护系统设计根据以上要求及分析：因此应采用高强度、高刚度锚网索喷组合支护系统。高强度要求锚杆具有较大的破断力，高刚度要求锚杆具有较大的预紧力并实施全长锚固，组合支护要求采用钢带、金属网等护表构件。
（5）陷落柱区域的顶板支护方法
从陷落柱附近区域开始， 顺着顶板牵引下沉方向适当降低采高（ 以必要的最低采高为限） ， 尽量不破采顶板岩体。陷落柱边沿区域是顶板压力较活动的区域， 加之顶板已经下沉或断裂， 极易发生冒顶事故， 应采取超前支护和及时支护的顶板管理方法。液压支架采用擦顶移架、带压移架的移设方法。尤其要注意顶板断裂处大块岩石的松动、位移和冒落， 防止顶板上方形成空洞及引起周围岩块的松动和位移。采用经济快速的顶板加固手段（ 如注浆加固、快速充填） 加固顶板的整体性。严格控制采煤机采高， 采煤机切割开采过程中司机要注意观察顶板情况， 必要时可停机处理。
四、结论
探讨综采工作面在不利地质条件下合理开采的技术途径是提高综采产量的重要手段。本文提出的综采工作面陷落柱开采技术方法取得了较好技术经济效果。杜儿坪矿综采二队采用本文介绍的技术方法采完多个工作面， 并连续多年保持百万吨年产。希望该技术能推广使用。该技术方法对综采工作面其它地质构造的处理也有一定借鉴意义。
参考文献
[1] 刘重举.陷落柱的发育规律及探测技术[J].煤田地质与勘探，1997，（5）.
[2] 地质矿产部.中国北方岩溶分布及发育规律的研究[M].1989.
[3] 山西省煤炭管理局.山西煤田地质[M].北京：煤炭工业出版社，1960.
[关键词]岩溶陷落柱综采破岩滚筒超前支护
中图分類号：P642.25 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0007-02
引言
对于丰富的煤层气资源，国内外许多公司、企业正进行勘探，然而勘探中遇到了一个很大的难题——陷落柱，所谓“陷落柱”，是由坚硬的不可溶性的岩层中那些古老基岩塌陷而形成的一种特殊地质体。依据碳酸盐岩的出露情况，岩溶可以分为三种类型：裸露型岩溶、覆盖型岩溶、埋藏型岩溶，所谓裸露型岩溶就是指裸露在地表的岩溶；而覆盖型岩溶是指被一些较为松散的堆积物所覆盖的岩溶，埋藏型岩溶是指岩的不可溶岩层以下的可溶岩溶。岩溶的塌陷情况在每个岩溶区都有发生，而陷落柱是煤层系下岩溶洞坍塌造成的，属于埋藏型岩溶塌陷。陷落柱平面形态大多呈现的是圆形、椭圆形，并且直径较大，表面上的柱高度很大，通常是几百米的范围不等。大多呈现的是锯齿状，也有倾伏状的。
一、岩溶陷落柱的特征
1.地表特征：首先是盆型状态塌陷的，带有丘状凸起，还有很多柱状破碎带。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，这就是陷落柱的剖面形态。在黄土覆盖区，陷落柱可能会致使地面表层的黄土产生圆形的或者梯状的大小不等的裂缝。
2.陷落柱井下特征：陷落柱的形态特征是指陷落柱的三维空间形状。首先从平面角度来说，它是指陷落柱与地面、煤层面以及水平切面形成的平面形状。据资料统计一般呈椭圆形的占69%，也可呈圆形占10%、鞋底形或长条形等其他形状占31%。然后从陷落柱的剖面形态 来说，它是指沿陷落柱沿着中心轴切开的剖面陷落柱形态。刨面中如果陷落柱有穿过极易坍塌的含水软的岩层，那么剖面的形态大多会呈现漏斗状，且上大下小；如果穿过的的是不易坍塌的坚硬岩层，那么剖面形态大多呈现锥形状，，且上小下大。如图1所示：
其次是陷落柱的高度，它是指从塌陷的顶部到溶洞底部的垂直距离。它与溶洞自身的大小，岩层的地理和物理性质，地下水的渗透能力以及裂隙的发育程度有密切关系.一般高度由几十米到一两百米，但也有仅仅几米的小型坍塌和高达几百米的巨型陷落。最后是陷落柱的中心轴，它是指陷落柱所有平面形态的中心点的连线。通常，陷落柱的中心轴是垂直于它所穿过的岩层面的，但是由于陷落柱穿过的各岩层的层面形状不同，因此，垂直是一种理想状态，大多数都是歪斜的，还会有扭转状态。能够掌握中心轴的倾斜方向与角度的变化规律，增加了预测下部煤层、下部水平陷落的平面位置的精确度。
二、岩溶陷落柱对煤矿生产的影响
在发育的陷落柱，对煤层产状的完整性有很大的影响，而对煤层的含气性， 也具有不同程度的影响。在各种类型的陷落柱中，通天柱是对含气性有着最大的影响，因为气体能够利用通天柱向上运移并且慢慢散失；而半截柱能够把煤层的顶底之间连通，这样煤层气就不能直接逸散到大气中去，但是会随地下水的循环而散失，而且还可能在与浅层水流交替过程中，使得CH4进入煤层，发生CH4局部氧化作用，改变了煤层气的原始组成，使得CH4含量降低，N2、CO2含量增高；所以在对煤层进行压裂改造及其它增产措施时就使得潜在的风险增加了。理由如下：
a） 陷落柱在将岩溶水和中生界含水层与煤系含水层连通时， 会使大幅度提高煤层的产水量， 并减少含气量。
b） 陷落柱附近的煤层应为发生氧化还原的作用，而不同程度的影响到煤质。
c） 在相同的空间中因为陷落柱的存在，相对的会让煤的储量空间变少，同时也使得煤层气的资源量变少了。
d） 钻井时一旦遇到陷落柱，之前做的一切都会报废， 既浪费资金，又拖延时间。
e） 陷落柱附近，气体很难有效地保存起来，就算煤层含气，气量也非常低的，甚至会完全散失。
三、陷落柱区域的支护方法
（1）必须保证锚杆、锚索在陷落柱区域顶板的可锚性
针对陷落柱内顶板充填物为泥岩、砂岩等，且胶结情况差，陷落柱附近可能发育有隐伏小断层、裂隙、牵引褶曲、煤层倾角变大等地质构造或者出现巷道顶板淋水增大现象。因此，为保证巷道岩层顶板的可锚性，巷道每掘进3米，必须进行锚杆锚固力试验；锚索在预紧时，预紧力必须根根达要求。若巷道内顶板锚杆、锚索没有可锚性，则另性制定支护设计方案。
（2）缩小锚杆间排距，采用高强度锚杆全长锚固支护
陷落柱内充填物胶结情况差，不连续面多，为提高顶板的整体强度，因此采用高强度锚杆全长锚固支护，并缩小锚杆间排距。锚杆主要作用有以下两个方面：①通过锚杆提供的轴向力与切向力，提高不连续面的抗剪强度，阻止不连续面产生移动与滑动，通过提高结构面的强度来提高节理岩体的整体强度、完整性与稳定性，从而有效控制围岩变形和破坏。②锚杆采用全长锚固，通过锚固剂将锚杆杆体与孔壁粘结在一起，使锚杆随着岩层移动承受拉力，当岩层发生错动时，岩层与杆体共同起抗剪作用，阻止岩层发生滑动。
（3）缩小锚索间排距，加强锚索的支护作用
陷落柱区的顶板在锚杆不能伸入到关键承载层内，锚杆支护形成的次生承载层又不能完全保持稳定的条件下，就必须发挥锚索具有锚固深度大、锚固力大、可施加较大的预紧力等诸多优点，必须进行锚索加固，缩小锚索间排距，加强锚索的支护作用。锚索的作用主要有：将锚杆支护形成的次生承载层与深部围岩的关键承载层相连，充分调动了深部围岩的承载能力，提高次生承载层的稳定性，即使次生承载层发生断裂、转动，也不致于失稳而引起的顶板垮落。
（4）及时采取加强支护措施
针对陷落柱内顶板充填物为泥岩、砂岩等，且胶结情况差，极易风化的特点，因此巷道掘进完毕后必须及时喷浆封闭陷落柱内胶结顶板，防止围岩风化、破碎，避免锚杆、锚索失效；再者，巷道喷浆后，一旦受压变形即开裂掉皮，容易观察顶板变形情况，可及时采取加强支护措施。陷落柱区锚网索喷组合支护系统设计根据以上要求及分析：因此应采用高强度、高刚度锚网索喷组合支护系统。高强度要求锚杆具有较大的破断力，高刚度要求锚杆具有较大的预紧力并实施全长锚固，组合支护要求采用钢带、金属网等护表构件。
（5）陷落柱区域的顶板支护方法
从陷落柱附近区域开始， 顺着顶板牵引下沉方向适当降低采高（ 以必要的最低采高为限） ， 尽量不破采顶板岩体。陷落柱边沿区域是顶板压力较活动的区域， 加之顶板已经下沉或断裂， 极易发生冒顶事故， 应采取超前支护和及时支护的顶板管理方法。液压支架采用擦顶移架、带压移架的移设方法。尤其要注意顶板断裂处大块岩石的松动、位移和冒落， 防止顶板上方形成空洞及引起周围岩块的松动和位移。采用经济快速的顶板加固手段（ 如注浆加固、快速充填） 加固顶板的整体性。严格控制采煤机采高， 采煤机切割开采过程中司机要注意观察顶板情况， 必要时可停机处理。
四、结论
探讨综采工作面在不利地质条件下合理开采的技术途径是提高综采产量的重要手段。本文提出的综采工作面陷落柱开采技术方法取得了较好技术经济效果。杜儿坪矿综采二队采用本文介绍的技术方法采完多个工作面， 并连续多年保持百万吨年产。希望该技术能推广使用。该技术方法对综采工作面其它地质构造的处理也有一定借鉴意义。
参考文献
[1] 刘重举.陷落柱的发育规律及探测技术[J].煤田地质与勘探，1997，（5）.
[2] 地质矿产部.中国北方岩溶分布及发育规律的研究[M].1989.
[3] 山西省煤炭管理局.山西煤田地质[M].北京：煤炭工业出版社，1960.