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《岩溶陷落柱充填特征及活化导水分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、中国岩溶第20卷第4期2001年12月Vol.20No.4Dec.2001CARSOLOGICASINICA4810(2001)04-0279-05文章编号:1001-①岩溶陷落柱充填特征及活化导水分析杨为民1,2,周治安2,李智毅1(1.中国地质大学工程技术学院,北京100083;2.淮南工业学院资源与环境工程系,淮南232001)摘要:基于对华北煤田内岩溶陷落柱充填特征的研究,本文提出泥石浆型堆积是煤系段陷落柱的主要充填物。泥石浆不仅充填陷落主腔体,同时也封堵腔壁裂隙带,“结石体”成泥砾结构,渗透性极低,是柱
2、腔内最主要的“堵水塞”,而柱旁贯通性节理由于高压水楔渗透劈入,可成为最优导水通道,它能将动水切入陷落柱,进而引发活化突水。关键词:岩溶陷落柱;泥石浆型充填;堵水;活化导水;贯通性节理中图分类号:P641.254;X141文献标识码:A0引言后,我国华北地区因陷落柱活化导水而发生的又一起特大突水灾害事故,它再次唤起了人们对陷落柱突水的高度关注。近年来,一些研究人员对研究陷落柱形成的岩体力学背景、水动力条件、渗流通道的贯通等方面研究,对陷落柱的导水、突水机理进行了探索,获岩溶陷落柱是我国华北煤田广泛发育的一种极富区域
3、特色的地质现象。陷落柱所在岩体呈双层结构,下段为岩溶地层即奥陶纪灰岩(O2,以下简称奥灰),在山西等地可见陷落柱底界在O2内石膏带1,7～10得了一些重要认识。本文通过对山西、陕西、安徽等地大量陷落柱的野外和井下调查,注意到煤田陷落柱的充填物蕴含着丰富的、尚待进一步发掘的地质及岩石力学信息,它对进一步认识陷落柱自身堵水以及活化导水问题有重要意义。处1;上段是石炭-二叠纪煤系(C-P),主体为非岩溶地层。陷落由奥灰中发育的溶洞引起。如果覆岩陷落限于O2灰岩内,属一般岩溶塌陷。只有当覆岩陷落越过O2顶界灰岩,使C-P
4、煤系物质陷落到灰岩溶洞中,同时煤系内形成一段竖井状腔体,腔体再被上方冒落物填充,这才出现真正意义上的煤田陷落柱,有些陷落柱向上可穿入三叠系内,陷落柱高度由数十米至500～600m,多为200～300m。回采煤层时,在煤层附近可见其截面为圆、椭圆形,并呈现“无炭柱”、“矸子窝”。在山西,由于奥灰、C-P煤系大片裸露,可见到由底到顶处各种不同层段的陷落柱露头。由于它影响采面正常布置,限制采掘机械使用,故在20世纪50～80年代,人们主要围绕开采地质问题对其成因、形态、分布和探查手段进行研究2～6①。1996年3月4日
5、皖北任楼煤矿7222工作面发生突水淹井,这是继1984年开滦范各庄2171工作面突水淹井陷落柱充填特征1华北煤田中的陷落柱具有独特的沉积建造,它不应仅视为岩层(固相)破碎、再堆积的简单过程。现根据对露头及巷揭情况的观察,将陷落柱的沉积充填特征初步总结如下。1.1奥灰溶洞中塌落堆积在山西某些采O2石膏硐坑内或是奥灰溶洞中,有时可见到属于C-P煤系砂页岩块、煤砾、灰岩块等洞穴塌积物,这是煤田陷落柱的底部物质。就岩体①基金项目:安徽省教育厅自然科学基金项目(2001kj211)作者简介:杨为民(1965-),男,毕业于
6、淮南工业学院,现为中国地质大学博士研究生,副教授,从事水文地质和工程地质、岩土工程等方面的教学与研究工作,已发表论文16篇。收稿日期:2001-09-02①赵全福等.煤矿水灾事故典型案例汇编(内部)。煤炭科技情报所,1992。280中国岩溶2001年力学而言,岩溶陷落柱形成前,行将陷落的岩体底部需有较大的溶蚀空间,形成向下临空面,周围由先存构造节理围成的切割面或滑动面,顶部存在层间剥离面,以上网络共同构成致塌岩体的边界条件。陷落时岩体在重力及流体动力的作用下,克服剥离面上的粘结力、切割面上的抗张力及滑动面上的抗滑
7、阻力,使岩体发生塌陷和坠落。随溶洞的形成和扩大,致塌岩体发生陷落,塌落岩块在溶洞内形成混杂堆积。由于岩块的碎胀性11,它可填满洞底。但随着奥灰岩溶作用的持续进行,在一些洞穴内存在有管道流12,其水动力作用可将陷落物质中较小的岩块和岩屑带走。砂、泥岩中的软弱岩块,经水化、水解作用后发生崩解、泥化、溶解,泥化物及易溶组分也在地下水循环中被移出,使堆积物分散,溶洞因岩溶水的循环作用而处于扩大或蚀空-再陷落充填-再蚀空的动态变化之中。持续的水动力条件为进一步向下陷落提供自由空间。因此,在陷落柱底部溶洞中所见的堆积物多为大
8、中型坚硬的砂岩、灰岩岩块,它们是柱底垫托层的主要成分。1.2煤系中泥石浆型堆积这是煤系段陷落柱最主要的充填物,它有以下特点:1.2.1具泥砾结构泥砾中的大角砾和块石来自上覆岩层,主要为坚硬的砂岩、灰岩块,以砂岩块居多,大小相差悬殊,从数厘米、十几厘米至数十厘米,其中巨大板条状块石长可达8～10m左右,这种条石有的斜歪、有的竖直、有的平卧,姿态多样。基质由较细至极细的岩屑、
