[科普中國(guó)]-喀斯特陷落柱

又稱巖溶陷落柱，簡(jiǎn)稱陷落柱，煤層下伏碳酸鹽巖等可溶巖被地下水溶蝕產(chǎn)生空洞，引起上覆巖層冒落而成的柱狀塌陷體。在陷落柱發(fā)育的礦區(qū)，煤層遭受嚴(yán)重破壞，不僅影響巷道和采煤工作面的正規(guī)布置，限制采掘機(jī)械的有效使用，而且造成煤炭資源的大量損失，打亂生產(chǎn)計(jì)劃，降低煤礦經(jīng)濟(jì)效益。特別在水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦區(qū)，陷落柱可能成為采掘場(chǎng)所與地下水的通道，給生產(chǎn)和人員人身安全帶來(lái)嚴(yán)重威脅，甚至造成突水淹井事故。1

形態(tài)特征包括地表形態(tài)特征和井下形態(tài)特征。

(1)陷落柱地表形態(tài)特征。塌至地表的陷落柱，在地表常呈環(huán)形凹地或圓形凸包。

(2)陷落柱井下形態(tài)特征。在煤礦井下，陷落柱形態(tài)多呈上小下大的柱狀體，但在含水較多的松散巖層中，亦見(jiàn)有上大下小的漏斗狀陷落柱。其中心軸常與巖層層面近似垂直，橫截面形態(tài)多數(shù)為橢圓形，少數(shù)近似圓形或長(zhǎng)條形。

規(guī)模特征指橫截面直徑和高度大小。

(1)橫截面直徑。相差懸殊，從數(shù)米、數(shù)十米至數(shù)百米都有發(fā)現(xiàn)。

(2) 高度。數(shù)十米至數(shù)百米不等。

界面特征陷落柱與圍巖的接觸面界線分明，多呈鋸齒狀折線。接觸帶附近圍巖(煤層及巖層)微向柱心傾斜，張裂隙發(fā)育，煤質(zhì)松碎，常有風(fēng)化現(xiàn)象。陷落柱柱面粗糙，無(wú)擦痕和滑動(dòng)鏡面。

物質(zhì)成分陷落柱由上覆巖層塌落碎塊堆積而成，碎塊大小懸殊，棱角明顯，形狀各異，成分復(fù)雜，混雜堆積，并為巖屑、煤屑松散充填與膠結(jié)。有地下水長(zhǎng)期活動(dòng)的陷落柱，其碎塊表面及間隙中常見(jiàn)有鐵質(zhì)、碳酸鈣質(zhì)或高嶺土質(zhì)等物質(zhì)沉淀。2

發(fā)育分布陷落柱具有特殊的上下對(duì)應(yīng)關(guān)系，即地表見(jiàn)有陷落柱，井下必定有;上部煤層見(jiàn)有陷落柱，下部煤層中必定有。

陷落柱的發(fā)育與分布，主要受地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件的控制。陷落柱發(fā)育地帶，多是或曾是地下水強(qiáng)徑流帶。

成因?qū)τ诳λ固囟囱ㄋ莸脑?，如今存在重力塌陷和真空吸蝕兩種看法。持重力塌陷觀點(diǎn)的人認(rèn)為，溶洞上覆巖層的塌落，是重力作用的結(jié)果;持真空吸蝕觀點(diǎn)的人則認(rèn)為，溶洞上覆巖層的塌落，是密閉喀斯特溶腔內(nèi)地下水水位下降，產(chǎn)生負(fù)壓;強(qiáng)力抽吸上覆巖層向下冒落的結(jié)果。

探測(cè)在煤層下伏碳酸鹽巖等可溶巖地區(qū)，根據(jù)陷落柱的形態(tài)特征、規(guī)模特征、界面特征、物質(zhì)成分特征和發(fā)育分布特征，通過(guò)地質(zhì)觀測(cè)判斷其有無(wú)，進(jìn)而采用井下鉆探、物探、化探等技術(shù)手段，確定其位置、形狀、規(guī)模和充水特征，最后用巷探加以驗(yàn)證。

鑒于陷落柱具有密度比圍巖小、電阻率較圍巖低和導(dǎo)水、透氣等物性，在地表，可采用精密重、磁測(cè)量和氡、釙放射性測(cè)量等物、化探方法，圈定其分布范圍;在井下，可采用坑道無(wú)線電波透視、槽波地震和地質(zhì)雷達(dá)等井下物探方法和井下鉆探進(jìn)行探查。

預(yù)測(cè)包括根據(jù)分布規(guī)律預(yù)測(cè)和從已知陷落柱推延預(yù)測(cè)兩類。

(1)根據(jù)分布規(guī)律預(yù)測(cè)。根據(jù)喀斯特發(fā)育特點(diǎn)和陷落柱在條件相近鄰區(qū)的分布特點(diǎn)，進(jìn)行類比預(yù)測(cè)，并對(duì)陷落柱發(fā)育程度進(jìn)行分區(qū)。

(2)從已知陷落柱推延預(yù)測(cè)。利用上部煤層已揭露陷落柱的資料，根據(jù)其形態(tài)特點(diǎn)，預(yù)測(cè)其在下部煤層中的位置、形狀和規(guī)模;或根據(jù)局部揭露陷落柱的資料，預(yù)測(cè)其整體形狀和規(guī)模。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李兵 - 副教授 - 西南大學(xué)