淮南矿区陷落柱构造研究分析

吴卫

摘要：2002年在谢桥煤矿东二采区三维地震勘探工作时，中间资料解释发现了“疑视陷落柱”，由于在淮南矿区在此之前从没有发现过陷落构造，对两处“疑视陷落柱”构造未能作肯定的结论，为此，淮南矿业集团进行了地面钻探，井下打钻以及巷道验证等工作，最终证实陷落柱构造存在。

关键词：陷落构造;钻探;特征;分析

一、淮南煤田陷落构造的形态特征

（一）平面形态

从三维地震资料分析，谢桥矿1#陷落柱顶部发育到11-2煤，在8煤层的平面形态为椭园形，长轴近南北向，直径280m，短轴近东西向，直径200m。2#陷落柱呈串珠状，其延展方向为NNW由三个相对较宽的陷落区组合成长条状，走向上宽窄不一。

（二）剖面形态

从三维地震的时间剖面看，谢桥矿1#陷落柱基岩段为一上小下大的锥形体，T4、T3波由深部的波形散乱，到浅部的不连续间断。锥体间T4、T3等波与外不连续。时间较锥体外侧明显滞后，反射波的间距越往深部差值越大。陷落构造周围的煤层由于受牵引作用，均向陷落构造中心倾斜，垂直方向上上窄下宽，下陷落差10～30m。

二、钻探验证情况

在谢桥矿1#陷落柱范围内施工的补Ⅱ5验证孔资料，发现地层有下掉的现象，11-2煤底板之上地层下掉距离较小，11-2煤底板之下地层下掉距离增大;在孔深378.00～758.10m范围内，随着深度的增加，岩层的破碎、无序程度也随之增强;地层与邻近补Ⅱ2孔相比较，整体下降14～38m。

从补Ⅱ5孔钻探取芯、简易水文观测、孔内异常情况以及数字化测井等方面分析，该陷落构造与补Ⅱ线上的补Ⅱ2孔实际揭露的地层相比，有明显差异，异常情况突出。在陷落构造南部，距陷落构造边界最近距离为120m，和补Ⅱ5孔相距256m;补Ⅱ2孔揭露煤系地层的13-l煤至1煤，终孔层位为1煤底板。补Ⅱ5孔位居陷落构造中心部位，揭露煤系地层的11-2煤至1煤及石炭系的C31灰岩，终孔层位为C33灰顶板。两钻孔同在一条剖面上，具有很好的地层对比性。

陷落构造内泥岩及砂岩等均受力并产生严重破坏。其强度已大大降低;同时钻孔在施工过程中有掉钻现象、垮孔及掉块严重、经常卡钻;井径曲线显示：35%左右孔段的孔径大于200mm，5%左右孔段的孔径大于500mm，并超过测井仪器有效施测范围。综和分析陷落构造内岩石属极不稳定类型。

三、井下巷道实际揭露陷落柱情况

谢桥2#陷落柱：井下顺槽揭露的陷落柱及影响长度约230米，其中80米为全岩。揭露的陷落柱东边界陷落柱特征明显，破碎带内为1米以上的细砂岩块、粉细砂粒及泥土充填，呈松散堆积，且较潮湿。

工作面揭露陷落柱内部堆积物特征：

①柱内岩石破碎，多具有棱角大。

②柱内岩层均为上覆岩层，在柱边常见8煤顶板岩石。

③充填无多于泥、砂物或煤泥，充填于岩块之间。

④柱内压实程度较密实，半固结。

⑤岩块表面或充填物空隙间之间常见水锈痕迹。

⑥孔隙间常见黄铁矿结晶体。

⑦含水性弱，基本不导水。

四、陷落构造内异常情况分析

第一、从岩性特征分析：淮南地区陷落构造内整体岩层受力挤压现象明显，泥岩松软，砂岩呈短柱状或卵石状，但未见断层角砾岩，井下揭露柱内岩层均为上覆岩层，在柱边常见8煤顶板岩石，故不是断层构造引起的。

第二、从发育层位和地质剖面上分析：目前淮南地区发现的陷落构造，发育层位一般从11-2～1煤以下，陷落构造基岩段地层整体“塌陷”趋势明显，“塌陷”深度为14.25～38.15m。随着深度的变化，由于“塌陷”的面积不一样，其对岩石的影响程度不一样。根据目前地面钻孔资料将其“塌陷”从下至上分为三个区带：

第一区带：孔深为758.10m（1灰）以下岩层，属较大面积的整体“塌陷”，因此岩石基本保持原岩的面貌，层理清晰，岩石完整。“塌陷”深度34m左右。

第二区带：孔深为11-2煤底板至758.10m的岩层，因整体“塌陷”面积相对缩小，陷落构造内所有岩层受力挤压，造成岩石变形破坏，泥岩变形失去原岩面貌，砂岩破碎非常严重，而煤层具有缓冲外界作用力的特点，除煤质上稍有变化外，其层位、层间距基本正常。“塌陷”深度34m左右。井下揭露：柱内岩石破碎，多具有棱角大，岩性均为上覆岩层，在柱边常见本煤层顶板岩石，岩块之间为泥、砂物或煤泥充填，岩块表面或充填物空隙间之间常见水锈痕迹，孔隙间或砂岩块表面常见黄铁矿结晶体。柱内压实程度较密实，半固结。

第三区带：孔深387.00（基岩面）～11-2煤底板的岩层，“塌陷”柱体面积较小，由于允许“塌陷”空间体积的缩小，因此其“塌陷”深度仅为14.25m左右，这和该陷落构造内风氧化带相对较厚基本统一起来。

第三、从陷落构造内所取岩石的裂隙分布、裂隙发育程度、裂隙产状上分析，并和其它正常岩石比较，其接受外界作用力的性质是不一样的。

第四、水文地质特征分析：见C31灰岩前（孔深378.00～ 755.35m）煤系地层，孔内干燥无水，说明其为一独立的水文地质单元。水平上与附近煤系砂岩含水层不产生水力联系;垂向上各砂岩之间的煤与软泥岩具有隔水作用。见C31灰岩后，孔内水位上升至485.00m后稳定，说明陷落构造内太原群灰岩又是一个水文地质单元，其水文地质情况不清。（灰岩含水层向上涌水，而煤系砂岩含水层吸水，在孔深485.00m左右水位形成动态平衡，只是一种说法）。

五、结束语

三维勘探在淮南矿区首次发现陷落柱，对研究淮南矿区的构造发展史、防治水工作以及安全生产等具有重要的意义。在钻探验证的基础上，淮南矿区潘三矿12318工作面也揭露了陷落构造，进一步证实淮南矿区存在陷落构造。