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引言
2013年，金刚煤矿3116综采工作面在开采过程中突然遇见陷落柱，安全生产工作陷入被动局面。因此，地质工作必须更加周密，尤其对影响煤矿生产的地质构造需要更清楚的认识和准确的判断预测，保障安全生产。
一、金刚井田地质构造概况
井田所处构造属新华夏系四川（第三）沉降带川东褶皱束中山背斜北段。新华夏系川东褶皱带中，背斜褶皱紧密，向斜褶皱宽缓，为一典型的隔档式褶皱分布区。褶皱的形成主要受北西西～南东东向压应力作用的结果。井田内发育有大量新北西向构造。因此也是区内的主要构造之一。
主体构造为一狭长的斜歪倾伏背斜，背斜轴略呈舒缓的S状展布。背斜两翼不对称，地层倾角在北部是东缓西陡；南部是西缓东陡，缓翼出现在S状的凹侧。背斜走向为北东15°～24°。由须家河组、自流井组、沙溪庙组地层组成，由于背斜轴由南向北倾没，故南部地层较老，北部较新，沙溪庙组地层主要分布在背斜的两翼。图1-1为川东卫星地形图（示意）
图1-1
二、金刚井田陷落柱的形成机理及基本特征
岩溶陷落柱是岩溶洞穴塌陷的产物，它是煤系下伏可溶性岩层经地下水强烈溶蚀后，形成较大的溶洞，在各种因素作用下（重力、真空吸蚀、地壳运动和物理化学作用），引起上覆岩层的失稳、塌陷，形成锥状柱体，简称陷落柱。所以陷落柱的生成不应受地质时代制约，只要具备形成条件，任何地区、任何时代都可生成，形成过程如图1-2。
图1-2 陷落柱形成过程示意图
（a）可溶性岩中发育溶洞；（b）溶洞不断扩大；（c）陷落柱形成
自建井以来，在金刚井田开采范围内已发现岩溶陷落柱31个。金刚煤矿的岩溶陷落柱是由于基底中三叠统雷口坡组和嘉陵江组的灰岩岩溶十分发育，以致形成影响较大的地下暗河和溶洞，造成上覆地层包括煤系地层的坍塌而形成的。据雷一井钻孔资料，中三叠统雷口坡组厚535.61m，全部为深灰～褐灰色白云岩与灰白色石膏不等厚互层；嘉陵江组已揭露318.81m，亦为白云岩、石膏及质纯石灰岩。为岩溶洞穴的发育提供了基础的地质条件；其上部为上三叠统须家河组砂岩，为井田含水层且透水性强，为岩溶补给一定的水源；本区属于亚热带气候，降水量较大，植物茂盛，死亡的植物和土壤中微生物给地下水增添了更多的CO2及各种有机酸。加强了溶蚀的化学动力；地下水温较高（陷25号水温27.5℃，+120m西翼穿东翼石门于2000年12月揭穿T3xj2砂岩突水6145m3/d，水温28℃）将生石膏变成熟石膏；除此，在中生代三叠纪末发生过强烈的构造运动称为印支运动（Indosinian movement），使三叠纪地层变质。形成了不少的构造断裂（断层和节理裂隙），为地下水运动及深入岩体内部提供了原始通道。同时潜水位也发生了变化。因此在雷口坡组和嘉陵江组拥有形成岩溶洞穴地质条件。
雷一井钻孔在雷口坡组上段及下段，钻孔冲洗液大量漏失，有进无出，并有“放空”现象，漏失速度达72～97.2m3/h，漏失量11825.5m3；漏失段平均每钻进一米，漏失量为46.93m3和20.73m3。在嘉陵江灰岩段清水有进无出现象重复出现，漏失量为139.9m3。这些现象也充分证明了下部的碳酸岩类被溶蚀十分严重。
陷落柱充填物多为煤系地层上部陷落岩石，常见有J1-2Z1、J1-2Z2等地层。珍珠冲或马安山段的紫红色泥岩、细粒砂岩或J1-2Z1顶部的介壳灰岩等岩块。在1号陷落柱充填物中，发现有由地表塌落下来的碳化木2根，碳化木年轮结构清楚，颜色黑褐，半炭化程度，变质阶段为零；3号陷落柱充填物中泥岩氧化面有红色薄膜；5号、7号、11号、12号陷落柱充填物的缝隙中有滴淋水，其沉淀物呈褐红色；5号陷落柱充填岩体多空洞及裂缝，沼气积聚其中，最高达3.4%，比正常含量高3～4倍；且伴随涌出大量硫化氢气体。22号～28号陷落柱充填物中含大量淋水。
三、金刚井田陷落柱形成时代和其发育范围的关系
金刚井田陷落柱的形成时期，与金刚井田主采煤系地层下可溶性基岩的溶蚀情况和主构造有密切联系。早、中三叠纪的灰岩距今已有2.13亿年，在满足其形成岩溶的基本地质条件下，它有充足的时间发育成规模较大的溶洞和地下暗河。
首先，从5号陷落柱分析：曾经在+370m揭露此陷落柱，而在施工+120m东翼石门至5号陷落柱同平面位置时未发现此陷落柱。由此进行了雷达超前探测。结果显示，在+120m水平5号陷落柱沿岩层反倾方向平移了70m。因此说明了5号陷落柱形成于中山背斜之前。而其充填物又包括J1-2z1中下部的泥、泥质砂岩。所以它形成于J1-2z1～E1时期。虽然不能说明其它陷落柱与此同期，但能肯定的是在未形成中山背斜及新华夏系晚近期之前，下伏可溶性基岩已发育成较大的地下溶穴和暗河。
金刚井田岩溶陷落柱只要是沿中山背斜轴及以西成带状分布。这表明金刚井田陷落柱的发育与中山背斜主体构造有重要的因果关系。从分布图看，区一陷落柱较大且十分密集，下伏的岩溶洞穴肯定被机械搬运较强的地下暗河导通。5号陷落柱能垮塌至J1-2z1，说明下伏也有一定水动力的暗河，而离区一只有180m。所以区一为地下河交汇处（不能排除其他任意区域比这侵蚀更强烈），5号陷落柱的地下河处于区一上游。再拥有大规模溶穴后，当其跨度达到一定值后，就会被上覆岩层重力剪切（加上下面的真空吸蚀）。若是有较多的裂隙和断裂就更容易垮落。中山背斜由西北反向的构造压应力而形成，其构造运动给陷落柱的形成提供了动力条件。在背斜轴部张节理、断裂构造发育十分强烈，在作为地下水补给通道的同时减小了溶穴上覆岩层所需要的剪切力。所以，成带状分布于中山背斜轴的陷落柱垮塌于中山背斜形成时期及其以后。在形成中山背斜之后至今，地下暗河便向背斜轴向或翼部岩层走向延伸发育。
金刚井田陷落柱分布于中山背斜西翼+250m以上。从煤层底板等高线可以看出，西翼比东翼缓，西翼+250m以下岩层倾角变大。因此，陷落柱的形成也受到岩层倾角大小的影响。这里用工程力学来分析：从两种情况进行讨论（如图1-3a、b），沿岩层倾向切取1m宽的岩层为研究对象。从而简化成一简支梁，假设上覆岩层的重力为一均布载荷q，则岩层倾斜重力为一均布载荷q倾斜为q cosα，这样就成在同一均布载荷作用两种情况下简支梁轴向剪力的比较。其剪力图如图1-3，α为岩层倾角，L为溶穴跨度。
则：岩层倾斜时最大剪力为：Q倾斜=qL cosα/2
图1-3 剪力图
岩层水平时最大剪力为：Q水平=qL/2
由公式得知，Q倾斜 当L、q一定时，α越大，轴向剪力就越小，反之α为0°时就最大。也就是说要在岩层倾角较大的区域形成陷落柱就要有相对更大的地下溶穴。反之，在同样大小的溶穴，岩层倾角较小的刚好致上覆岩层垮塌，但岩层倾角较大的不会垮落（无大的裂隙）。从这个方面解释了井田背斜东翼为什么无较多的陷落柱，而西翼又只有+250m以上才十分发育。
四、结语
（一）金刚井田陷落柱沿中山背斜轴及以西+250m以上成带状分布，其分布受中山背斜构造应力和岩层倾角的影响。井田越向下延伸岩层倾角逐渐变大，岩溶陷落柱的发育率将会减少。
（二）从25号陷落柱看，涌水一直保持至今。应有大量的水源补给，以致能充分供提CO2的消耗量。且涌水中Ca2+离子的浓度很大。因此，下伏可溶基岩仍处于被溶蚀的环境。
参考文献：
[1]《煤矿矿井采矿设计手册》编写组.采矿设计手册上册.北京.煤炭工业出版社，2003
[2]王强等.矿井地质.北京.煤炭工业出版社，2008
[3]郭颖、李智陵.构造地质学.湖北.中国地质大学出版社，1995
[4]杜远生等.古生物地史学.湖北.中国地质大学出版社，1998
[5]李智陵、杨裕云.工程地质学.湖北.中国地质大学出版社，1994
2013年，金刚煤矿3116综采工作面在开采过程中突然遇见陷落柱，安全生产工作陷入被动局面。因此，地质工作必须更加周密，尤其对影响煤矿生产的地质构造需要更清楚的认识和准确的判断预测，保障安全生产。
一、金刚井田地质构造概况
井田所处构造属新华夏系四川（第三）沉降带川东褶皱束中山背斜北段。新华夏系川东褶皱带中，背斜褶皱紧密，向斜褶皱宽缓，为一典型的隔档式褶皱分布区。褶皱的形成主要受北西西～南东东向压应力作用的结果。井田内发育有大量新北西向构造。因此也是区内的主要构造之一。
主体构造为一狭长的斜歪倾伏背斜，背斜轴略呈舒缓的S状展布。背斜两翼不对称，地层倾角在北部是东缓西陡；南部是西缓东陡，缓翼出现在S状的凹侧。背斜走向为北东15°～24°。由须家河组、自流井组、沙溪庙组地层组成，由于背斜轴由南向北倾没，故南部地层较老，北部较新，沙溪庙组地层主要分布在背斜的两翼。图1-1为川东卫星地形图（示意）
图1-1
二、金刚井田陷落柱的形成机理及基本特征
岩溶陷落柱是岩溶洞穴塌陷的产物，它是煤系下伏可溶性岩层经地下水强烈溶蚀后，形成较大的溶洞，在各种因素作用下（重力、真空吸蚀、地壳运动和物理化学作用），引起上覆岩层的失稳、塌陷，形成锥状柱体，简称陷落柱。所以陷落柱的生成不应受地质时代制约，只要具备形成条件，任何地区、任何时代都可生成，形成过程如图1-2。
图1-2 陷落柱形成过程示意图
（a）可溶性岩中发育溶洞；（b）溶洞不断扩大；（c）陷落柱形成
自建井以来，在金刚井田开采范围内已发现岩溶陷落柱31个。金刚煤矿的岩溶陷落柱是由于基底中三叠统雷口坡组和嘉陵江组的灰岩岩溶十分发育，以致形成影响较大的地下暗河和溶洞，造成上覆地层包括煤系地层的坍塌而形成的。据雷一井钻孔资料，中三叠统雷口坡组厚535.61m，全部为深灰～褐灰色白云岩与灰白色石膏不等厚互层；嘉陵江组已揭露318.81m，亦为白云岩、石膏及质纯石灰岩。为岩溶洞穴的发育提供了基础的地质条件；其上部为上三叠统须家河组砂岩，为井田含水层且透水性强，为岩溶补给一定的水源；本区属于亚热带气候，降水量较大，植物茂盛，死亡的植物和土壤中微生物给地下水增添了更多的CO2及各种有机酸。加强了溶蚀的化学动力；地下水温较高（陷25号水温27.5℃，+120m西翼穿东翼石门于2000年12月揭穿T3xj2砂岩突水6145m3/d，水温28℃）将生石膏变成熟石膏；除此，在中生代三叠纪末发生过强烈的构造运动称为印支运动（Indosinian movement），使三叠纪地层变质。形成了不少的构造断裂（断层和节理裂隙），为地下水运动及深入岩体内部提供了原始通道。同时潜水位也发生了变化。因此在雷口坡组和嘉陵江组拥有形成岩溶洞穴地质条件。
雷一井钻孔在雷口坡组上段及下段，钻孔冲洗液大量漏失，有进无出，并有“放空”现象，漏失速度达72～97.2m3/h，漏失量11825.5m3；漏失段平均每钻进一米，漏失量为46.93m3和20.73m3。在嘉陵江灰岩段清水有进无出现象重复出现，漏失量为139.9m3。这些现象也充分证明了下部的碳酸岩类被溶蚀十分严重。
陷落柱充填物多为煤系地层上部陷落岩石，常见有J1-2Z1、J1-2Z2等地层。珍珠冲或马安山段的紫红色泥岩、细粒砂岩或J1-2Z1顶部的介壳灰岩等岩块。在1号陷落柱充填物中，发现有由地表塌落下来的碳化木2根，碳化木年轮结构清楚，颜色黑褐，半炭化程度，变质阶段为零；3号陷落柱充填物中泥岩氧化面有红色薄膜；5号、7号、11号、12号陷落柱充填物的缝隙中有滴淋水，其沉淀物呈褐红色；5号陷落柱充填岩体多空洞及裂缝，沼气积聚其中，最高达3.4%，比正常含量高3～4倍；且伴随涌出大量硫化氢气体。22号～28号陷落柱充填物中含大量淋水。
三、金刚井田陷落柱形成时代和其发育范围的关系
金刚井田陷落柱的形成时期，与金刚井田主采煤系地层下可溶性基岩的溶蚀情况和主构造有密切联系。早、中三叠纪的灰岩距今已有2.13亿年，在满足其形成岩溶的基本地质条件下，它有充足的时间发育成规模较大的溶洞和地下暗河。
首先，从5号陷落柱分析：曾经在+370m揭露此陷落柱，而在施工+120m东翼石门至5号陷落柱同平面位置时未发现此陷落柱。由此进行了雷达超前探测。结果显示，在+120m水平5号陷落柱沿岩层反倾方向平移了70m。因此说明了5号陷落柱形成于中山背斜之前。而其充填物又包括J1-2z1中下部的泥、泥质砂岩。所以它形成于J1-2z1～E1时期。虽然不能说明其它陷落柱与此同期，但能肯定的是在未形成中山背斜及新华夏系晚近期之前，下伏可溶性基岩已发育成较大的地下溶穴和暗河。
金刚井田岩溶陷落柱只要是沿中山背斜轴及以西成带状分布。这表明金刚井田陷落柱的发育与中山背斜主体构造有重要的因果关系。从分布图看，区一陷落柱较大且十分密集，下伏的岩溶洞穴肯定被机械搬运较强的地下暗河导通。5号陷落柱能垮塌至J1-2z1，说明下伏也有一定水动力的暗河，而离区一只有180m。所以区一为地下河交汇处（不能排除其他任意区域比这侵蚀更强烈），5号陷落柱的地下河处于区一上游。再拥有大规模溶穴后，当其跨度达到一定值后，就会被上覆岩层重力剪切（加上下面的真空吸蚀）。若是有较多的裂隙和断裂就更容易垮落。中山背斜由西北反向的构造压应力而形成，其构造运动给陷落柱的形成提供了动力条件。在背斜轴部张节理、断裂构造发育十分强烈，在作为地下水补给通道的同时减小了溶穴上覆岩层所需要的剪切力。所以，成带状分布于中山背斜轴的陷落柱垮塌于中山背斜形成时期及其以后。在形成中山背斜之后至今，地下暗河便向背斜轴向或翼部岩层走向延伸发育。
金刚井田陷落柱分布于中山背斜西翼+250m以上。从煤层底板等高线可以看出，西翼比东翼缓，西翼+250m以下岩层倾角变大。因此，陷落柱的形成也受到岩层倾角大小的影响。这里用工程力学来分析：从两种情况进行讨论（如图1-3a、b），沿岩层倾向切取1m宽的岩层为研究对象。从而简化成一简支梁，假设上覆岩层的重力为一均布载荷q，则岩层倾斜重力为一均布载荷q倾斜为q cosα，这样就成在同一均布载荷作用两种情况下简支梁轴向剪力的比较。其剪力图如图1-3，α为岩层倾角，L为溶穴跨度。
则：岩层倾斜时最大剪力为：Q倾斜=qL cosα/2
图1-3 剪力图
岩层水平时最大剪力为：Q水平=qL/2
由公式得知，Q倾斜
四、结语
（一）金刚井田陷落柱沿中山背斜轴及以西+250m以上成带状分布，其分布受中山背斜构造应力和岩层倾角的影响。井田越向下延伸岩层倾角逐渐变大，岩溶陷落柱的发育率将会减少。
（二）从25号陷落柱看，涌水一直保持至今。应有大量的水源补给，以致能充分供提CO2的消耗量。且涌水中Ca2+离子的浓度很大。因此，下伏可溶基岩仍处于被溶蚀的环境。
参考文献：
[1]《煤矿矿井采矿设计手册》编写组.采矿设计手册上册.北京.煤炭工业出版社，2003
[2]王强等.矿井地质.北京.煤炭工业出版社，2008
[3]郭颖、李智陵.构造地质学.湖北.中国地质大学出版社，1995
[4]杜远生等.古生物地史学.湖北.中国地质大学出版社，1998
[5]李智陵、杨裕云.工程地质学.湖北.中国地质大学出版社，1994