华北煤田南缘岩溶陷落柱形成演化机制及预测研究

Karst collapse column (KCC) evolution process is the key factor which determines its Spatial distribution, while the accurate prediction is the most important premise to solve mine water inrush disaster.. Taken Huainan coal field as the object, project will do the research involving in the basis of formation of geological conditions and material; micro-mechanism and supergene dissolution; analysis of uplift, stretching and squeezing during tectonic evolution and recovery on groundwater dynamic to carbonate dissolution in two periods of sedimentary discontinuity by the comprehensive methods such as the field and mine geological investigation, geological evolution, the groundwater system, combination of Monte-Carlo with groundwater numerical simulation , and by test of carbonate dissolution mechanism and test- analysis etc... The research goal is to establish groundwater mathematical models of homogeneous / heterogeneous and solution crack-channel flow in sedimentary discontinuity period, and simulate and analyze KCC formation and development under the condition of dissolution and the change of groundwater dynamic field by the programming way , and build the formation and evolution of KCC under the process of interaction between tectonic evolution and effect of groundwater to reveal the formation and evolution of KCC in the area and forecast the distribution of KCC in the coalfield, which provides theoretical bases for solving the disaster of KCC water inrush in deep coal resources mining .

华北南缘煤田岩溶陷落柱（KCC）形成演化过程是决定其在空间分布的关键因素，而准确预测其分布规律是解决目前矿山突水致灾最重要前提。. 项目以淮南煤田为对象，拟采用野外与矿山地质调查、地质历史演化、地下水系统、Monte-Carlo与地下水数值模拟等方法，以及碳酸盐溶蚀机理试验与测试分析手段相结合，开展KCC形成地质条件与物质基础、微观机制与表生溶蚀作用、构造演化中的抬升、拉张及挤压的解析及两个沉积间断期地下水动力对碳酸盐溶蚀作用的恢复等研究，建立沉积间断期均质/非均质、溶隙-管道流地下水数学模型，编程模拟分析间断期内的溶蚀作用及地下水动力场变化对KCC形成过程；构建其在构造演化与水地下水流相互作用下的形成演化机制，揭示该地区在地质历史时期中它的形成过程，并预测其在煤田中分布规律，为解决南缘煤田深部煤炭资源开采过程中KCC突水致灾的难题提供理论依据。

岩溶陷落柱(KCC）作为导水通道，因突水致灾给我国华北南缘矿山造成巨大的经济损失问题。项目以安徽淮南煤田为研究对象，首先通过对露头区和隐伏区岩溶地质调查、样品采集，并开展了奥陶系碳酸盐溶蚀试验与测试分析，佐证了奥陶系和寒武系是其形成依托和物质基础，探讨浅部岩溶形成机理；其次，通过对露头和隐伏区构造地质特征分析，并从构造演化角度揭示了区内经历的抬升、挤压及拉张等作用控制着岩溶陷落柱演化过程，科学划分出沉积阶段、抬升后风化剥蚀及强烈岩溶化阶段、煤系沉积覆盖阶段、挤压–褶曲及风化剥蚀阶段、拉张–溶蚀改造阶段和沉积覆盖等六个阶段。再次，采用印模法和相对残厚法恢复重建了两个沉积间断期古水文地质条件，结合矿山水文地质试验，反演出碳酸盐表生作用及岩溶露头与煤系地层间的地下水系统作用对KCC形成过程影响。最后，以谢桥、张集、顾北矿区为对象，建立第二沉积间断期均质/非均质、溶隙-管道流地下水数学模型，模拟计算了该范围内多期构造地质作用下，及地下水水流作用过程对KCC形成过程,揭示了水岩相互作用的机理；此外，由以上综合分析古地貌、岩溶地下水特征及富水性分布，预测了区内陷落柱发育主要三个范围。.研究表明：KCC形成过程最关键阶段为印支运动-多期燕山运动的挤压拉张阶段，也是目前利用该阶段构造性质预测和寻找KCC的重要理论依据。.项目研究成果与矿山生产实际相关结合，将KCC科学地划分为生长型、衰退型及死亡型等三种古岩溶发育生长模式，为目前煤层底部岩溶区域治理（KCC）范围的确定提供了科学依据。此外，KCC发育位于淮南煤田的中部水文地质单元，预测划分出三个重点块段。项目成果参与了淮南煤田两个矿区的奥灰岩溶水害的防治工程，指导治理岩溶水害多分支钻孔布置范围，及定向勘探与注浆钻孔的设计。. 它的科学意义不仅发现了KCC形成条件与特征，揭示其演化过程和控制影响因素，其研究结果还为指导矿区深部岩溶水害的防治提供了依据。