淮南煤及其燃烧产物中稀土元素丰度的比较

淮南煤及其燃烧产物中稀土元素丰度的比较 ?煤 炭 科 技 地 质 与 勘 探 ?? 淮南煤矿区岩溶塌陷现状及形成条件 高 锡 擎 王 来 斌 许 光 泉 沈 金 山 ,，，,安徽理 工大学地球与环境学院 安 徽 省 淮 南 市 ,,,::, ，，，摘 要 以 淮 南 矿 区 为 例 结合区域地质条件 介 绍 了 矿 区 岩 溶 塌 陷 现 状 并 对 岩 溶 塌 ，，、、陷 形 成 条 件 进 行 分 析 结 果 明 覆 盖 层 特 征 岩 溶 发 育 程 度 地 下 水等 对岩溶塌陷的产 。生 有 着 重 要 的 影 响 关 键 词 淮 南 矿 区 岩 溶 塌 陷中 图 分 类 号 文 献 标 识 码 ,,,,, ,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,:,,,,,:,,,,,:,, ,, :,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ，，， ,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,, ,，，，，,,:,,,,:,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,:,:,,,,,,,,,,,,,,,::,,,,,,,,,, ， ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,:,,,,,,,:,, ,,,) ,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,:,,,,,:,,,,,:,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,:,,,,:,,,,:,:,,,, ,,,,,, ,:,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,:,:,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,),,,, ， ,,,,,,,,,:,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,:,,,,,,,,,,,,, ， ,,,:,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,, 、岩溶 塌陷是指 可溶岩洞隙上方的岩 土 体 在 自 地 质 环 境 背 景 ,，然或 人为 因素作用 下发生变形破坏 并 在 地 面 形 成 。、塌陷 坑的 一种岩溶 动力作用与现象 我 国 可 溶 岩 分 淮南矿区 煤层 顶 底 板 岩性主要为石灰岩 砂 岩 ,，。， 和 泥 质 岩 等 其 上 为 松 散 层 覆 盖 松 散 层 厚 度 由 布 面 积 万 全 国 有 个 省 区 发 生 过 岩 溶 ,,,,,,, ， ,，。南 东 至 北 西 变 厚 淮 河 以 南 较 薄 淮 南 东 部 塌 陷 灾 害 造成了 严重的经济损失和社会影响 ,， ,平 均 淮 河 以 北 比 较 厚 如 潘 集 区 为 ,、 淮南 矿区主要 环境地质问有 地 面 变 形 地 ,,,,, ,,,:: ,， ， 、、、、松 散 层 总 体 厚 度 变 化 较 大 由 山 前 的 面 沉 降 采 矿 塌 陷 岩 溶 塌 陷 矿 井 灾 害 井 筒 破 ,,: , 十 、、、裂 地 下 水 资 源 枯 竭 粉 煤 灰 煤矸石堆占地及其 、。几 米 到 山 间 平 原 的 几十至几百米不等第 四 系 松 。对 环 境 的 影 响 等 本文主要研究淮南矿区岩溶塌陷 、、，散层主要由砂粉 土粉 质 粘 土 和 粘 土 组 成其 间 。 现 状 及 成 因 淮 南 矿区 大部 分 地面塌陷是岩溶塌 。夹有砂砾石 层 透 镜 体地 下 水 可 分 为 浅 部 孔 隙 潜 水 ，。 陷 约 占 塌 陷 总 数 的 岩 溶 塌 陷 的 成 因 ,,,:,，和中深部孔 隙 承 压 水 两 种各 含 水 组之间由几十米 不 、、。外 乎 潜 蚀 真 空 吸 蚀 液 化 等 几 种 实 践 证 ，。厚的粘土层 分 割一 般 不 具 有 水 力 联 系潜 水 位 埋 ，明 在 ，、深左右含水层主要为冲积洪积的砂 夹 粘 ,,, :，众 多 的 成 因 机 制 中 几乎无一没有地下水运动的参 ，，土层地下水 活 动 动 态 随 季 节 性 变 化 显 著单 井 。与 地 下 水 的 活 动 是 岩 溶 塌 陷 产 生 的 最 重 要 诱 流。 因 淮南 矿区 的岩溶塌 陷也是由于地下水位的大幅,,，,，量为渗 透 系 数 为 淮 河 ,::,::,,,, ,,::。度下 降导 致岩 溶腔中形 成岩溶真空而产生的 ,,， 附近大于 下 部 承 压 含 水 层 层 位 稳 定但 因, ,, 淮南煤矿区岩溶塌陷现状及形成条件分析 ，。 地下水开采和坑井疏干区内水位差异变化较大 ，，,,谢 一 矿 石 炭 系 灰 岩 水 位 淮 南 矿区岩溶塌陷 类 型 是 我 国 岩 溶 矿 ),,,,:, ,),,,,,, ,, 。，，陷 最 典 型 最 齐 全 的 矿 区 例 如 有 倒 转 地 新 庄 孜 矿 寒 武 系 灰 岩 水 位 已 降 低 到 以 下 ),:,: , ， 、 , 造 成 八 公 山 地 区 地下水资源枯竭 原 有 的 多 处 层 斜 地 层 和 正 常 平 缓 地 层 岩 溶 塌 陷 有 ,: 。、泉 水 干 枯 厚 层 的 系 中 厚 层 的 寒 武系和 煤 系地 层 中 ，,、、经 野 外 塌 陷 调 查 表 明 东部舜耕山田东的大通 薄层灰岩 陷 有 井 下 放 水 试 验 矿 井 突 水 ,, ,,， 矿 已 报 废和 九 龙 岗 矿 已 报 废 中 部 八 公 地 面 供 水 抽 长 期 采 矿 疏 水 降 压 等 引 起 的 岩 溶 、、，,、、山 的 李 二 矿 谢 一 矿 谢 三 矿 以及西部二道河塌 陷 塌 陷 形 垂 直 向 上 状 漏 斗 状 罐 状 和 、，、、的孔 集 矿 张 集矿都已 产生过因水位下降引起的塌碟 状 等 在 平 面 呈 圆 形 椭 圆 形 条 状 和 呈 。陷现 串 球 状 等 ,,表 淮南矿区岩溶塌区岩溶盖层岩性及其物理力学性质一览表 部 分 钻 孔 , 物 理 性 质 取 土 土 样 容 重 天 然 钻 孔 ,采 取 比 重饱 和 度 孔 隙 率 液 限 塑 限 塑 性 指 相 对 稠 , 孔 隙 比 含 水 量,,干 燥天 然 ,,) ,, 深 度编 号 , , , , , , 数度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———移 的 空 间 松 散 岩 类 沉 积 物 土 体 是 其 塌 陷 体 的 , ，主 要 组 成 部 分 地 下 水 活动是其产生的主要动力 、地 下 水 水 位 波 动 对 土 层 洞隙空间产生多种 力 学效 应 和 作 用 ，也 是常 规 的 塌 陷形成的三要素 。 岩 溶 洞 隙 是 塌 陷 产 生 的 基 础 ,,, 岩 溶 洞 隙 大 多数是在漫长的历史时期中形成 ，，的 只 有 在 人 类 活 动 频 繁 地 区 强 烈 的 地 下 水 疏 排 ，作用使其岩溶 洞隙 的 充 填 物质被水流带走 为 其 塌 。陷 提 供 必 要 的 空 间 条 件 岩溶洞隙的分布和 发 育除 ，受 可 溶 岩 地 层 条 件 影 响 外 一般主要分布于 构 造断 图 岩溶腔内地下水下降速度与腔内真空压强变化曲线 ,。裂 带 和 岩 溶 破 碎 带 本 区 第四纪覆盖层下为 隐 伏奥 ， 陶 纪 马 家 沟 组 地 层 这 是 区 内 岩 溶 最 为 发 育 的 ，此 外 还 出 现 疏 水 降 压 引 起 地 震 导 致 的 塌 、洞 。,地 层 根 据 区 域 地 层 资 料 淮南地区奥陶纪马 家 开 裂 等 现 象 和 地 表 水 体 塌 陷 时 产生的旋涡现象等 沟组 。等 。灰 岩 浅 埋 区 岩 溶 最 为 发 育 根据凤台县城啤 酒 厂钻 岩 溶 塌 陷 形 成 条 件 分 析 ,，， 孔 资 料 验 证 之 间 有 溶 洞 其 中 孔 隙 ,,,:, , : ，和 处 存 在 掉 钻 现 象 岩 心 破 、岩溶 塌陷形成 要具备岩溶洞隙 一 定 厚 度 岩 溶 ,, , ,, , ::,:: , : 。，。碎 为 构 造 破 碎 带 此 外 根据八里塘煤矿矿 区 地形 盖 层 和 地 下 水 活 动 个 基 本 条 件 岩溶洞隙的存在 , ， 地 质 图 资 料 表 明 八 里 塘 煤矿的凤台陆塘断 层 为区 ，， ，， 是 塌 陷 产 生 的 基 础 为塌陷物质提供容纳场所和运 内 深 大 断 裂 倾 角 断 层 长 达 ,:,:?,::: ,: 淮南煤矿区岩溶塌陷现状及形成条件分析 ,, 、,，，为 粘 性 土 层 期 波 动 地 下 水 潜 蚀 能 力 大 于 搬 运 能 力 塌 ,,, ,,,,,,,,,, , ,,,,,,,:::陷 ,,、、,单 层 型 双 , ,,,,,,, ,,,,:,:,,, , ::，积 洞 顶 或 洞 底 堵 塞 或 削 弱了洞体与溶隙或 溶 , 。 层 型为 粉 细 砂 层 在岩 溶地区由于溶余堆积作 ，，间 的 联 系 形 成 相 对 孤 立 的 土 洞 并 能 暂 时 维 ，，用 常以 均一粘土 和含有碎石的粘土性土为主 在 。土 水 体 之 间 力 学 平 衡 当 地下水下降幅度过大 ，垂 直 剖 面 上 正常 条件下粘土含水量由上而下逐渐 ，下 水 流 速 水 力 坡 度 也 随 之 增 大 地 下 水 无 论 其 ，，增 高 土 层由坚硬 状态逐渐过渡为软塑状态 这 种 ，和 淘 空 能 力 均 大 大 加 强 其 搬 运 能 力 其 土 层 在 ， 软 土 在 地 下 水 活 动 作 用 易 于 流 失 从而形成基岩风 ，，用 下 液 化 加 速 对 岩 溶 通 道 冲 刷 作 用 土 洞 与 , 化 面 上 早 期 的 土 洞 在 基 岩 层 面 上 常 残 留 风 化 ，。迅 速 向 上 发 展 形 成 地 面 塌 陷 ， 层 也易 在地 下水的作 用下被带走而形成岩土接触结 论 ,。面的 空 洞 为 塌 陷 形 成 创 造 条 件 这种空洞或土洞从 ，,, 形成 至 地 面 塌 陷 有 时 可 能 时 间 很 短 但总的来讲土淮南 矿区 岩 溶 塌 陷类型是我国岩溶 矿 , ——，， ， 层地 面 塌 陷 都 有 溶 洞 土 洞 塌 陷 的 过 程 只 不 过 陷 最 典 型 最 齐 全 的 矿 区 从 塌 陷 类 型 塌 陷 地 。诱 发 因 素 略 有 差 异 而 已 塌 陷 成 因 上 来 说 都 具 有 代 表 。性 ， 该 地 区 土 层 厚 度 一 般 为 土 层 结 构 ,:,: ,:,, 地下 水及 其 活 动 是岩溶塌陷产生的 重 ,。对 塌 陷 形 成 也 有 明 显 影 响 浅埋岩溶松散岩类覆盖 。、，件 它 既 可 以 产 生 溶 蚀 侵 蚀 作 用 也 可 以 ，地 区 由 于上部土 层孔隙含水层与下部溶洞裂隙岩 对 、、溶 含 水 层 其 含 水 特 征 水 力 性 质 渗透性能等都存 、，层 土 体 产 生 充 数 潜 蚀 和 搬 运 作 用 改 变 上 ，在 差 异 当水位降 低时上部孔隙含水层沿下部岩溶 ，，覆 的 物 理 力 学 性 质 使 其 抗 剪 强 度 降 低 从 ，裂 隙 分 布 的 地 方 常形成地下水疏干漏斗或含水砂 ，而 加 土 洞 及 岩 溶 塌 陷 的 形 成 此外由于地下水，，层 随 着 水 位 下 降 流 入 岩 溶 洞 穴 致使改变下层土 。活 动 的 真 空 吸 蚀 作 用 同 样 加 速 塌 陷 的 形 成 。 、 层 力 学 性 质 无 论 是 天 然 含 水 量 孔 隙 比 或 饱 ,, ，该 区 的 采 矿 等 工 程 活 动 频 繁 一 定 程 , 和 ，对 地 下 水 活 动 产 生 影 响 使溶洞原有静力平 衡 ，，度 浅层 上部指标 大多数都高于下部 也 说 明 了 由 、、，改 变 增 大 致 塌 力 减 小 抗 塌 力 加 速 岩 溶 于岩 溶疏 干致使下 部土层失水使得土的力学性质和 。塌 发 生 。物 理 性 质 呈 正 常 变 化 规 律 通过工程物探勘查解译 ,, 岩溶 塌陷 是 淮 南 矿区目前存在的环 境 ,， 、 ， 表 明 该 地 区 土 层 厚 度 南 部 薄 北 部 厚 厚 度 ,域 后 才 会 引 起 垂 直 位 移 的 急 剧 增 加 回 采 工 作 面 推 ,, ，左 右后 监 测 所 得 位 移 急 剧 增 过 一 定 距 离 , , ，，加 但 是 岩 层 位 移 速 度 不 尽 相 同 特 点 是 越 向 上 越 ，,慢 这 表 明 在 各 层 覆 岩 之 间 出 现 了 离 层 利 用 覆 岩 随 时 间 位 移 变 化曲线可以计算出 工 作 面 上 覆 :,:, ，岩 层 的 周 期 来 压 步 距 分 布 区 间 本 项 目 周 期 来 压 步 ， 距 大 致 为 到 左 右 这 与 矿 区 其 他 相 ,,: , ,,,: , ,参 考 文 献 ，邻 工 作 面 来 压 步 距 大 致 吻 合 验证了所得数 据 的准 。 确 性 ，，,,何 满 潮 马 庆 云 等 开采覆岩运动 和 破 坏 汤 建 泉 ,, 规律的实验研究 ,, 中 国 煤 炭 ，,,:,,,,, , 周 宏 伟 ，谢 和 平 ，左 建 平 深部高地应力下岩石力学 , ,, , ,, ，,,力 学 进 展 行 为 研 究 :,,::, , ,,， ， 钱 鸣 高 缪 协 兴 许 家 林 岩层控制的关键 层 理 论 ,, ,, 徐 州 ,中国矿业大学出版社 ，,, ,::: 钱 鸣 高 ， 石 平 五 矿山压力与岩层控制 ,, 徐 ,,,,, , 州 ,中国矿业大学出版社 ， ,::, ,,， ,, 陈 炎 光 钱 鸣 高 中 国 煤 矿 采 场 围 岩 控 制 ,,,, 徐 州 ,中国矿业大学出版社 ， ,,,, ,,,, , 宋 振 骐 实用矿山压力控制 徐 州 中 国 矿 业 ,,,, 运输巷不同深度岩层位移绝对沉降量 图 , 大 学 出 版 社 ， ,,,, ,,， ,, , 何 满 潮 钱 七 虎 深部岩体力学基础 北 京 结 论 ,,,:, ，科 学 出 版 社 ,:,: 通过 多点位移 计实时监测了工作面回风巷和运 输 巷 顶 板 岩 层 深 范 围 内 的 岩 层 移 动 规 :,: , :, ,,, , , 作 者 简 介 王 树 忠 男 博 士 研 究 生 高 级 ,,,,)。 ，律 在开 采过 程的前期 监测所得位移变化量很小 , 。工 程 师 主要从事采矿工程技术及管理工作 ，并 呈 现 出 一 定 规 律 的 上 下 波 动 这主要是远处覆岩 ，周期 性 垮 落 对 测 点 处 覆 岩 的 影 响 当工作面推过监,,责 任 编 辑 张 毅 玲 测区 檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶 ,, ,,,,:,,,, ,,:,,,,,:,,,,, ,,,,,,:,,,,,, ,,,, ,,,,,上 接 第 页 ,,,,，,,:,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,, , ,,参 考 文 献 朱 寿 增 ， 周 建 红 ， 陈 学 军 桂林市西城区岩溶塌陷 , ,, :,,， ， 解 奕 炜 李 俊 杰 车 灿 辉 西山煤田陷落柱 形 成 之 ,,，,, 桂林工学院学报 形 成 条 件 及 主 要 影 响 因 素 :, ,, ，,,主 控 因 素 分 析 中 国 煤 炭 :,,::, ,:,,,::: ,,,,,, 陈 国 亮 中 国 岩溶塌陷的成因 与 防 治 北 京 , ,,,,,, ，,, 袁 道 先 地 质 出 版 社 中 国 岩 溶 学 北 京 , ,, ,铁 道 出 版 社 ， ,,,: ,,,,王 国 强 ， 刘 洋 ， 吴 道 祥 等 淮南矿区的环境地质问 , ,, , ,,,,， 煤田地质与勘探 题 ,::, :,, ,,， ， 桂 和 荣 陈 兆 岩 任 守 义 等 淮南市东部地区地面 , ,, 作 者 简 介 高 锡 擎 ,,, , , 男 山 东 济 宁 人 安 徽 ,,,,),,,,，沉 降 机 制 研 究 安 徽 地 质 ,,,, :,,。理工大学地质工程专业在读研究生 ,,， — 许 光 泉 沈 慧 珍 疏 降地下水引起地面塌陷浅析 , , 以淮南煤矿区为例 ,,，中 国地质灾害与防治学报 :, ,,,::, ,,,责 任 编 辑 张 艳 华 中 国 煤 炭 第 卷 第 期 年 月 ,: ,, ,:,,,, ,,