大同市地下水开采对地裂缝活动的影响.pdf

大同市地下水开采对地裂缝活动的影响 山西煤田地质勘探1 1 5 队 吕继峰 摘要通过对大同市地下水降落漏斗与地裂缝活动的相关性对比研究，找到 了地裂缝活动的 内在动力 源泉．为城市地质灾害防治和建设规划提供 了科学依据。 关键词降落漏斗；地裂缝；地质 灾害 大同市是山西省能源重化工基地，城市供水十分紧 张 ，年超采地下水上千万方，近二十年来已使地下水位 大幅度下降， 漏斗区范围覆盖了整个市区。随之诱发的 地裂缝活动频繁， 并将2 0 0 多处建筑物及管网设施错开， 直接经济损失达2 亿元人民币。 监测数据表明大同市地 裂缝的长度和数量仍在持续增长，它的存在，严重威胁 着人民生命财产安全，所以彻底查清地下水开采对地裂 缝的影响程度和作用方式 ， 并制定出切实可行的预防措 施是城市规划当务之急。 一 、大同市水源地降落漏斗分布概况 大同市东、 西、北三面环山，中部为新生代凹陷盆 地， 河湖相堆积物厚达1 0 0 0 余米，局部可达1 8 0 0 米，其 中第四纪地层厚2 0 0 3 0 0 米， 地下水开采多集中于此。 城北白马城水源地位于大同市东北御河冲积平原 上，中心水位埋深4 0 米 ，水位标高为1 0 0 4 米，开采历史 近5 0 年， 产水量日 趋减少。目前漏斗东部边界已到达水 泊寺，西部边界与时庄～马军营一线相切，北部向古店 延伸，南部边界位于大同市华严寺。漏斗中心在平面上 呈一椭圆形展布南北向长轴长约6 公里，东西向短轴长 4 公里，面积约2 O 平方公里，该漏斗中心为地裂缝延伸和 发展的优势方位。 城西时庄水源地位于大同盆地西部边山洪积扇与冲 洪积平原的交互地带，是大同矿务局的主要供水水源 地。现在濒临枯竭。漏斗南部边界已扩展到西韩岭村 北， 北部延伸到马军营，西部位于山前洪积扇后缘，东 部与南水源边界相接，漏斗中心总体形状呈亚梨形．顶 部稍微向 北突出，南北长8 公里， 东西宽4 公里， 面积2 6 平 方公里，中心处水位埋深4 7 米， 水位标高9 9 5 米， 是地裂 缝产生的西南边缘。 城南智家堡水源地位于大同市东南角御河冲湖积平 原， 虽然开采时间较短， 但地下水降落漏斗也已形成并 扩展到市区与以上两个水源地漏斗相接。该漏斗南部边 界位于小南头附近，西北部分别与城北城西两个水源地 漏斗相切，东部边界跨过御河，到达二级阶地平台， 漏 斗中心总体呈一较为规则的椭圆形， 南北向长轴长约7 公 里， 东西向短轴长3 5 公里，面积约2 2 平方公里， 漏斗中 心水位埋深4 0 米， 水位标高9 0 6 米，目前水位仍在不断下 降，但区内还未发现地裂缝活动的迹象。 除了以上三个漏斗外，城南十里河对岸的马、魏辛 庄水源地降落漏斗也正在形成雏形，沿十里河南岸二级 阶地东西向展布，水位埋深2 4 米，水位标高1 0 1 o 米，中 心区面积约6 平方公里。 二、 大同市地裂缝分布现状 1 ． 机车厂地裂缝发现于1 9 8 3 年，是本市最早活动的 地裂缝 ，起点位于城区西南房子村，经电建公司机运 站一大同机车厂一省煤田地质1 1 5 队一周家店一振兴街一 开明里一安康里一大同宾馆一水暖器材厂一南关至文庙 一 带，走向N E 5 7 。、倾向S E 、倾角6 O 。 ～ 7 O 。，应力以 水平拉张为主伴有左旋。近几年起点向西南方向延伸， 跨过十里河达到山西柴油机厂家属楼，全长7 5 公里。 2 ． 新添堡地裂缝起点位于新添堡村西菜地．向北经 机车厂文化街5 榉楼一1 0 榉楼～西三环路一南洋学校～地 税局一迎宾西路到城区炭素厂家属院， 全长3 公里， 延伸 优势方位N E 5 3 。、倾向 S E 、倾角8 3 。。 3南郊凿井队地裂缝西南端起 自市烟草公司家属 楼，经南郊凿井队一消防器材厂一儿童公园西北角一电 建公司家属楼～帅府街兰池大厦一大同报社一雁北煤管 局一雁北外贸大楼，断续出露。走向NE 3 0 。 ～ 4 0 。、倾 向S E 、倾角8 0 。，全长5 ． 5 公里，最早发现于1 9 8 4 年，目 前仍在加速发展。 4文化里地裂缝起点位于金属结构厂东北角， 经文 化里一迎泽街～建设里一大十字街西口最后到达雁运家 属楼与机电公司地裂缝汇合。走向N E 2 6 。一 4 2 。、 优势 方位N E 3 5 。、倾向S E 、 倾角8 4 。、长度由最初的1 公里， 扩展到目前的 ， 6 公里。 5振华街地裂缝发现于1 9 8 9 年大同一阳高地震之 后。发展迅速，西南端起自三江娱乐城锅炉房一商品住 宅楼群一振华街一昆仑饭店一金属结构厂一3 2 2 医院主 楼，全长1 ． 4 公里，走向N E 4 5 。 ～ 5 5 。、倾向S E 、倾角 7 4 。 ～8 0 。 。 6 ． 3 2 2 医院地裂缝起点位于新开西二路一金属结构厂 西南角一3 2 2 医院南门一3 9 1 0 0 部队家属院～大同公园西 南角一市建委车棚一雁北轻工局一粮食局一火车站， 其 走向优势方位N E 3 4 。、倾向S E 、倾角8 5 。，1 9 9 0 年前后 出现， 初期长1 ． 6 z ,v 里， 近期延伸至3 7 公里。 7机电公司地裂缝西南端起自雁同西路 ，经二医 院一机电公司～铁一中一大同四中一联合仓库一总参干 休所，全长约0 9 公里 ，走向NE 5 0 。、倾向N W、倾角 7 2 。 ，发现于1 9 9 2 年。 8安益街地裂缝起点位于外贸公司铁路专线， 过新 建北路一华云小区～木材公司一石油公司家属楼一兴华 家具厂一北关市场一交通巷一铁路洗车库～御河， 全长 2 3 公里，走向N E 7 0 。、倾向S E 、倾角8 0 。，1 9 9 4 年发 现，1 9 9 5 年活动加剧。 9 ． 铁路分局地裂缝起点位于拥军北路营房． ． 铁路分局 1 4 院～铁路医院～新华银行～跃进街一消防队～水电 段～车辆段一材料厂一同丰公路一御河二级阶地， 全长 3 9 公里，走向优势方位NE 7 0 。、倾向S E 、倾角8 0 。，最 早发现于1 9 8 3 g，1 9 8 9 年大同～阳高地震后活动加剧。 1 0 ． 周家店地裂缝起自 城西橡胶厂，经造纸厂一铸管 厂一军队干休所一邮电局～雁塔一带，全长2 7 公里，是 近期发现的又一重要地裂缝。 三、 地下水开采与地裂缝活动的相关性 从地下水漏斗形成的时间和位置来看，早在上个世 纪八十年代初期 ，由于工业的飞速发展，供水量猛增， 城区东西水源地的补排关系严重失衡，水位持续下降， 降落漏斗于1 9 8 3 g形成后向市区扩展。恰在此时，机车 厂地裂缝和铁路分局地裂缝分别从二个漏斗中心开始活 动，引起当时人们的一片恐慌， 但多数的观点认为这与 盆地深都的基底断裂活动有关，随即地震部门开始建站 观测地裂缝的活动规律。1 9 8 9 年大同 一 阳高地震后3 2 2 医 院、 文化里、南郊凿井队以及振华街地裂缝相继产生． 人们将更多目光投向深部断裂的研究。但随着资料的日 积月累，人们普遍形成了共识 每当用水高峰期来临， 南曩 工 料技 2 0 0 4 年第 3 期 圃 维普资讯 学 术 研 讨 离心风机不对中现象的振动测试与故障分析 胜利油田现河采油厂 王志强 张春来 闰华 周卫东 摘要本文对石油化工总厂离心风机进行了振动信号测试，分析了离心风机的不对中故障现象。 关键词风机； 振动；不对中；故障； 诊断 主风机组是石油化工总厂的关键生产设备。离心 主风机的故障将严重影响生产，甚至会造成重大事 故。因此离心主风机的状态监测和故障分析是保证安 全生产的重要措施。 1 、离心主风机主要性能参数 轴功率5 3 7 5 K W，设计流量1 3 5 0 N m ／ m i n ，进L _】 压 力 0 0 9 6 M p a ， 出 1 2 1 压 力 0 3 6 3 M p a ， 工 作 转 速 5 8 3 7 f ／ m i n ，第一临界转速2 8 0 0 r ／ mi n ，第二临界转速 8 9 5 0 r ／ m i n ，离心主风机振动正常值 4 号轴承处轴振 动 6 0 tx m，离心主风机振动报警值 4 号轴承处轴 振动 8 8 tx m 。 该主风机组在1 9 9 9 年度检修前运行一直比较平 稳，轴振动在允许的6 0 tx m 范围内。检修后于1 9 9 9 年 7 月开机时，各监测点的振动值正常，均在允许范围 内。但进入9 月份后 ， 机组振动逐渐加剧 ， 4 点测到的 轴振动尤为严重，已接近机组报警值 8 8 tx m 。哇 I 于 离心风机是生产的关键设备，它的故障停车会造成整 个生产流程的停顿，从而给企业造成巨大的经济损失 并威胁到炼厂的安全生产，因此急需找到主风机组振 动不断加剧的原因并提出相应的维修决策。 地裂缝总是在扩张并向东西两侧漏斗中心延伸；用水高 峰期一过或降水偏多时，地裂缝就停止了活动或者是活 动量降低、频率减少。这种现象在年际、年内的变化趋 势明显，经国家地震局、西安地质学院及大同市地震局 的反复研究， 一致认为抽取地下水引起地裂缝活动量 占总量的6 0 ％以上 ，成为主要的致灾原因．至此历经二 十年的大同市地裂缝研究取得了初步成果， 但抽水究竟 是何种形式引起地裂缝活动量增加仍是目前需要查明的 课题，因为这涉及到今后城市防灾措施的制定和建设方 案的规划。 四、 地下 水开采 引起地裂缝活动 的力学机制 大同市周围的水源地都是把冲洪积砂砾层作为开采 对象，各含水层之间均有泥质隔水层．初期承压性好， 出水量较大。随着抽水时间延长， 含水层水位下降，孔 隙水压力减弱， 有效自重压力逐步增加，含水层颗粒物 质的接触方式发生改变，由点 ～ 点式接触向点 ～ 面式、 面～ 面式调整。按耗散结构体系在静储量疏干时细颗粒 物质在含水层内首先发生偏转运移， 沿流速最大的场域 重新调整位置，当遇到拐点或孤岛状汇点时，充填其间 的孔隙，在宏观上将使含水层的密实度增加、孔隙率降 低， 体积缩小， 并且这种作用是不可逆的。该阶段地表 反应为地裂缝开始出现，数个含水层相继发生调整后， 垂向上有效自重压力会大幅度提高， 不仅含水层体积缩 小， 就连隔水层也要脱水固结。隔水层组成物质的颗粒 细小，以粉土、粉质粘土及粘土为主。次固结作用须较 长时间，一但固结作用开始， 持续时间会延续到数年， 此过程对应地裂缝扩张阶段。 按大同市地裂缝的活动特征现在当属隔水层的固结 沉降期，随着城西城北漏斗范围的不断扩大，中心区域 囤 lI工 科 技 2 0 0 4 年第 3 期 2 、振动测试 2 1 振动测点布置现场振动测试分为两个过程 1 利用主风机组自身配置的振动监测系统进行各测 点轴振动的测试及显示，振动信号由各个轴承座处互 成9 0 。安装的两个 电涡流位移传感器测得 ，使用 P L 3 0 2 双通道数据采集器及频谱分析仪采集振动信号 合成轴心轨迹图； 2 使用MO V I L O G 数据采集器对 主风机组各个轴承座处的振动进行了测试分析并作了 详细的历史记录， 传感器采用压电式加速度传感器。 参考相应的国家标准及有关经验，选取传递离心力和 主风机基本负荷的各个轴承座为振动测点，对每个测 点水平、 垂直和轴向三个方向分别进行了振动测试， 测试信号分别以H、v 、朦 示．主风机组测点布置如 图1 所示。 图1主风机组及振动测点布置示意图 沉降量向北东一 ， 南西向倾斜 ，成为地裂缝发展的优势方 位，与大同盆地的区域应力场重合。过去有不少人认为 深层地震是地裂缝产生的动力源泉，其依据是大同． ． 阳高 地震后地裂缝突然增加。最近中科院的测试表明抽水 引 起的地裂缝也具潜伏期，只有当水平拉应力突破地层 的抗拉强度后， 才显现地表。地震的剪切波一方面削弱 了地层的抗拉强度，另一方面使水位骤然升降产生附加 重力加速度， 使地层在震动的同时，沿既有的裂隙扩张 延伸， 从这个角度讲地震不是动力源泉，而是诱发地裂 缝加速发展的外在因素，因为纵然不发生地震．现在地 裂缝仍在持续增长。 五 、 地裂缝防治措施 I减少人为因素影响， 对城区及近郊地下水开采实 行有计划的统一管理 ， 严禁过量集中采水， 给既有水源 地以休生养息的机会 ． 大力推广地表节水工程．积极寻 找新的水源。 2 ． 对直接跨越地裂缝的建筑物进行拆除改造， 避免 人员伤亡，对跨在发展较慢的地裂缝上的建筑物可以用 钢架做整体式加固处理， 管网工程应加设预应力装置。 3 ． 对于未建的规划工程 ， 尽量实行避让措施，以不 跨越为主，在大的地裂缝两侧应预留5 0 1 0 0 米的安全 带。 4增设地裂缝监测站，做到及时发现及时报告，提 前治理。 [ 参考文献] 略 作者简介吕继峰 1 9 7 0 一男，工程师，1 9 9 2 年 毕业于中国矿业大学水文地质专业。 维普资讯