1、华北科技学院毕业设计( 论文)- 1 -2010 届华北科技学院本科毕业设计（论文）全套图纸加 153893706设计题目： 呼和乌索尔林兔矿 8Mt 矿井设计 专题题目： 沙漠及沙漠化生态脆弱区绿色采煤新方法研究 姓 名： 学 号： 专业班级： 采矿工程 B06-3 班 系(部、院) 安全工程学院 指导教师： 2010 年 06 月 18 日呼和乌索尔林兔矿 8Mt 矿井设计- 2 -2010 届本科毕业设计（论文）任务书姓名： 专业： 采矿工程 班级： 任务下达时间： 3 月 20 日 任务完成时间： 6 月 18 日毕业设计（论文）题目：神东公司呼和乌索尔林兔矿 8 Mt/a 新井设计专
2、题题目:沙漠及沙漠化生态脆弱区绿色采煤新方法研究题目主要内容： 1 矿区概述及井田地质特征； 2 井田境界及储量；3 矿井工作制度和设计生产能力； 4 井田开拓；5 带区巷道布置； 6 采煤方法；7 井下运输； 8 矿井提升；9 矿井通风与安全； 10 设计矿井基本技术经济指标。目的要求、主要技术指标：1. 对所学的基础理论知识和专业理论知识进行一次系统总结，并结合实际条件加以综合运用。2. 巩固并加大所学知识及技能，培养和提高分析解决问题的能力及素养。3. 提高科技论文写作能力和科研能力。4. 培养善于理论联系实际、尊重科学和实践的良好思想作风、工作作风。应完成的主要任务：1.编写毕业设计说
3、明书一份，详细说明设计一般部分大纲内容。要求字体工整，并附有必要的插图，要求 140160 页左右。2.毕业设计图纸：要求学生独立完成与毕业设计说明书配套的毕业设计图纸 5 张。专题部分内容。1.说明国内外对绿色开采技术的学术理论、研究现状和存在的问题，对这个问题进行评价并提出研究有什么理论意义和实际意义；2.根据现场实际的经验结合理论着重阐述现阶段绿色开采技术的进展情况，并针对实际情况提出相应的预防防治措施；3.就此研究提出自己的观点和见解，并说明有哪些可以进一步提升的空间；4.对自己提出的理论进行模拟实验，论证此项研究所将达到的目标。主要参考文献：1 杜计平.开采方法.中国矿业大学出版社
4、2 刘过兵.采矿设计指导.煤炭工业出版社3 钱鸣高 刘听成.矿山压力及其控制.煤炭工业出版社4 张国枢.通风安全学.中国矿业大学出版社指导教师： 教研室主任： 华北科技学院毕业设计( 论文)- 3 -毕业设计（论文）指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量； 总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成绩： 指导教师（职称）： （ ）年 月 日呼和乌索尔林兔矿 8Mt 矿井设计- 4 -注：毕业设计（论文）成绩等级实行五级记分制，即优秀、良好、中等、及格、不及格。毕业设计（论文）评
5、阅教师评阅书华北科技学院毕业设计( 论文)- 5 -评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成绩： 评阅教师（职称）： （ ）年 月 日注：毕业设计（论文）成绩等级实行五级记分制，即优秀、良好、中等、及格、不及格。呼和乌索尔林兔矿 8Mt 矿井设计- 6 -毕业设计（论文）答辩委员会记录专业学生 于 年 月 日进行了毕业设计（论文）答辩。学生答辩提交的材料有：设计（论文）说明书 份，共 页，设计图纸 张，其他材料有 。答辩小组评语及其建议成绩答辩
6、组组长： 建议成绩： 成员： 、 、 、 、 根据学生所提交的材料、评阅人评语、指导教师评语和学生答辩情况，毕业设计（论文）答辩委员会研究评定，给予该生毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会主席： 系（部、院）公章年 月 日华北科技学院毕业设计( 论文)- 7 -设计总说明本设计分为两个部分：一般部分和专题部分。一般部分为神华神东呼和乌索尔林兔矿井设计，全篇共分十个部分：矿井概述及井田地质特征、井田境界和储量、矿井工作制度和设计生产能力以及服务年限、井田开拓、带区巷道布置、采煤方法、井下运输、矿井提升、矿井通风及安全和设计矿井主要经济技术指标。神府东胜矿区位于鄂尔多斯高原的东南部及陕北黄土高原北
7、缘和毛乌素沙漠的东南边缘，呼和乌索尔林兔矿即位于神府东胜矿区南面。矿井平均走向长度为 11 km，平均倾向长度为 7.4 km，面积为 8.1410 ，煤层平均倾角为 1.2。井田内可采煤7层为 2 层，即为 1 煤层和 4 煤层，其中主采煤层为 1 煤层，该煤层赋存稳定，平22 2均厚度 6.3 m，平均倾角为 1.2，为近水平厚煤层。4 号煤层为局部可采煤层，且离 1 号煤层的层间距为 98 m，距离较远，故本设计只针对 1 号煤层，4 作为后期 22的开采煤层。井田内工业储量为 8.32 亿吨， 可采储量 6.04 亿吨。矿井平均涌水量为70 m/h，相对瓦斯涌出量为 1.81 m/t，
8、属于低瓦斯矿井，煤层无煤尘爆炸危险性和自燃发火倾向性。呼和乌索尔林兔矿设计生产能力为 8 Mt/a，服务年限为 58.2 年。采用斜井单水平开拓，水平标高为+230。矿井采用大采高一次采全厚综合机械化采煤方法。矿井采用条带采煤法，布置一个综采工作面保证全矿井的产量，工作面长度为 340 m，煤的运输采用 B=1600 m 带式输送机运输。矿井通风方式采用两翼对角式通风。专题部分为沙漠及沙漠化生态脆弱区绿色采煤新方法研究。关键词：矿井设计，采煤方法，通风安全。呼和乌索尔林兔矿 8Mt 矿井设计- 8 -AbstractThe design is divided into two parts: a
9、 general part and special part. Generally part of Shenhua Shendong mine design calls and Wusuoerlin rabbit, all articles is divided into 10 sections: Overview and Ida mine geological features, Ida realm and reserves, mine production and the work system and design service life, develop Ida with area
10、roadway layout, mining methods, underground transport, Mine, mine ventilation and mine safety and design of the main economic and technical indicators. Shenfudongsheng mine is located in the southeastern part of the Ordos Plateau and the Loess Plateau and the northern edge of Mu Us Desert in the sou
11、theast edge of the rabbit respiratory and Wusuoerlin mine is located south of Shenfudongsheng mine. The average length of mine to 11 km, the average tendency length 7.4 km, an area of 8.14 10 square meters, the average coal seam inclination 1.2 . Mine coal layer within layer 2, namely a coal seam an
12、d 4 seam, which is a major coal seam coal seam, the coal seam and the mean thickness of 6.3 m, the average inclination of 1.2 , the horizontal seam. No. 4 seam coal layer as partial, and coal from the 1, layer spacing of 98 m, distance, so the design only for the 1st coal seam, 4 seam mining as late
13、. Ida of industrial reserves of 832 million tons, recoverable reserves of 604 million tons. The average water yield of mine was 70 m / h, the relative gas emission is 1.81 m / t, a low-gas mine, coal dust explosion hazard-free and spontaneous combustion tendency. Hu and Wusuoerlin mine design capaci
14、ty of rabbit 8 Mt / a, length of service was 58.2 years. Using a single lever shaft, level elevation to +230. Mine with high mining all large mining mechanized mining methods thickness. Mine by strip mining method, layout of a fully mechanized coal face in the whole mine production, face length of 3
15、40 m, the transport of coal use B = 1600 m belt conveyor. Mine ventilation air with two wings on the roles. Thematic part of the desert and desertification of green eco-fragile area in the new mining method. Key words: mine design, mining methods, ventilation and safety.华北科技学院毕业设计( 论文)- 1 -目 录目 录 .-
16、 1 -前 言 .- 2 -一般部分1 矿区概述及井田地质特征 .- 3 -1.1 矿区概况 - 3 -1.1.1 矿区地理位置及地形特点 .- 3 -1.1.2 矿区气候条件 .- 3 -1.1.3 矿区生态环境特征 .- 4 -1.1.4 矿区水文情况 .- 6 -1.2 井田地质特征 - 8 -1.2.1 井田地貌 .- 8 -1.2.2 井田地质构造 .- 8 -1.3 煤层特征 - 11 -1.3.1 煤层 .- 11 -1.3.2 煤层顶、底板 .- 11 -1.3.3 煤质 .- 11 -1.3.4 瓦斯及煤的自燃 .- 11 -2 井田境界和储量 .- 12 -2.1 井田境界
17、 - 12 -2.1.1 井田范围 .- 12 -2.1.2 开采界限 .- 12 -2.1.3 井田尺寸 .- 12 -2.2 矿井工业储量 - 12 -2.2.1 储量计算基础 .- 12 -2.2.2 井田地质勘探 .- 13 -2.2.3 工业储量计算 .- 13 -2.3 矿井可采储量 - 14 -2.3.1 安全煤柱留设原则 .- 14 -2.3.2 矿井永久保护煤柱损失量 .- 14 -2.3.3 矿井可采储量 .- 16 -3 矿井工作制度，设计生产能力及服务年 限 .- 17 -3.1 矿井工作制度 - 17 -3.2 矿井设计生产能力及服务年限 - 17 -3.2.1 确定
18、依据 .- 17 -3.2.2 矿井设计生产能力 .- 17 -3.2.3 矿井服务年限 .- 17 -3.2.4 井型校核 .- 18 -4 井田开拓 .- 19 -4.1 井田开拓的基本问题 - 19 -4.1.1 确定井筒形式、数目、位置及坐标 .- 19 -4.1.2 工业场地的位置 .- 21 -4.1.3 开采水平的确定及采区划分 .- 21 -呼和乌索尔林兔矿 8Mt 矿井设计- 2 -4.1.4 主要开拓巷道 .- 21 -4.1.5 方案比较 .- 21 -4.2 矿井基本巷道 - 26 -4.2.1 井筒 .- 26 -4.2.2 井底车场及硐室 .- 32 -4.2.3
19、主要开拓巷道 .- 34 -5 准备方式 .- 37 -5.1 煤层地质特征 - 37 -5.1.1 带区位置 .- 37 -5.1.2 带区煤层特征 .- 37 -5.1.3 煤层顶底板岩石构筑情况 .- 37 -5.1.4 水文地质 .- 37 -5.1.5 地质构造 .- 37 -5.1.6 地表情况 .- 37 -5.2 带区巷道布置及生产系统 - 38 -5.2.1 带区准备方式的确定 .- 38 -5.2.2 带区巷道布置 .- 38 -5.2.3 带区生产系统 .- 39 -5.2.4 带区内巷道掘进方法 .- 40 -5.2.5 带区生产能力及采出率 .- 40 -5.3 带区
20、车场选型设计 - 42 -6 采煤方法 .- 43 -6.1 采煤工艺方式 - 43 -6.1.1 带区煤层特征及地质条件 .- 43 -6.1.2 确定采煤工艺方式 .- 43 -6.1.3 回采工作面参数 .- 43 -6.1.4 采煤工作面破煤、装煤方式 .- 44 -6.1.5 采煤工作面支护方式 .- 47 -6.1.6 端头支护及超前支护方式 .- 48 -6.1.7 各工艺过程注意事项 .- 49 -6.1.8 采煤工作面正规循环作业 .- 51 -6.2 回采巷道布置方式 - 53 -6.2.1 回采巷道布置方式 .- 53 -6.2.2 回采巷道参数 .- 54 -7 井下运
21、输 .- 56 -7.1 概述 - 56 -7.1.1 矿井设计生产能力及工作制度 .- 56 -7.1.2 煤层及煤质 .- 56 -7.1.3 运输距离和货载量 .- 56 -7.1.4 矿井运输系统 .- 56 -7.2 带区运输设备选择 - 58 -7.2.1 设备选型原则 .- 58 -7.2.2 带区运输设备选型及能力验算 .- 58 -7.3 大巷运输设备选择 - 61 -华北科技学院毕业设计( 论文)- 3 -7.3.1 主运输大巷设备选择 .- 61 -7.3.2 辅助运输大巷设备选择 .- 61 -7.3.3 运输设备能力验算 .- 62 -8 矿井提升 .- 64 -8.
22、1 矿井提升概述 - 64 -8.2 主副井提升 - 64 -8.2.1 主井提升 .- 64 -8.2.2 副井提升 .- 65 -9 矿井通风及安全 .- 66 -9.1 矿井地质概况 - 66 -9.1.1 矿井地质概况 - 66 -9.1.2 开拓方式 .- 66 -9.1.3 开采方法 - 66 -9.1.4 变电所、充电硐室、火药库 .- 67 -9.1.5 工作制、人数 .- 67 -9.2 矿井通风系统的确定 - 67 -9.2.1 矿井通风系统的基本要求 - 67 -9.2.2 矿井通风方式的选择 .- 67 -9.2.3 矿井主要通风机工作方式选择 .- 68 -9.2.4
23、 带区通风系统的要求 .- 69 -9.2.5 工作面通风方式的选择 .- 69 -9.3 矿井风量计算 - 71 -9.3.1 工作面所需风量的计算 .- 71 -9.3.2 备用面需风量的计算 .- 73 -9.3.3 掘进工作面需风量 .- 73 -9.3.4 硐室需风量 .- 75 -9.3.5 其他巷道所需风量 .- 75 -9.3.6 矿井总风量 .- 75 -9.3.7 风量分配 .- 76 -9.4 矿井通风阻力计算 .- 79 -9.4.1 矿井最大阻力路线 .- 79 -9.4.2 矿井通风阻力计算 .- 80 -9.4.3 矿井通风总阻力 .- 82 -9.4.4 两个时
24、期的矿井总风阻和总等积孔 .- 82 -9.5 矿井通风设备的选择 - 83 -9.5.1 选择主要通风机 .- 83 -9.5.2 电动机选型 .- 85 -9.6 安全灾害的预防措施 - 85 -9.6.1 “一通三防”安全技术措施 - 85 -9.6.2 防透水安全技术措施 .- 88 -9.6.3 工作面支护及顶板管理安全技术措施 .- 88 -9.6.4 工作面出口维护、支柱回撤及端头作业安全措施 .- 89 -9.6.5 采煤、割煤安全技术措施 .- 91 -9.6.6 采面刮板输送机安全技术措施 .- 92 -呼和乌索尔林兔矿 8Mt 矿井设计- 4 -9.6.7 拉转载安全技术
25、措施 .- 93 -9.6.8 用单体支柱吊支架，清理支架推移大杆安全技术措施 .- 93 -9.6.9 巷道管理 .- 93 -9.6.10 运料、搬运安全技术措施 .- 94 -9.6.11 乳化液泵站管理措施 .- 95 -9.6.12 过断层带、顶板破碎带安全技术措施 .- 95 -9.6.13 爆破安全技术措施 .- 96 -9.6.14 机电 .- 97 -9.6.15 其它安全技术措施 .- 97 -10 设计矿井基本技术经济指标 .- 99 -参考文献 .- 100 -专题部分沙漠及沙漠化生态脆弱区绿色采煤新方法研究 .- 103 -摘要 .- 103 -致 谢 .- 114
26、-华北科技学院毕业设计( 论文)- 1 -一般部分呼和乌索尔林兔矿 8Mt 矿井设计- 2 -前 言毕业设计是我们学生综合运用所学知识的一个重要实践过程，也是体现一个大学生四年来所学知识的归纳总结和运用能力，是一次对我们的综合素质及能力的培养。通过毕业设计可以锻炼和提高我们分析问题、解决问题的能力，培养和锻炼我们调查研究、查阅和运用科技资料从事科学研究的能力。采矿工程毕业设计是我们采矿专业学生对所学的基础理论知识和专业理论知识进行一次系统地总结，并结合实际条件加以综合运用，以巩固和扩大所学的知识，巩固和发展我们的运算和绘图的工程技能，培养和提高我们分析和解决实际问题的能力和素质，丰富我们的生产
27、实际知识。在毕业设计中，通过对某一理论或生产实际问题的深入分析研究，培养、锻炼和提高我们的科技论文写作能力和科研能力。本次设计是综合实际矿山条件，并在知道老师的帮助下适当降低难度的一次工程设计。通过此次设计，使我们对矿山工作有了进一步的了解和掌握。以为我们将来投身中国矿山事业注入了生机和活力。由于本人现有的所学知识有限，所以在本设计中难免出现错误和不足，希望各位老师和同学们给予批评指正。华北科技学院毕业设计( 论文)- 3 -1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概况1.1.1 矿区地理位置及地形特点神府东胜矿区位于鄂尔多斯高原的东南部及陕北黄土高原北缘和毛乌素沙漠的东南边缘，其地理坐标在北纬
28、 3852至 3941，东经 10951至 11046之间。总的地形呈西北高、东南低，海拔一般为 10001300 m，平均海拔在 1200 m 左右，矿区北部东胜梁呈东西向展布，标高为 14001500 m。形成南北向河流的分水岭。矿区东部及东北部为黄土丘陵山区，区内沟壑纵横，形成梁峁、沟壑和土原三种地貌。矿区内不少地区为继续流动沙及半固定沙所覆盖，一般沙层几米到十几米，也有的地方可厚达 5060 m。图 1.1 神东矿区地理位置图1.1.2 矿区气候条件矿区属大陆性干旱气候，其基本特征是冬季严寒，夏季炎热，春季多风，秋季凉爽，冷热多变，温差悬殊，风沙频繁，无霜期短，冰冻期长，冬季干旱，夏季
29、暴雨，雨季集中，蒸发强烈；年平均蒸发量是年平均降雨量的 4.556.72 倍。 呼和乌索尔林兔矿 8Mt 矿井设计- 4 -矿区内水资源贫乏，风积沙一般厚度较小，透水而不含水，在矿区只有零星的几处水源，大部分区域均为风积沙覆盖，本身不具备储水条件。 矿区内较好的储水地层为萨拉乌苏组砂层，主要分布于石圪台大柳塔一线及柠条塔南部区，于低洼处富水性好，且该地层有较好的储水结构。但该组地层在矿区零星分布，分布面积较小能形成一定的储水水量的区域少，砂层大部分区域虽具备一定水量，但分布面积较小而不具有对大气降水的调节能力，无法使用。矿区砂砾层仅有极个别的区域在雨季或冰雪消融的时候，冲沟内有一定的储水量，但
30、由于没有储水结构，再加上矿区构造简单，基岩裂隙基本不发育，在基岩内没有储水空间，所以一进入干旱季节，几乎无水。矿区内仅有极少部位存在基岩裂隙水，但水量较小，不具有利用价值，根据煤矿开采过程涌水量的观测，一个工作面的基岩裂隙水仅为每小时 10 方左右。矿区内生态脆弱，地广人稀，基础设施薄弱，土壤偏碱性，有机质含量较低，大部分区域是沙漠、空地；在沙漠化地区植被的生长主要依赖的是大气凝结水，当空气中水汽的相对湿度达到 100%时或水汽的温度下降到低于露点时，水汽即凝结成为凝结水；凝结水的水量是极少的，所以在沙漠化地区的植被往往长得稀稀拉拉，树木时有越长越小的现象。水土流失和沙漠化严重，水土流失主要有
31、水力侵蚀、风力侵蚀和重力侵蚀，水力侵蚀有面蚀、沟蚀和冲沟侵蚀三种不同的形式；由于矿区内土质疏松，植被稀少，地表主要以风积沙为主，没有储水能力，导致了矿区内干旱季节严重缺水，雨季又洪涝，大气降水往往携带泥沙造成水土流失；矿区特定的地貌、气候、土壤等因素的相互作用，使水力、风力、重力侵蚀相伴而生，加剧了矿区的水土流失。矿区土壤侵蚀的强度由西北到东南逐渐增大。矿区沙漠化地可分为强度沙漠化土地、中度沙漠化土地、轻度沙漠化土地和潜在沙漠化土地。沙漠化土地面积约占全区总面积的 57%。如果把东南部的黄土丘陵区不统计在内的话，本区沙漠土地比例可达 73%。从宏观角度讲，矿区可称得上是沙漠化土地。轻度、强度、
32、中度沙漠化土地面积占矿区土地总面积的比例分别为 27%、16%和 14%。1.1.3 矿区生态环境特征（1）生态环境的过渡性矿区地处陕蒙接壤区中心地带，在地貌上处于鄂尔多斯高原与黄土高原的交接地带，北有毛乌素沙地，南有黄土高原，是黄土高原地貌演化的典型过渡地带，为水蚀和风蚀共同作用形成的地貌盖沙黄土丘陵和风蚀黄土丘陵，如图 1.2 所示。沟谷两岸的山坡上基岩直接裸露，基本没有土壤发育。由于地貌、土壤的过渡性特征，原始植被种类单调。华北科技学院毕业设计( 论文)- 5 -超 上 下 班 级 大 国 图 1.2 矿区原始地貌及分布范围（2）生态环境的波动性由于矿区处于鄂尔多斯高原与黄土高原的交接地
33、带，生态环境波动性十分明显，主要表现在以下几个方面：一是年际间与年内降水分配极不均匀，年平均降水量362mm，主要集中在 69 月，78 月约占全年降水量的 55%，6 月和 9 月约占全年的20%，69 月约占全年降水量的 3/4；二是降水常以暴雨的形式出现，一场暴雨占全年降水量的 1/31/7，且突发性强；三是热量指标变化剧烈，年平均气温 7.3，极端最高温度 38.9，最低温度30.7，年平均气温差较大，一般 13.214.9, 极端可达 69.6；四是大风为矿区常见灾害，年平均风速 3.2m/s，最大风速 24m/s，年大风日数 1315d，最多 37d，大于 5m/s 的起沙风 70
34、d。因此，矿区的气候条件波动性大、突发性强。（3）生态环境的脆弱性生态脆弱性是指生态系统在受到干扰时，容易从一种状态转变为另一种状态，而且一旦改变很难恢复到初始状态。由于矿区位于黄土丘陵与毛乌素沙漠之间，沙漠化及潜在沙漠化土地面积约占总面积的 85%。沙漠的多次侵袭，形成独特的土壤理化性质，土壤颗粒组成较粗，疏松无结构，储水保肥能力差，一遇水流，土体迅速崩解，土粒易分散。加之矿区的暴雨、大风等气候因素，土壤的理化性质与这些因素相互作用，必然导致严重的土壤侵蚀。黄河一级支流窟野河上游乌兰木伦河流经矿区，季节性暴雨、极易侵蚀的岩屑黄土使这里成为严重的水土流失区和黄河粗沙物质的重要来源区，侵蚀模数高
35、达900013000t/akm 2，地面沟壑纵横，支离破碎。同时，风蚀风积作用十分强烈，流动沙丘广布，风蚀区面积占总面积的 70%。除沟谷区、河谷低地区外，潜水埋深可达2030m，地表水贫乏，地下水不能被植物利用。这些条件和因素使矿区的生态环境十分脆弱。（4）生态环境的敏感性呼和乌索尔林兔矿 8Mt 矿井设计- 6 -生态环境的敏感性突出表现形式是主导因素的改变而使环境发生变化。矿区的生态敏感性表现在两个方面，一是由于自然气候条件改变导致的环境变化，如由于矿区降水集中，无雨持续时间长，土壤抗旱能力差，特别容易发生灾难性的干旱，导致植被的死亡；二是由于矿区开发引起的自然条件，如地下水位、地表状态
36、的改变和废渣、废水排弃等导致的环境污染所引发的生态环境变化。（5）生态环境潜在危险区从以上的分析不难看出，矿区是典型的生态脆弱带，由于生态环境具有很高的波动性、脆弱性、敏感性和很低的抗可逆性、承受能力和自我恢复能力，因此是生态环境的潜在危险区。矿区开发建设过程中一旦生态环境遭到破坏，靠自身的能力需要相当长的时间才能恢复，甚至有可能永远都不能恢复，导致环境的逆向演变与恶性循环，从而使生态系统彻底破坏。这是多种自然条件和矿区开发建设导致的环境变化特点决定的。神东矿区若按传统的采煤方法、走传统的矿区建设路子，势必造成： 区域性地下水位下降，致使部分地表植被难以汲水而死亡，并进一步引起沼泽和湿地干涸、
37、土壤沙化、水土流失等一系列问题； 当地原本脆弱的生态环境可能因此而遭到毁灭性的破坏； 水资源供应将会出现杯水车薪的严重不足状况；据预计，到 2020 年，神东矿区对水资源的需求量高达 112.26153.06 万 m3d，相当于 23 个百万人口规模的特大城市的全部需水量。总之，如果不研发新型的开采方法和环境建设技术，在生态环境十分脆弱的神东矿区进行大规模的煤炭开采，必将会造成生态环境恶化及矿区综合经济效益降低等一系列后果。1.1.4 矿区水文情况含水层特征如表 1.1 所示。神东矿区降水一般为富含氧和二氧化碳的重碳酸水，具有较强的溶蚀能力，水质以 HCO3-Ca 型为主，矿化度较低，碳酸盐类
38、含量较高；降水渗入砂层后，主要溶蚀砂层中的碳酸盐类矿物；在渗入基岩裂隙时，因 Ca2+吸附于岩石裂隙面的能力较强，水中的 Ca2+置换岩石的 Na+，使地下水中的 Na+增多。而基岩裂隙水因其流动性较差，长期溶解岩石后，使基岩裂隙水中溶解盐类含量明显增高（矿化度增高） ，以中性和弱碱性为主。表 1.1 含水层特征地下水类型 水质 岩性 含水层厚度（m） 矿化度(g/L)富水性华北科技学院毕业设计( 论文)- 7 -第四系河谷冲积层潜水 HCO3-Ca 或Ca，Na 泥砂、中粗砂砾石 1-10 0.25-0.35 富水性中等到弱续 表 1.1 含水层特征第四系上更新统萨拉乌苏组潜水 HCO3-C
39、a 或 Ca，Mg粉细砂、中粗砂，局部底部含砾石 10-20 0.16-0.30弱-中等富水性第四系下更新统三门组沙砾层潜水HCO3-Ca上部局部为浅红色土，含水层为下部的砂砾石层 0.10-27.48 小于 0.30富水性中等-强侏罗系中统直罗组裂隙潜水-承压水HCO3-Ca 或 Ca，Mg 中粗粒长石砂岩 10-30 0.21-0.37 富水性 弱侏罗系中下统延安组裂隙承压水浅部为 HCO3-Ca 或Ca，Na，至深部变为 Cl-Na中粗粒砂岩为主，次为细砂岩、粉砂岩和泥岩浅部16.16-31.39深部69.56-127.880.214.50富水性极弱神东矿区地下水的水质化学特征如表 1.
40、2 所示。由地下水水质化学特征可知： 矿井水的主要超标项是浊度、悬浮物、油类等，其 PH 值、矿化度、硫酸根和氯化物等指标与地下水水质分析相应指标略有升高，但不超标； 矿井水在形成过程中，酸浓度变化不大，不可能导致矿井水的化学性质发生较大变化； 神东矿区矿井水应划为一般悬浮物矿井水类型，可以通过过滤或吸附过程得到较好的处理。表 1.2 地下水的水质化学特征分析项目 单位 第四系松散层潜水 基岩水 地表沟流水(K+Na+)mgL-1 1.8439.33 20.01425.96 14.6936.65(Ca2+) mgL-1 35.2756.91 34.4755.31 34.8351.67(Mg2+
41、) mgL-1 8.2614.58 2.4323.81 10.6915.78(Cl-)mgL-1 4.0020.00 4.00555.00 4.0025.00(SO42-) mgL-1 0.0024.00 14.00100.00 13.9930.00呼和乌索尔林兔矿 8Mt 矿井设计- 8 -(HCO3-)mgL-1 159.80249.56 165.97268.47 165.97233.4总硬度 德国度 7.409.08 5.3811.10 7.8710.07永久硬度 德国度 0.000.22 0.00 0.001.96续 表 1.2 地下水的水质化学特征侵蚀性(CO2)mgL-1 0.00
42、6.89 4.616.92 0.00PH 值 7.287.89 7.4011.66 7.78.28样品数量 11 11 41.2 井田地质特征1.2.1 井田地貌神府东胜矿区是神东煤田的一部分，矿区南北长约为 3890km，东西宽约为3555km，面积约为 3481km2；位于晋、陕、蒙三省接壤处鄂尔多斯大型聚煤盆地的东北部，地处鄂尔多斯高原的毛乌素沙漠区，地表为流动沙及半固定沙所覆盖，最厚可达 2050m，沙漠化及潜在沙漠化土地面积约占总面积的 85%。矿区平均海拔高度为+1200m 左右，属典型的半干旱、半沙漠的高原大陆性气候，一般冬季严寒，夏季枯热，春季多风，秋季凉爽，昼夜温差悬殊，风沙
43、频繁，干旱少雨，蒸发强烈，年降雨量平均为 194.7531.6mm，年蒸发量为 2297.42838.7mm，是降水量的 67 倍；由于地形地貌的原因，降水大部分形成地表径流而流失，渗入岩土层的不足 15%。因为缺水，区内的自然环境已从公元五世纪的肥沃草原环境退化成今天的亚沙漠环境，形成独特的土壤理化性质（颗粒较粗，疏松无结构，易崩解分散，储水保肥能力差） ，加之暴雨、大风等气候因素，必然导致严重的土壤侵蚀，使矿区生态环境十分脆弱。本矿区基岩顶部风化岩层厚度为 3.2210.00m，平均 5.66m；风化程度自上而下逐渐减弱，依据风化程度强弱，将风化岩层分为上下两层，上层为强风化岩层，下层为中
44、弱风化岩层。强风化岩层呈黄色，岩石疏松易碎，厚 2.704.89m，平均 3.13m；中弱风化岩层呈黄绿灰黄色，岩石原始结构保留，具有一定强度，厚 1.055.11m，平均 2.57m。依据勘探资料分析，基岩顶部风化岩层厚度与基岩面起伏形态有关，在基岩面隆起区，由于其先期暴露地表时间长，后期覆盖层薄，风化作用相对强烈，故风化岩层厚度大，而在基岩面低凹区的坑洼处，由于其遭后生剥蚀程度强烈，因而形成两种情华北科技学院毕业设计( 论文)- 9 -况，一是其上部已形成风化层遭剥蚀，二是其覆盖层厚，风化作用较隆起区相对为弱，故风化层薄。1.2.2 井田地质构造神东矿区总体以单斜构造为主，地质构造简单，断
45、层发育较少，岩层裂隙不发育；地质储量 354 亿 t；中心区属于侏罗纪煤田，主要含煤地层延安组发育广泛，含煤丰富，参见综合柱状图 1-7 所示。主要可采煤层包括 1-2、2 -2、3 -1、4 -2和 5-2，其赋存特点是：浅埋深（煤层埋藏深度 60400m，大部分在 100m 左右） 、薄基岩（煤层上覆基岩厚度小，最小仅 1.4m） 、厚松沙（在基岩之上为 10m60m 厚的风积沙） 、富潜水（在松散层中有水柱高达 10m 的地下潜水） ；各主要煤层均属特低灰、特低硫、特低磷，中高发热量、高挥发分的长焰煤和不粘煤。本区煤层顶底板岩性多为细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩（少量有泥岩及中粗粒砂岩） ，属
46、于半坚硬岩石类型，一般有三个含水层和一个隔水层：(1）第四系全新统(Q4)松散孔隙潜水含水层该含水层下部以砂砾为主，涌水量 0.00191.26L/S，渗透系数约 1.05m/d，含水性弱中等；上部为中细粒风积沙，透水而不含水。(2）侏罗系直罗组（J2Z）裂隙潜水含水层地下水赋存于基岩风化裂隙中，潜水面平均埋深约 10m，潜水位标高约 1200m，涌水量约 3m3/d，渗透系数 0.05m/d。该层含水情况在平面上不均匀，在剖面上各层段水力联系差，含水深度受风化裂隙深度控制，含水性极弱。(3）侏罗系延安组第五段（J1-2y5）裂隙承压含水层含水层厚 28m 左右，岩性主要为灰白色中、细粒砂岩；
47、涌水量约 15m3/d，渗透系数约 0.025m/d；因岩层岩石致密，裂隙发育程度差，加之补给区较远，故水量小，含水性极弱。(4）隔水层上覆隔水层主要为侏罗系直罗组（J 2Z）底部的砂质泥岩（厚度 2.020m，平均10m） 、侏罗系延安组第五段（J 1-2y5）各砂岩层间（4m）的砂质泥岩、泥岩。神东矿区主要河流乌兰木伦河属于黄河二级支流，在矿区内流程长度约 90km，纵贯矿区中部。其支流有公捏尔盖沟、呼和乌素沟、补连沟、活鸡兔沟、朱盖沟，庙沟、考考乌素沟及黄羊城沟等；乌兰木伦河河水主要靠降雨补给，具有明显的季节性，历年最大洪流量为 9760m3/s，最小时仅为 0.0080.44m 3/s
48、，年平均流量为 8.13m3/s。水土流失严重，河流输沙量大，年内分布集中，泥沙颗粒粗。矿区综合柱状见图 1.2呼和乌索尔林兔矿 8Mt 矿井设计- 10 -图 1.2 神府东神中心矿区综合柱状华北科技学院毕业设计( 论文)- 11 -1.3 煤层特征1.3.1 煤层井田内含煤底层为中生界侏罗系中下统延安组，总厚 177.68 m，含煤 4 层，煤层总后 10.3 m，含煤系数 5.8%。计算储量煤层为 2 层，即 1 号和 4 号煤层。总厚度22为 8.5 m，其中 1 煤层 6.3 m。为主采煤层。2井田内可采煤层 2 层。倾角 0.262.5，平均 1.2。各可采煤层分述如下：（1）1 号煤层：位于延安组第五段中部，是主要可采煤层。煤层厚 4.408.86 2m，平均厚 6.30 m。夹矸厚度不大。（2）4 号煤层：位于沿延安组第二段上部，上距 1 煤层 98.47 m，厚度 03.1 2 2m，平均 2.2 m。个别尖灭，为局部可采煤层。表 1.3 可采煤层特征1.3.2 煤层顶、底板1 煤层：顶、底板岩性多为长石砂岩，细砂岩。属半坚硬岩石。24
