煤与共伴生矿产协调、协同及共采分区错时协调开采方法技术

本发明专利技术公开了一种煤与共伴生矿产协调、协同及共采的分区错时协调开采方法，属于矿山开采技术领域，包括以下步骤：S1、综合分析得到煤与共伴生矿产开采的矛盾点；S2、针对煤与共伴生矿产开采的矛盾点，合理分区，错时开采；S3、拟将煤与共伴生矿产资源空间划分为叠置区、保护区及正常开采区三部分；S4、通过矿产资源价值等确定各分区开采时序；本发明专利技术突破传统煤矿开采仅针对单一矿种，不考虑多矿种开采的时序与空间避让的弊端，以“分区错时”为核心理念，提出煤与共伴生矿产“分区错时”协调开采原理，可有效解决煤与共伴生矿产开采的矛盾，还制定了煤与共伴生矿产协调、协同、共采成套方法，可大大提高资源采出率，减少矿产资源浪费。减少矿产资源浪费。减少矿产资源浪费。

【技术实现步骤摘要】
煤与共伴生矿产协调、协同及共采分区错时协调开采方法


[0001]本专利技术涉及矿山开采
，具体是一种煤与共伴生矿产协调、协同及共采的分区错时协调开采方法。

技术介绍

[0002]煤系即含煤岩系，是在一定地质历史时期内形成的，在成因上密切相关的，含有煤层或炭质岩层的沉积岩层序列。我国众多含煤岩系中除煤以外，还赋存有铝、镓、铀、煤层气等28种共伴生战略性矿产，其中战略性金属矿产(关键金属)多达22种。这些关键金属具备独特的材料性能，为我国新能源、新材料、高端制造、电子信息等新兴产业和航空航天、国防军工等重点领域的稳定发展提供宝贵的物质基础，是我国重要的战略性资源。随着高科技及新兴产业的迅速发展，未来全球对战略性金属矿产的需求将迅猛增长，而这些矿产在自然界的储量相对较少，有较高的供应风险。我国煤系共伴生矿产储量大、种类丰富，若能将煤与共伴生矿产以较高的采出率共同采出，既可保障煤炭资源的安全供应，又可保障战略性矿产资源的稳定供给，减少国家安全隐患，对保障我国资源安全具有重要意义。
[0003]目前，我国传统煤矿仅开采煤炭资源，对煤系共伴生矿产考虑较少。然而，煤与共伴生矿产在空间赋存上相互叠置，赋存状态与开采方法差异大，各矿产开采的岩层活动、流体迁移等影响彼此正常开采；若不统筹规划、协调开采，将会造成严重的资源浪费，并引发一系列的生态环境问题。近年来，国内部分矿区煤与共伴生矿产开采的矛盾日益突出。例如：山西吕梁煤炭开采与煤系铝土矿开采的矛盾，鄂尔多斯盆地、伊犁盆地煤炭开采与铀矿开采的矛盾。煤
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铝和煤
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铀均是典型煤系共伴生战略性金属矿产，其中煤系共伴生铝土矿资源多为上煤下铝赋存形式，下部铝土矿开采后，岩层移动引起铝土矿上部煤层破坏，导致煤层无法开采，造成巨大的资源损失。鄂尔多斯盆地、伊犁盆地等砂岩型铀矿多赋存于煤层之上，且多采用钻井溶浸开采，而煤炭先行开采破坏了其上覆地层结构和地下水系统，大量排水导致含矿含水层的水位大幅下降，破坏了铀矿地浸开采的基本水文地质条件，造成铀矿资源的浪费，同时，放射性物质也将会沿导水裂隙带进入煤矿采场，对煤矿工人和生态环境造成巨大的放射性污染，严重影响煤矿的安全生产。
[0004]由此可见，目前传统针对单一矿产的采矿方法难以协调多矿产间的开采关系，无法解决国内煤与共伴生矿产开采的矛盾。因此，亟需突破传统采矿规划理论的弊端，提出一种可有效解决煤与共伴生矿产开采矛盾的新方法，从而大大减少战略性资源浪费，减小因战略性矿产资源供应链中断而带来的国家安全与经济发展隐患，为保障我国战略性矿产资源的安全供应提供科技支撑。

技术实现思路

[0005]针对传统单一矿产开采方法无法解决煤与共伴生矿产开采矛盾的弊端，本专利技术提出了一种煤与共伴生矿产协调、协同及共采的分区错时协调开采方法，以“分区错时”为核心理念，以“空间划开、时序错开、急需先上、综合利用、合理避让”为设计原则，通过统筹资
源开采布局、时序、规模和结构，协调各矿产间开采关系，然后进行分区错时开采，可有效解决煤与共伴生矿产开采的矛盾，大大减少资源浪费，实现煤与共伴生资源的协调开采。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种煤与共伴生矿产协调、协同及共采的分区错时协调开采方法，包括以下步骤：
[0008]S1、根据煤与共伴生矿产的赋存特征、分布范围，共生矿产种类及使用的采矿方法，从两个方面综合分析得到煤与共伴生矿产开采的矛盾点；
[0009]S2、针对煤与共伴生矿产开采的矛盾点，以空间划开、时序错开、急需先上、综合利用、合理避让为设计原则，将煤与共伴生矿产开采区进行合理分区，错时开采，对矿产进行空间分区时，应统筹资源开采布局、时序、规模和结构；
[0010]S3、综合以上分析，拟将煤与共伴生矿产资源空间划分为叠置区、保护区及正常开采区三部分；
[0011]S4、针对划分好的各区域矿产，通过矿产资源的战略需求属性、赋存特征、开采影响、经济价值确定各分区开采时序；
[0012]S5、根据步骤S3确定的合理分区及步骤S4确定的各分区开采时序，便可针对上下叠置分布的煤与共伴生矿产进行有序开发。
[0013]作为本专利技术进一步的方案：在S1步骤中，所述综合分析的两个方面为：
[0014](3)与共伴生矿产各自分布区域的大小、赋存层位以及它们之间的相对空间关系；
[0015](4)明确煤层开采所使用的采矿方法以及共生矿产所使用的采矿方法，分析两种采矿方法各自有哪些开采技术条件要求，两种采矿方法各自会带来哪些不利影响，进一步根据煤与共伴生矿产的分布区域及相对空间关系，分析哪些区域的矿产会受到另一种矿产开采后引发的不利影响，导致此区域内矿产的开采技术条件被破坏而无法正常开采，最终总结得到煤与共伴生矿产开采的矛盾点。
[0016]作为本专利技术进一步的方案：在S2步骤中，对矿产进行空间分区时，应统筹资源开采布局、时序、规模和结构；确定错时开采的资源开采时序时，应综合考虑资源的战略需求属性、赋存特征、开采影响、经济价值等条件；区域划分、时序确定是否合理的核心判断依据是本设计是否能够解决或避开煤与共伴生矿产开采的矛盾点，达到煤与共伴生矿产协调开采的目的。
[0017]作为本专利技术进一步的方案：在S3步骤中，所述叠置区即为煤层与共生矿产空间上下压覆的矿产赋存区域；所述保护区即为留设的不计划开采的区域，作为叠置区与正常开采区之间的隔离缓冲区，此区域可有效降低煤层与共生矿产开采对彼此的影响；正常开采区即为保护区以外区域，由于有保护区作为缓冲，此区域内可以正常进行开采活动。
[0018]作为本专利技术进一步的方案：所述保护区范围大小根据采矿工作面上覆岩层导水裂隙带侧向边界范围确定，保护区作为叠置区与正常开采区的中间缓冲区域，一侧受正常开采区的岩层活动影响，另一侧受叠置区的开采活动影响，所以，保护区范围需要大于正常开采区与叠置区两区域的影响范围之和，防止正常开采区与叠置区两区域的裂隙相互贯通，发生矿井水害及有毒有害气体迁移扩散。
[0019]作为本专利技术进一步的方案：设正常开采区的岩层移动角为δ，煤层与上部共伴生矿产赋存层位相距h，正常开采区的影响范围为W1，安全煤柱宽度为W2，叠置区的导水裂隙侧向发育范围为W3，则保护区范围W＝W1+W2+W3＝h/tanδ+W2+W3.
[0020]作为本专利技术进一步的方案：所述安全煤柱宽度W2为5～10倍煤层采高，大量的现场工程实践表明，岩层移动角δ和导水裂隙侧向发育范围W3受到工程地质、采矿方法、开采参数的影响，需根据现场工程地质、开采条件，利用工程类比、现场实测、数值分析等手段综合确定。
[0021]作为本专利技术进一步的方案：步骤S4中的，所述矿产资源价值的考虑范围包括：矿产资源的战略属性、是否急需、经济价值，最终确定是优先开采上部矿产还是下部矿产。
[0022]作为本专利技术进一步的方案：步骤S4中的，所述保护区的矿产不进行开采，因为受两侧叠置区和正常开采区的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤与共伴生矿产协调、协同及共采的分区错时协调开采方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据煤与共伴生矿产的赋存特征、分布范围，共生矿产种类及使用的采矿方法，从两个方面综合分析得到煤与共伴生矿产开采的矛盾点；S2、针对煤与共伴生矿产开采的矛盾点，以空间划开、时序错开、急需先上、综合利用、合理避让为设计原则，将煤与共伴生矿产开采区进行合理分区，错时开采，对矿产进行空间分区时，应统筹资源开采布局、时序、规模和结构；S3、综合以上分析，拟将煤与共伴生矿产资源空间划分为叠置区、保护区及正常开采区三部分；S4、针对划分好的各区域矿产，通过矿产资源的战略需求属性、赋存特征、开采影响、经济价值确定各分区开采时序；S5、根据步骤S3确定的合理分区及步骤S4确定的各分区开采时序，便可针对上下叠置分布的煤与共伴生矿产进行有序开发。2.根据权利要求1所述的一种煤与共伴生矿产协调、协同及共采的分区错时协调开采方法，其特征在于，在S1步骤中，所述综合分析的两个方面为：(1)与共伴生矿产各自分布区域的大小、赋存层位以及它们之间的相对空间关系；(2)明确煤层开采所使用的采矿方法以及共生矿产所使用的采矿方法，分析两种采矿方法各自有哪些开采技术条件要求，两种采矿方法各自会带来哪些不利影响，进一步根据煤与共伴生矿产的分布区域及相对空间关系，分析哪些区域的矿产会受到另一种矿产开采后引发的不利影响，导致此区域内矿产的开采技术条件被破坏而无法正常开采，最终总结得到煤与共伴生矿产开采的矛盾点。3.根据权利要求1所述的一种煤与共伴生矿产协调、协同及共采的分区错时协调开采方法，其特征在于，在S2步骤中，对矿产进行空间分区时，应统筹资源开采布局、时序、规模和结构；确定错时开采的资源开采时序时，应综合考虑资源的战略需求属性、赋存特征、开采影响、经济价值等条件；区域划分、时序确定是否合理的核心判断依据是本设计是否能够解决或避开煤与共伴生矿产开采的矛盾点，达到煤与共伴生矿产协调开采的目的。4.根据权利要求1所述的一种煤与共伴生矿产协调、协同及共采的分区错时协调开采方法，其特征在于，在S3步骤中，所述叠置区即为煤层与共生矿产空间上下压覆的矿产赋存区域；所述保护区即为留设的不计划开采的区域，作为叠置区与正常开采区之间的隔离缓冲区，此区域可有效降低煤层与共生矿产开采对彼此的影响；正常开采区即为保护区以外区域，由于有保护区作为缓冲，此区域内可以正常进行开采活动。5.根据权利要求4所述的一种煤与共伴生矿产协调、协同及共采的分区错时协调开采方法，其特征在于，所述保护区范围大小根据采矿工作面上覆岩层导水裂隙带侧向边界范围确定，保护区作为叠置区与正常开采区的中间缓冲区域，一侧受正常开采区的岩层活动影响，另一侧受叠置区的开采活动影响，所以，保护区范围需要大于正常开采区与叠置区两区域的影响范围之和，防止正常开采区与叠置区两区域的裂隙相互贯通，发生矿井水害及有毒有害气体迁移扩散。6.根据权利要求5所述的一种煤与共伴生矿产协调、协同及共采的分区错时协调开采方法，其特征在于，设正常开采区的岩层移动角为δ，煤层与上部共伴生矿产赋存层位相距
h，正常开采区的影响范围为W1，安全煤柱宽度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄炳香，赵兴龙，吴占伟，韩晓克，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：