煤与共伴生矿产成套协调开发方式

1.本发明涉及矿山开采技术领域，具体涉及一种煤与共伴生矿产成套协调开发方式。

背景技术：

2.我国煤系共伴生矿产储量大、种类丰富，赋存状态及开采条件复杂多变，且矿产开发方式大多为针对一种矿产的单一开发方式，主要有井工开采(煤炭、铝土矿等金属矿)、钻采(铀矿、油气等)、露天开采(煤炭、油页岩等)三种开发方式。
3.山西、河南两省的铝土矿保有资源储量约占全国的54％，其中大量的铝土矿资源赋存于煤层之下，与煤炭资源共生。针对煤下铝资源，若不进行科学规划而盲目开采，岩层活动影响将会导致上覆煤层大量破坏，无法开采，造成煤炭资源大量浪费。随着浅部铝土矿资源逐渐枯竭，如何将煤下铝与煤炭资源综合开发利用成为了铝土矿与煤炭生产企业亟需解决的难题。
4.鄂尔多斯盆地、伊犁盆地等地煤层、铀矿在空间上存在上铀下煤的共生关系，煤铀开采相互影响。下部煤层开采导致上覆岩层移动会破坏上部铀矿正常开采的基本水文地质条件，同时铀矿区的污染物沿采动裂隙进入下部煤矿采场，造成放射性污染。目前在这方面的研究的较少，且缺乏相应的政策引导，煤、铀两种矿产资源如何合理开发利用的问题愈发突出。
5.油页岩属于非常规油气资源，被列为21世纪重要的接替能源，我国油页岩资源较为丰富，位列世界第四。根据我国勘探开发情况，发现与煤层共生的油页岩比单独赋存的油页岩矿产占比更大，多为中生代以后的矿床，例如吉林桦甸盆地、黑龙江依兰盆地、辽宁抚顺盆地等。然而，油页岩作为煤的共伴生矿产并未得到足够的重视，甚至不作任何处理直接遗弃，造成了大量的资源浪费。例如抚顺西露天矿上部为油页岩层，平均厚度为145m，下部为长焰煤，厚度为20m-210m，为开采下部煤层，采煤时曾每天抛弃油页岩矿石约2.2万吨，既浪费了大量的资源，又造成了严重的环境污染。
6.由此可见，我国煤与共伴生矿产的开采矛盾非常突出，且目前大多企业只关注一种矿产，矿产开发方式单一，造成了大量资源浪费。因此，亟需一套适用不同赋存特征矿产的协调开发方式，解决煤与共伴生矿产的开采矛盾，提高资源采出率，减少矿产资源浪费。

技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种煤与共伴生矿产成套协调开发方式，提出了四种煤与共伴生矿产开发的组合方式，可大大提高煤与共伴生矿产资源采出率。
8.为实现上述目的，本发明的一种煤与共伴生矿产成套协调开发方式，包括如下步骤：
9.s1对煤与煤系共伴生矿产资源进行协同勘查，确定煤层厚度、分布范围、产状赋存特征以及煤系共伴生矿产的种类、储量、赋存层位、分布规律，为后续矿产资源开发提供基
础；
10.s2根据矿产开采方式的不同将共伴生矿产分为两大类，固体矿产和流体矿产；所述固体矿产是以指固态形式赋存的矿产，通常采用固体矿床开挖方式或流态化钻采方式进行开发的矿产，所述流体矿产是指以流态形式赋存的矿产，通常采用钻井方式进行抽采；
11.s3通过分析单矿种矿产的开采方式对矿产赋存特征与开采技术的要求，针对煤系共伴生矿产不同的赋存组合类型，建立不同的成套协调开发方式，包括井工-井工协调开发方式、井工-钻采协调开发方式、井工共采方式、露天共采方式；s4采用井工-井工协调开发方式时，煤炭和共伴生固体矿产均采用井工开发方式，煤炭开采与共伴生固体矿产开采的两套生产系统相互独立，二者整体的开采规划在协调完毕后再进行开采，两套生产系统的开采进展情况互通互联，全过程全区域监测，避免开采活动间的消极影响；
12.s5采用井工-钻采协调开发方式时，煤炭采用井工开发方式，共伴生矿产采用钻采开发方式，两套生产系统独立，二者整体的开采规划在协调完毕后再进行开采，两套生产系统的开采进展情况互通互联，全过程全区域监测，避免开采活动间的消极影响；
13.s6采用井工共采方式时，煤炭和共伴生固体矿产均采用井工开发方式，共用煤炭开采与共伴生固体矿产开采的生产系统的公共部分；
14.s7采用露天共采方式时，煤炭与共伴生固体矿产均采用露天开发方式，首先圈定煤与共伴生矿产的开采境界，确定主要开采资源及矿山生产能力；根据矿产的赋存特征、力学性质确定开采工艺，设计合理的开采程序及运输系统，保证煤与共伴生矿产的生产稳定性。
15.进一步地，采用井工-井工协调开发方式，适用于赋存较深的煤与共伴生固体矿产组合，且煤炭开采与共伴生固体矿产开采分别属于两个不同的开发主体。
16.进一步地，井工-钻采协调开发方式适用于煤与共伴生流体矿产或流态化开采的固体矿产组合，考虑煤层开采引发的岩层移动会导致钻采井筒变形破坏，影响钻采正常生产并会污染地下水和地下空间，采取的协调开发措施包括：加强钻采井筒的抗剪切能力。
17.进一步地，采取的协调开发措施还包括：通过调整煤矿开采布局，减小井筒附近岩层活动的范围和强度。
18.进一步地，采取的协调开发措施还包括：优先开采叠置区内的铀矿，同时煤矿避开铀矿开采区先开采其他区域，待铀矿开采完毕后再回采下部煤层。
19.进一步地，井工共采方式适用于煤与共伴生固体矿产为同一开发主体，对煤与共伴生矿产需单独设计两套运输系统，便于地面分选。
20.进一步地，露天共采方式适用于接近地表和埋藏较浅的煤与共伴生固体矿产，露天开采剥采比小于经济合理剥采比，采用大型露天采矿及运输设备。
21.进一步地，在步骤s2中，所述固定矿产包括煤炭、铝土矿、油页岩、铀矿；所述流体矿产包括石油、煤层气、页岩气、致密砂岩气。
22.进一步地，在步骤s5中，共伴生矿产为铀矿、煤层气、天然气。
23.进一步地，在步骤s6中，固体矿产为铝土矿，所述公共部分包括在地面建设煤矿与铝土矿共用的地面工业广场；两套独立的运输系统共用一个斜井。
24.进一步地，在步骤s7中，所述固定矿产为油页岩，开采时，首先剥离煤层与油页岩的覆盖层，剥离至油页岩层时，将矿产赋存区划分为煤层开采区与油页岩开采区。煤层开采
区需先进行上部油页岩的剥离开采，利用矿用卡车进行运输，油页岩开采区的油页岩同时正常开采。
25.本发明的有益效果是：针对传统单一矿种开采不涉及多种开采方式之间的协调配合的弊端和煤系矿产赋存状态与开采方法差异大的特点，研发出井工-井工协调开采方式、井工-钻采协调开采方式、井工共采方式及露天共采开发方式，为上述开采方式提供技术通用性，以提高共伴生矿产资源采出率，可极大减少开采过程中的资源浪费，为煤与共生矿产的协调开采提供一种行之有效的开发指导。
附图说明
26.图1是本发明的煤与共伴生矿产的井工-井工开发方式示例图；
27.图2是本发明的煤与共伴生矿产的井工-井工钻采方式示例图；
28.图3是本发明的煤与共伴生矿产的井工共采开发方式示例图；
29.图4是本发明的煤与共伴生矿产的井工共采开发方式示例图；
30.图中，1-煤层i；2-铝土矿；3-煤地面工业广场；4-铝土矿地面工业广场；5-煤生产系统；6-煤共生铝土矿生产系统；7-煤层ii；8-砂岩型铀矿；9-煤地面工业广场；10-煤生产系统；11-铀矿钻采平台；12-钻采井筒；13-煤层iii；14-煤共生铝土矿；15-煤铝共用地面工业广场；16-斜井；17-煤生产系统；18-煤共生铝土矿生产系统；19-油页岩；20-煤层iv；21-矿用卡车；22-运输调度站；23-覆盖层；24-煤层开采区；25-油页岩开采区。
具体实施方式
31.下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
32.本发明的一种煤与共伴生矿产成套协调开发方式，包括如下步骤：
33.步骤s1,对煤与煤系共伴生矿产资源进行协同勘查，确定煤层厚度、分布范围、产状赋存特征以及煤系共伴生矿产的种类、储量、赋存层位、分布规律，为后续矿产资源开发提供基础。本实施例中设有4个矿区，分别为1#矿区、2#矿区、3#矿区、4#矿区，每个矿区具有不同的煤系共伴生矿产种类和赋存特征，由附图中的图1、图2、图3、图4分别表示。
34.首先通过煤与煤系共伴生矿产的协同勘查可知，1#矿区主要赋存有煤和铝土矿两种矿产，煤层赋存于石炭系上统太原组，厚度约5m，埋深100～350m，倾角10
°
～15
°
，铝土矿赋存于石炭系中统本溪组，位于煤层下部约30～50m，矿体倾角约8
°
～13
°
，连续性较好。2#矿区主要赋存有煤和砂岩型铀矿两种矿产，赋存于中侏罗统，埋深300～400m，铀矿体位于煤层下方20m左右，厚度几米至十几米，局部与煤层呈交错共生。3#矿区主要赋存有煤和铝土矿两种矿产，与1#矿区地质赋存特征相似，铝土矿位于煤层下部40m左右，矿体埋深200～350m。4#矿区主要赋存有煤和油页岩两种矿产，油页岩是煤层顶板，油页岩厚约120m，煤层厚约20～200m，矿层倾角较小，为缓倾斜矿体，位于地表下数十米，埋深较浅。
35.步骤s2，根据矿产开采方式的不同将共伴生矿产分为两大类，固体矿产和流体矿产；所述固体矿产是以指固态形式赋存的矿产，通常采用固体矿床开挖方式或流态化钻采方式进行开发的矿产，所述流体矿产是指以流态形式赋存的矿产，通常采用钻井方式进行抽采。其中固定矿产包括煤炭、铝土矿、油页岩、铀矿；流体矿产包括石油、煤层气、页岩气、致密砂岩气。
36.步骤s3，通过分析单矿种矿产的开采方式对矿产赋存特征与开采技术的要求，针对煤系共伴生矿产不同的赋存组合类型，建立不同的成套协调开发方式，包括井工-井工协调开发方式、井工-钻采协调开发方式、井工共采方式、露天共采方式。
37.步骤s4，采用井工-井工协调开发方式时，煤炭和共伴生固体矿产均采用井工开发方式，煤炭开采与共伴生固体矿产开采的两套生产系统相互独立，二者整体的开采规划在协调完毕后再进行开采，两套生产系统的开采进展情况互通互联，全过程全区域监测，避免开采活动间的消极影响。采用井工-井工协调开发方式，适用于赋存较深的煤与共伴生固体矿产组合，露天开采方式下的剥采比远远超过经济合理剥采比，不具备技术经济合理性，且煤炭开采与共伴生固体矿产开采分别属于两个不同的开发主体。如图1所示，1#矿区煤层i1与铝土矿2均确定采用井工开采方式，但煤炭开采权与铝土矿开采权分别属于不同的企业，因此选择井工-井工协调开发方式。井工-井工协调开发方式中煤层开采系统(煤矿地面工业广场3、煤矿生产系统5与铝土矿开采系统(铝土矿工业广场4、铝土矿生产系统6两套系统相对较为独立，井巷系统空间布置相互干扰影响较小，但针对叠置区，煤层开采工作面与铝土矿采场布置规划需要相互协调，避免开采活动的消极影响。
38.步骤s5，采用井工-钻采协调开发方式时，煤炭采用井工开发方式，共伴生矿产采用钻采开发方式，两套生产系统独立，二者整体的开采规划在协调完毕后再进行开采，两套生产系统的开采进展情况互通互联，全过程全区域监测，避免开采活动间的消极影响。井工-钻采协调开发方式适用于煤与共伴生流体矿产或流态化开采的固体矿产组合，为减少开采活动间的消极影响，采取如下协调开发措施：加强钻采井筒的抗剪切能力；通过调整煤矿开采布局，减小井筒附近岩层活动的范围和强度。共伴生矿产为铀矿；所述协同开发措施还包括：优先开采叠置区内的铀矿，同时煤矿避开铀矿开采区先开采其他区域，待铀矿开采完毕后再回采下部煤层。如图2所示，2#矿区煤层ii7与砂岩型铀矿8分别采用井工开采方式和钻采方式，煤层开采与铀矿开采相互有影响，因此选择井工-钻采协调开发方式。确定铀矿钻采平台11与煤矿地面工业广场9位置，然后开拓铀矿钻采井筒12与煤矿生产系统10，煤与铀矿的两套系统相对较为独立，井巷系统空间布置相互干扰影响较小。但由于钻采井筒12穿过煤层7，在铀矿8与煤层7开采时，需进行协调规划。为避免煤层7开采岩层活动对井筒12稳定性的影响，优先开采叠置区内的铀矿8，同时煤矿避开铀矿开采区先开采其他区域，待铀矿8开采完毕后再回采下部煤层7。
39.步骤s6，采用井工共采方式，针对赋存较深的煤与共伴生固体矿产，露天开采方式下的剥采比远远超过经济合理剥采比，不具备技术经济合理性，同时，若煤炭与共伴生固体矿产属于同一个企业进行开采，则可选择井工共采协调开发方式。煤炭开采和共伴生固体矿产均采用井工开采方式，但煤炭开采与共伴生固体矿产开采的生产系统公共部分可共用，无需重复建设两套完全独立的生产系统，可大大减少工程建设量。然而，井工共采的协调开发方式对矿山企业提出了更高的要求，需要协调好两种矿产在同一套生产系统下的开采、运输、安全管理等工作。开采方法、开拓方式根据实际地质条件综合分析选取，工作面布局需考虑到两矿产开采间的相互影响，针对煤与共伴生矿产需单独设计两套运输系统，不可混运，便于地面分选，两套运输系统的协调度要合理规划，使其运输能力与各自生产能力相对应(尤其是立井的箕斗提升系统)。如图3所示，3#矿区煤层iii13与铝土矿14均确定采用井工开采方式，且煤炭开采权与铝土矿开采权均属于同一个企业，二者可统一规划、管
理，因此，选用井工共采协调开发方式。首先，建设煤矿与铝土矿共用的地面工业广场15，地面区域分为煤矿处理区与铝土矿处理区。开拓系统连接起煤矿与铝土矿两个开采水平，铝土矿与煤矿可通过在共用斜井16里布置两套皮带运输机来分别运输煤炭与铝土矿至地面，相较于井工-井工方式大大减少了井巷工程开拓量。
40.步骤s7，采用露天共采方式，针对接近地表和埋藏较浅的煤与共伴生固体矿产，露天开采剥采比小于经济合理剥采比，可采用大型露天采矿及运输设备，效率高、成本低、安全性高、矿石回收率高，具备开采的技术经合理性，煤炭开采与共伴生固体矿产均采用露天开采方式，因此，可选择露天共采协调开发方式。首先，圈定煤与共伴生矿产的开采境界，确定主要开采资源及矿山生产能力。根据矿产的赋存特征、力学性质等确定开采工艺，设计合理的开采程序及运输系统，保证煤与共伴生矿产的生产稳定性。如图4所示，4#矿区煤层iv20与油页岩19埋深较浅，均采用露天开采方式，为便于管理，提高生产效率，选择采用露天共采协调开发方式。首先，剥离煤层与油页岩的覆盖层23，剥离至油页岩层19时，将矿产赋存区划分为煤层开采区24与油页岩开采区25。煤层开采区24需先进行上部油页岩19的剥离开采，利用矿用卡车21进行运输，与此同时，油页岩开采区25的油页岩19正常开采，但优先级低于煤层开采区24，在运输能力欠缺时，应优先保证煤层开采区24油页岩的开采运输。当煤层开采区24的油页岩19开采完毕后，进行下部的煤层iv20开采，煤层开采区与油页岩开采区同时进行，共用运输线路，由运输调度站22统一协调指挥。
41.上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下可以作出的各种变化，都处于本发明权利要求的保护范围之内。

技术特征：

1.一种煤与共伴生矿产成套协调开发方式，其特征在于，包括如下步骤：s1对煤与煤系共伴生矿产资源进行协同勘查，确定煤层厚度、分布范围、产状赋存特征以及煤系共伴生矿产的种类、储量、赋存层位、分布规律，为后续矿产资源开发提供基础；s2根据矿产开采方式的不同将共伴生矿产分为两大类，固体矿产和流体矿产；所述固体矿产是以指固态形式赋存的矿产，通常采用固体矿床开挖方式或流态化钻采方式进行开发的矿产，所述流体矿产是指以流态形式赋存的矿产，通常采用钻井方式进行抽采；s3通过分析单矿种矿产的开采方式对矿产赋存特征与开采技术的要求，针对煤系共伴生矿产不同的赋存组合类型，建立不同的成套协调开发方式，包括井工-井工协调开发方式、井工-钻采协调开发方式、井工共采方式、露天共采方式；s4采用井工-井工协调开发方式时，煤炭和共伴生固体矿产均采用井工开发方式，煤炭开采与共伴生固体矿产开采的两套生产系统相互独立，二者整体的开采规划在协调完毕后再进行开采，两套生产系统的开采进展情况互通互联，全过程全区域监测，避免开采活动间的消极影响；s5采用井工-钻采协调开发方式时，煤炭采用井工开发方式，共伴生矿产采用钻采开发方式，两套生产系统独立，二者整体的开采规划在协调完毕后再进行开采，两套生产系统的开采进展情况互通互联，全过程全区域监测，避免开采活动间的消极影响；s6采用井工共采方式时，煤炭和共伴生固体矿产均采用井工开发方式，煤炭开采与共伴生固体矿产开采共用部分生产系统；s7采用露天共采方式时，煤炭与共伴生固体矿产均采用露天开发方式，首先圈定煤与共伴生矿产的开采境界，确定主要开采资源及矿山生产能力；根据矿产的赋存特征、力学性质确定开采工艺，设计合理的开采程序及运输系统，保证煤与共伴生矿产的生产稳定性。2.根据权利要求1所述的一种煤与共伴生矿产成套协调开发方式，其特征在于，采用井工-井工协调开发方式，适用于赋存较深的煤与共伴生固体矿产组合，且煤炭开采与共伴生固体矿产开采分别属于两个不同的开发主体。3.根据权利要求1所述的一种煤与共伴生矿产成套协调开发方式，其特征在于，井工-钻采协调开发方式适用于煤与共伴生流体矿产或流态化开采的固体矿产组合，考虑煤层开采引发的岩层移动会导致钻采井筒变形破坏，影响钻采正常生产并会污染地下水和地下空间，采取的协调开发措施包括：加强钻采井筒的抗剪切能力。4.根据权利要求3所述的一种煤与共伴生矿产成套协调开发方式，其特征在于，采取的协调开发措施还包括：通过调整煤矿开采布局，减小井筒附近岩层活动的范围和强度。5.根据权利要求3所述的一种煤与共伴生矿产成套协调开发方式，其特征在于，采取的协调开发措施还包括：优先开采叠置区内的铀矿，同时煤矿避开铀矿开采区先开采其他区域，待铀矿开采完毕后再回采下部煤层。6.根据权利要求1所述的一种煤与共伴生矿产成套协调开发方式，其特征在于，井工共采方式适用于煤与共伴生固体矿产为同一开发主体，对煤与共伴生矿产需单独设计两套运输系统，便于地面分选。7.根据权利要求1所述的一种煤与共伴生矿产成套协调开发方式，其特征在于，露天共采方式适用于接近地表和埋藏较浅的煤与共伴生固体矿产，露天开采剥采比小于经济合理剥采比，采用大型露天采矿及运输设备。8.根据权利要求1所述的一种煤与共伴生矿产成套协调开发方式，其特征在于，在步骤
s2中，所述固定矿产包括煤炭、铝土矿、油页岩、铀矿；所述流体矿产包括石油、煤层气、页岩气、致密砂岩气。9.根据权利要求1所述的一种煤与共伴生矿产成套协调开发方式，其特征在于，在步骤s5中，共伴生矿产为铀矿、煤层气、天然气。10.根据权利要求1所述的一种煤与共伴生矿产成套协调开发方式，其特征在于，在步骤s6中，固体矿产为铝土矿，所述公共部分包括在地面建设煤矿与铝土矿共用的地面工业广场；两套独立的运输系统共用一个斜井。11.根据权利要求1所述的一种煤与共伴生矿产成套协调开发方式，其特征在于，在步骤s7中，所述固定矿产为油页岩，开采时，首先剥离煤层与油页岩的覆盖层，剥离至油页岩层时，将矿产赋存区划分为煤层开采区与油页岩开采区。煤层开采区需先进行上部油页岩的剥离开采，利用矿用卡车进行运输，油页岩开采区的油页岩同时正常开采。

技术总结

本发明公开了一种煤与共伴生矿产成套协调开发方式,先对煤与煤系共伴生矿产资源进行协同勘查，通过分析单矿种矿产的开采方式对矿产赋存特征与开采技术的要求，建立四种开发方式，井工-井工协调开发方式为煤炭和共伴生固体矿产均采用井工开发方式。井工-钻采协调开发方式为煤炭采用井工开发方式，共伴生矿产采用钻采开发方式。井工共采方式时，煤炭开采和共伴生固体矿产均采用井工开发方式，煤炭开采与共伴生固体矿产开采共用部分生产系统。露天共采方式时，煤炭开采与共伴生固体矿产均采用露天开发方式。上述协调开发方式可保障煤与共伴生矿产协调开采技术的通用性，提高共伴生矿产资源采出率。产资源采出率。产资源采出率。