[发明专利]基于关键层保护的煤与共生砂岩型铀矿协调开采方法

说明书

本发明公开了一种基于关键层保护的煤与共生砂岩型铀矿协调开采方法，包括如下步骤：在煤铀共生区域从地面打钻至煤炭赋存地层以获得地质信息；由地质信息确定岩层结构中的结构关键层和隔水层；在采煤区间隔设置多个短壁采煤工作面，且多个短壁采煤工作面同时推进形成多个工作面间隔条带协同开采；在短壁采煤工作面的后方及两侧位置切断顶板；从工作面及留设巷道向采空区充填体上方顶板岩层打钻孔，并对相互连通的裂隙群和顶板离层裂隙分别注浆充填；在下方煤层开采充填完毕后，从巷道钻孔至结构关键层上部，并以低于铀矿含水层孔隙压力的水压向结构关键层注水；当发现煤层顶板水中的铀、氡放射性元素超标时，对隔水层进行及时注浆修复。

技术领域

本发明涉及地下矿产资源采集领域，尤其涉及一种基于关键层保护的煤与共生砂岩型铀矿协调开采方法。

背景技术

铀矿是中国重要的战略资源和能源矿产。中国北方铀矿资源较丰富，其中新疆伊犁盆地、鄂尔多斯盆地、吐哈盆地等相继发现了特大型砂岩型铀矿床，其探明资源储量接近全国储量的一半。这些砂岩型铀矿赋存于煤层上方的铀矿含矿含水层中，采用CO₂+O₂地浸开采工艺是现有技术下最高效、环保的方案。CO₂+O₂地浸采铀是在一定地层孔隙水压条件下将铀矿氧化成为离子溶解在地层水中，此种开采工艺会使得地层水富含铀元素，开采周期一般长达十几年。同时在铀矿床下方存在异体共生煤矿资源，对煤层的开采会形成导水裂隙将砂岩型铀矿含矿含水层与煤层导通，不仅造成铀矿层孔隙水压降低、铀矿资源流失而使铀矿变成不可采的呆矿；同时铀矿床的地层水流至下方的煤层后会造成采煤工作面放射性元素超标、巷道顶板湿软难支护等问题。因此，这种“上铀下煤”型的砂岩型铀矿和煤矿资源形成相互间的开采矛盾，急需有效的煤矿铀矿协调开采方案来解决。

对于这种上铀下煤型的异体共生资源，如果先开采煤矿，在不采取有效措施的前提下，煤矿顶板中的裂隙最终会向上发育至铀矿地层而破坏铀矿床含水层，最终导致铀矿不能进行溶浸开采；但是如果先开采铀矿，由于铀矿的开采周期长达十几年，相关的煤矿企业经济效益将受到显著影响。因此，必须发展铀矿和煤矿协调开采的技术体系，才能实现两种资源的有效开发利用。

申请号为：201610397374.0，专利名称为《一种绿色保水煤铀协调开采系统及其应用方法》，通过冻结砂岩型铀矿周围的含水层，形成阻止地层水侧向运移的防水幕布实现保水开采；但是这种方法并不能防止铀矿中的地层水通过铀矿床底部的裂隙向外渗漏，而且长时间冻结地层水的施工成本非常高。

申请号为：201510929534.7，专利名称为《一种防止地浸方式铀矿开采中地下水位下降的方法》，通过在铀矿含水层周围钻孔注入高压水形成高压水帷幕来补充采煤引起的地下水损失并阻止铀矿床中的地下水流动；但是这种方法的注水源来自煤矿井下抽水，不仅运作成本高环境污染大，并且煤矿开采过后，对铀矿床的保护难以持续。

申请号为：201410715657.6，专利名称为《一种近距煤层群保水开采方法》，介绍了近距离煤层开采中顶板垮落带高度、采高及采煤工艺确定方法，但是这种方法基于传统采煤的“跨落法”顶板管理理念，采煤后最终仍将由于地下空间的存在造成上覆顶板破断和导水裂隙带向上发育，不能从长远角度解决煤与砂岩型铀矿协调开采的矛盾。

申请号为：201710599079.8，专利名称为《一种浅埋煤层保水开采方法及其应用》，为了解决煤矿开采与充填的时间矛盾，在采区分阶段沿煤层倾向掘进多条巷道进行采煤，掘进完成后对巷道进行充填。这种以掘进代替长壁截割的采煤方法对减小顶板裂隙发育具有一定作用，但不同阶段的掘进巷道距离较远，不同掘进巷道的顶板应力场相互影响关系微弱，掘进工作面应力集中程度高导致围岩破碎的问题不能很好解决；并且充填时间相对掘进时间落后，形成的顶板裂隙网络经过长时间演化仍可能威胁上部含水层导致渗漏，因而不能从长远角度解决煤与砂岩型铀矿协调开采的矛盾。