煤与共伴生战略性金属矿产协调开采理论与技术构想

煤与煤系共伴生矿产协调开采是国家重大战略需求。我国煤系共伴生有铝、铀、铁、镓等22种战略性金属矿产,种类多、储量丰富、与煤层叠置,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。传统煤矿仅开采煤炭,对煤系共伴生矿产考虑较少或没有考虑,导致资源浪费;近些年国内开始出现煤与共伴生矿产开采的矛盾,煤与共伴生矿产协调开采迫在眉睫。面向煤系全部共伴生战略性金属矿产,聚焦典型代表性的煤系铝土矿和铀矿,保障研究成果的通用性。煤与共伴生矿产协调开采亟需解决的核心共性重大科学问题是:协调开采的固液气应力场、渗流场、化学场、微生物场、采动裂隙场耦合机制及岩层活动叠加影响规律。亟需攻克的关键技术包括:煤与共伴生矿产协调、协同及共采的分区错时协调开采技术、减振高效爆破开挖技术、水位主动调控技术、污染物的微生物原位还原-矿化治理技术。针对协调开采的重大科学问题和关键技术,研究揭示协调开采多相多场耦合机制与岩层活动叠加影响规律,提出协调开采成套方法,研发协调开采关键技术与装备,构建全资源、全生命周期协调开采规划理论,制定协调开采技术标准,形成通用性的协调开采理论与技术体系,保障各矿产开采活动不影响彼此正常开采。实现煤与共伴生矿产可持续绿色协调性开采,释放矿产储量,保障资源集约开发,经济社会效益显著。

煤炭勘查实物地质资料的二次开发——以陕西府谷海则庙与段寨矿区高岭土矿勘查为例

以陕西府谷海则庙与段寨矿区高岭土矿勘查为例,研究实物地质资料的二次开发利用对地质找矿工作的重要意义。通过分析陕西府谷海则庙与段寨小区高岭土矿的找矿过程及矿床特征,发现区内赋存于本溪组、太原组、山西组等含煤地层顶底板及夹矸中的沉积型硬质高岭土达十多层,含矿系数为3%-10%。通过对以前煤炭详查施工的120个钻孔的复查,及上千件样品的测试工作,发现二矿区高岭土矿D级资源量35 105.25万t,E级资源量137 571.01万t,其中D级占总资源量的20.33%。实例证明,开发利用煤系勘查实物地质资料是实现煤系共伴生矿产找矿突破的有效方法。

黄陵地区中生代含煤岩系油气与铀成矿的耦合关系

为了明确黄陵地区中生代含煤岩系油气与铀成矿的耦合关系,进行了钻孔与剖面的野外地质调查、钻孔资料与实验数据的分析与处理、油气藏与铀矿(点)信息的综合整理,系统研究了中生代含煤岩系构造–沉积体系、铀矿地质特征和油气地质特征,从油气藏与铀矿(点)的空间分布关系、含烃流体与铀的伴生蚀变矿物的成因关系以及烃源岩生烃与铀成矿的时间关系展开讨论。研究表明:中生代含煤岩系铀矿(点)多分布在基岩剥蚀边界或小型断裂附近,且水平投影位于油气有利相带周缘;烃类流体组分及煤层气的中间产物可能参与氧化还原反应,生成黄铁矿、方解石等与铀矿物具有密切伴生关系的矿物;中生代含煤岩系烃源岩主生烃期和排烃期总体早于铀矿主成矿期,烃类流体可能通过运移影响铀成矿作用。

煤系矿产地质系统研究框架

根据当前我国煤系矿产地质工作面临的任务和发展趋势,从煤盆地动力学过程角度,首次提出了“煤系矿产地质系统”的初步概念。该系统的研究对象包含内层煤层综合矿产、中层煤系综合矿产和层煤盆地综合矿产3个圈层结构,研究范围涵盖基础理论研究、综合勘查、共同开采及生态环境等工程问题研究。构建了由理论基础、技术支撑、研究内容和工作目标4部分构成的煤系矿产地质系统研究框架,重点讨论了煤系矿产地质系统的研究内容,包括共生耦合成因、赋存规律、综合勘查评价、共采利用以及绿色生态研究5部分。分析了煤系矿产地质系统的发展趋势,煤系地质理论体系将不断完善,煤中金属提取利用技术将取得突破,综合勘查技术和关键装备将不断更新,煤系矿产精准勘探将成为煤矿智能化安全、高效、绿色开采的基础地质保障。

山西省深部煤系“三气”资源勘探开发进展及研究

山西省赋存有丰富的煤系"三气"资源,其煤层气开发在国内最先取得商业性突破。但是随着地质勘查工作逐渐向深部发展,近年来单纯煤层气开发逐年减少,而开始关注深部煤系"三气"的共探共采。基于我局近年来开展的煤系"三气"相关勘查研究工作,分析了山西省海陆过渡相煤系"三气"的成藏地质条件及石炭-二叠系煤层气、页岩气和致密砂岩气的赋存特征。针对山西省深部煤系"三气"勘探开发主要存在问题,结合煤系"三气"的研究现状,提出了山西省煤系非常规天然气资源勘查开发的研究和发展方向。研究表明,山西省石炭-二叠系发育了多套煤系"三气"共生组合岩系,"三气"资源潜力大,突破煤系"三气"共探共采关键技术是其规模性发展的基础。

广西煤系共伴生矿产资源特征及开发现状研究

受各矿体母源影响,广西煤系共伴生矿产资源丰富,种类繁多,部分区域伴生资源达到开采的价值。然而,由于长期以来对于煤系共伴生矿产资源研究程度低,故勘查与开发利用程度不高,甚至尚未涉足。通过收集已有相关资料,总结了煤系共伴生矿产分布特征、成矿规律、开发利用状况等,初步分析了煤系共伴生矿产开发存在的主要问题,并提出开发利用建议。

我国煤系共伴生矿产赋存特征及分布规律

我国煤系共伴生矿产有85种,种类多、分布广、储量大,具有很高的经济价值和战略价值,按工业属性和用途可分为煤系能源矿产、煤系金属矿产和煤系非金属矿产。系统性分析煤系能源矿产(煤系气、富油煤、油页岩、铀矿)、煤系金属矿产(铝土矿、铁矿、镓、锗、锂、稀土元素)及煤系非金属矿产(硫铁矿、高岭土、耐火黏土、膨润土、隐晶质石墨)的赋存特征和分布规律,总结论述我国14大煤炭基地煤系共伴生矿产赋存分布及开发利用状况。结果表明:煤系共伴生矿产主要赋存于煤层、顶底板中或在煤层附近岩层中单独成矿,分布规律与我国煤炭分布具有一定的相似性,呈现明显的时期性与区域性。我国煤系共伴生矿产形成时期主要集中在石炭-二叠纪、早中侏罗世和晚侏罗世-早白垩世3个成煤期,分布区域主要集中于华北的鄂尔多斯盆地、沁水盆地、华北南部盆地,西北的准噶尔盆地、伊犁盆地、吐哈盆地,东北的松辽盆地、二连盆地,西南的川南黔北地区,以及四川盆地等各大含煤盆地。我国神东基地、晋北基地、晋中基地、晋东基地、云贵基地和新疆基地煤系共伴生矿产种类储量丰富,具有广阔的综合开发利用前景。

煤系共伴生矿产协调开采完全成本内涵、构成要素和挑战

煤系共伴生矿产协调开采是国家的重大战略需求,实行采矿完全成本有利于矿产资源的合理开发利用,促进矿产企业安全高质量生产和可持续发展。目前,完全成本主要基于煤矿进行研究,在其他矿产开采方面的研究相对较少;对单一矿产开采的完全成本问题研究较多,而对多矿产协调开采的完全成本问题研究则较少,煤系共伴生矿产协调开采缺少完全成本方面的理论指导。对比分析各矿产独立开采完全成本构成及协调开采特点,提出协调开采运行成本的概念,分析得出协调开采完全成本由传统的5类成本和协调开采运行成本共同构成,即协调开采完全成本不但包含各矿产独立开采的完全成本,还应该考虑因建立和维护协调开采系统以及应对协调开采对外部产生的效应采取应对措施所产生的费用。结合煤系共伴生铝土矿、铀矿、煤层气的协调开采具体案例,获得不同情况下协调开采运行成本产生的原因及构成要素,并指出系统内部不同矿产开采活动的相互影响是导致协调开采运行成本产生的关键因素。基于协调开采相关技术进展,分析协调开采完全成本在成本量化、协调开采关键理论技术、实施难度和人才需求等方面所面临的挑战。