創(chuàng)新點

我國煤系共伴生礦產(chǎn)資源豐富，煤與異體共生礦產(chǎn)以往多采用獨立開采模式，各礦產(chǎn)開采引發(fā)的巖層活動、流體遷移等會影響彼此正常開采。因此，協(xié)調(diào)開采迫在眉睫，且亟需建立一套科學表征煤與異體共生礦產(chǎn)協(xié)調(diào)開采程度的方法。本文提出了一種基于礦產(chǎn)稀缺性與戰(zhàn)略性分類的協(xié)調(diào)開采度評估方法。通過將礦產(chǎn)劃分為一般礦產(chǎn)和稀缺戰(zhàn)略性礦產(chǎn)，建立了差異化的評估模型，為協(xié)調(diào)開采度評價提供了方法論基礎(chǔ)。

（1）針對一般礦產(chǎn)，構(gòu)建了以經(jīng)濟效益最優(yōu)為目標的多礦種協(xié)調(diào)生產(chǎn)進度規(guī)劃模型。該模型綜合考慮空間耦合、工藝協(xié)同與資源競爭等因素，能夠定量衡量實際方案與理想經(jīng)濟狀態(tài)的偏差，為生產(chǎn)布局優(yōu)化提供量化工具。

（2）針對含稀缺戰(zhàn)略性礦產(chǎn)的礦山，提出了以資源安全優(yōu)先為原則的開采錯距模型。通過判定開采錯距等級、識別干擾機制并匹配技術(shù)措施，建立了資源采出率與風險控制能力雙維度的評價方法，用于量化資源安全與環(huán)境風險水平。

（3）構(gòu)建了涵蓋資源安全與經(jīng)濟效益、礦山安全生產(chǎn)和環(huán)境保護三大維度的指標體系，區(qū)分風險層與狀態(tài)層兩類指標，并結(jié)合標準化賦分與層次分析法等方法，以保證評價結(jié)果的可比性與可靠性。

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煤與異體共生礦產(chǎn)協(xié)調(diào)開采度評估方法

作者：黃炳香, 王茗可, 陳大勇

單位：中國礦業(yè)大學 煤炭精細勘探與智能開發(fā)全國重點實驗室

引用格式：

黃炳香，王茗可，陳大勇. 煤與異體共生礦產(chǎn)協(xié)調(diào)開采度評估方法[J]. 綠色礦山，2025，3(4)：23?38.HUANG Bingxiang，WANG Mingke，CHEN Dayong. Coordinated mining degree evaluation method for coal and paragenetic commercial minerals in different orebody[J]. Journal of Green Mine，2025，3(4)：23?38.

摘要

我國煤系共伴生礦產(chǎn)資源豐富，煤與異體共生礦產(chǎn)以往多采用獨立開采模式，各礦產(chǎn)開采引發(fā)的巖層活動、流體遷移等會影響彼此正常開采。因此，協(xié)調(diào)開采迫在眉睫，且亟需建立一套科學表征煤與異體共生礦產(chǎn)協(xié)調(diào)開采程度的方法。針對這一需求，提出了一種協(xié)調(diào)開采度評估方法，構(gòu)建了差異化的評價模型與指標體系。方法上，依據(jù)礦產(chǎn)戰(zhàn)略屬性和稀缺程度，將其劃分為一般礦產(chǎn)與稀缺戰(zhàn)略性礦產(chǎn)2類，分別建立多礦種協(xié)調(diào)生產(chǎn)進度規(guī)劃模型和開采錯距導向模型。前者以經(jīng)濟效益最大化為核心，通過0?1整數(shù)規(guī)劃與遺傳算法實現(xiàn)多礦體開采的時空協(xié)同優(yōu)化；后者以資源安全優(yōu)先為原則，構(gòu)建“錯距判定?風險機理分析?技術(shù)措施匹配”的三階范式，量化評估不同空間錯距條件下的資源保全水平與污染風險。在此基礎(chǔ)上，形成了涵蓋資源安全與經(jīng)濟效益、礦山安全生產(chǎn)、環(huán)境保護三大維度，包含風險層與狀態(tài)層的指標體系，并通過標準化計算、閾值判定雙軌賦分與層次分析賦權(quán)方法，實現(xiàn)協(xié)調(diào)開采度的綜合評價。算例研究表明：山西某煤鋁礦山協(xié)調(diào)開采度為0.8936，屬良好等級；新疆某煤鈾礦山協(xié)調(diào)開采度為0.9093，屬優(yōu)秀等級。結(jié)果驗證了所提方法在兼顧經(jīng)濟效益與資源安全、提升礦產(chǎn)開發(fā)系統(tǒng)性與可持續(xù)性方面的有效性與適用性。

部分圖片

圖1 協(xié)調(diào)開采度評估模型構(gòu)建思路

圖2 煤系異體共生礦產(chǎn)協(xié)調(diào)開采空間坐標系模型

圖3 礦塊組合示意

圖4 合理錯距條件下的禁采礦塊范圍示意

圖5 多目標遺傳算法求解流程

圖6 煤鈾開采交互作用機制

圖7 合理錯距確定原理

圖8 開采錯距階段劃分

圖9 基于開采錯距的技術(shù)措施評估矩陣

圖10 現(xiàn)狀?風險指標邏輯關(guān)系

圖11 煤鋁協(xié)調(diào)開采進度規(guī)劃

圖12 井田區(qū)位示意

圖13 煤鈾協(xié)調(diào)開采礦區(qū)地下水位

第一作者

黃炳香，中國礦業(yè)大學煤炭精細勘探與智能開發(fā)全國重點實驗室黨委書記、主任，二級教授、博導，入選國家重大人才工程項目，國家重點研發(fā)計劃“煤與共伴生戰(zhàn)略性金屬礦產(chǎn)協(xié)調(diào)開采理論與技術(shù)”項目首席科學家，中國巖石力學與工程學會巖石破碎工程專業(yè)委員會副主任委員、中國有色金屬學會創(chuàng)新發(fā)展工作委員會委員、中國能源學會專家委員會副主任、煤炭工業(yè)技術(shù)委員會委員等，國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃技術(shù)預測專家（2020）。《中國礦業(yè)大學學報》、《采礦與安全工程學報》等期刊編委。入選國家“萬人計劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才（2019）、國家優(yōu)秀青年科學基金獲得者（2015）、科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才（2018）、教育部新世紀優(yōu)秀人才（2012）等。

研究方向

煤巖體壓裂、煤系共伴生礦產(chǎn)協(xié)同開發(fā)

主要成果

黃炳香教授以巖石多相多場耦合與采動巖層運動規(guī)律為核心科學問題，主要從事壓裂與煤系礦產(chǎn)共采方面的研究，形成了理論→技術(shù)→裝備→技術(shù)服務的發(fā)展模式。圍繞煤系共伴生礦產(chǎn)協(xié)同開發(fā)的國家重大戰(zhàn)略需求，在充實煤炭開采內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，拓展非煤固體礦產(chǎn)與油氣開采，形成了“大采礦”科研團隊；構(gòu)建了協(xié)調(diào)開采以隔水層為界的應力場、滲流場、化學場、裂隙場、微生物場分區(qū)耦合模型，揭示了協(xié)調(diào)開采巖層活動疊加影響規(guī)律；闡明了煤與共伴生礦產(chǎn)分區(qū)錯時協(xié)調(diào)開采原理，提出了煤與共伴生礦產(chǎn)協(xié)調(diào)、協(xié)同及共采的成套協(xié)調(diào)開采方法；建立了井工-井工協(xié)調(diào)開采、井工-鉆采協(xié)調(diào)開采、井工共采、露天共采等成套協(xié)調(diào)開發(fā)方式；形成了煤-鋁-鐵-鎵綜合開發(fā)、煤-鈾協(xié)調(diào)開采、水-煤-氣協(xié)調(diào)開發(fā)等模式，提出了政策建議，促進了產(chǎn)業(yè)政策落地。主持國家重點研發(fā)計劃項目等國家級科研項目9項，煤炭與油氣行業(yè)項目50余項，出版專著3部，第一或通訊作者發(fā)表學術(shù)論文160余篇，1篇獲《巖石力學與工程學報》優(yōu)秀論文“陳宗基獎”（2020），第一發(fā)明人授權(quán)國際國內(nèi)發(fā)明專利48項，獲中國專利優(yōu)秀獎1項?？蒲谐晒@省部級科技一等獎5項（3項排名第一）、二等獎5項等。煤巖體壓裂成套技術(shù)2017年入選科技部與原國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局第一批安全生產(chǎn)先進適用技術(shù)與產(chǎn)品，2019年入選煤炭工業(yè)“十四五”先進適用技術(shù)推廣目錄。

通訊作者

陳大勇，博士，副研究員，博導。專注煤系地層開采過程中的爆破及其有害/有利效應調(diào)控研究，闡明圍壓條件下爆破裂紋的空間分布規(guī)律，提出了靶向爆破、煤巖體爆破改性、爆破地震波作用下煤巖層共振調(diào)控等概念，構(gòu)建爆破超動態(tài)試驗系統(tǒng)，基本形成了理論-技術(shù)-工藝體系。主持國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃子課題等項目30余項，發(fā)表論文40余篇，獲得省部級獎項3項，授權(quán)發(fā)明專利10余項。 獲得爆破工程技術(shù)人員證書、注冊安全工程師證書，是中國力學學會、中國工程爆破協(xié)會、中國/國際巖石力學與工程學會、中國煤炭學會會員，10余種主流期刊審稿人，國家基金委自然科學基金網(wǎng)評專家、教育部學位論文評審專家、山西千人智庫專家等。

編輯丨李莎

審核丨常明然

煤炭科學研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

期刊簡介

為深入貫徹習近平生態(tài)文明思想，踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，搭建綠色礦山建設(shè)領(lǐng)域高端學術(shù)交流平臺，2023年5月，經(jīng)國家新聞出版署批準，由中國煤炭科工集團主管、煤炭科學研究總院有限公司主辦的中文科技期刊——《綠色礦山》（Journal of Green Mine）應運而生。《綠色礦山》為季刊，國內(nèi)統(tǒng)一連續(xù)出版物號為：CN10-1912/TD，ISSN號：2097-3357，由《綠色礦山》編輯部負責策劃、出版、發(fā)行。

刊登范圍

綠色勘查、綠色開采、礦山地下空間利用、綠色選冶、礦山環(huán)境保護、低碳技術(shù)及節(jié)能減排、數(shù)字礦業(yè)、綠色低碳經(jīng)濟政策與評價等。

期刊主頁

http://www.lsks.org.cn

投稿網(wǎng)址

https://lsks.cbpt.cnki.net/EditorAN/index.aspx?t=1

聯(lián)系：常明然

電話： 010-87986452

郵箱：journalofgreenmine@163.com

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