煤与煤系共生铝土矿协调开采系统及其上行开拓延伸方法

技术领域

本发明涉及矿山开采技术领域，尤其涉及一种煤与煤系共生铝土矿协调开采系统及其上行开拓延伸方法。

背景技术

铝是现代工业的重要原材料之一，对于国民经济的发展具有十分重大的意义。铝的产量和消耗量仅次于钢铁，在所有金属中排名第二。目前，我国的浅覆盖区铝土矿勘查基本完成，浅层铝土矿资源已经日渐匮乏。近年来，随着煤系共伴生矿产理念的提出，人们发现煤系共伴生铝土矿资源储量丰富，尤其以上煤下铝的赋存形式较为常见，越来越多的煤下铝土矿成为获取高质量铝土资源的新途径。

当前绝大部分煤下铝土资源的开发选择新建矿井，开采成本较高。且先前开发的资源在开采过程中会产生地质扰动，极有可能影响后面待开发资源的赋存稳定性，甚至破坏其开采条件，造成资源的浪费。例如下部铝土矿的开采会导致顶板垮落松动，对煤层底板的稳定性产生影响，增大煤层开采的难度。

煤矿和铝土矿同样作为井工矿山，有着许多相同点，这使得同时开发两者成为一种可能。在上煤下铝的资源赋存条件下，可以基于铝土矿开采系统上行开采煤炭资源。两者在协调开采期间互相进行超前探测，共享地质资料，相辅相成，可以有效解决传统煤与煤系共生铝土矿单独开采面临的相互影响矛盾。

发明内容

本方案针对上文提出的问题和需求，提出一种煤与煤系共生铝土矿协调开采系统，由于采取了如下技术特征而能够实现上述技术目的，并带来其他多项技术效果。

根据本发明第一方面的一种煤与煤系共生铝土矿协调开采系统，铝土矿层位于煤矿层的下部，所述开采系统包括：

沿着铝土矿的纵向方向分别布置在其两侧主井、副井和回风井，其中，主井、副井位于同侧且相近设置，所述主井、所述副井的一端连接至工业广场，其另一端向地下延伸至铝土矿层；所述铝土矿层的一端与所述主井之间通过铝土矿运输大巷相连通，所述铝土矿层的另一端与回风井相连通；

布置在煤矿层的一侧且沿着煤矿层的纵向方向延伸并在其横向方向上间隔设置的煤矿运输大巷和煤矿层回风大巷，其中，所述煤矿运输大巷和所述煤矿层回风大巷之间通过煤层横向运输大巷相连通；

其中，所述铝土矿运输大巷与所述煤矿运输大巷之间通过中间运输巷相连通；所述回风井与所述煤矿层回风大巷之间通过采煤回风斜巷相连通。

在该技术方案中，在铝土矿层通过铝土矿运输大巷将铝土矿运输至主井处，在煤矿层上由工作面开采煤矿并将其运输至煤矿运输大巷，并通过中间运输巷将其运输至主井处；在此过程中，通过共用主井内的提升系统，错时提升煤矿和铝土矿，协同运输，使得对主井利用达到最大化，提高生产效率，降低生产成本，降低铝土矿开采对上部煤矿层稳定性的影响。

另外，根据本发明的煤与煤系共生铝土矿协调开采系统，还可以具有如下技术特征：

在本发明的一个示例中，所述铝土矿运输大巷包括：综合轨道运输大巷和综合皮带运输大巷，

其中，所述综合轨道运输大巷适于分别与所述铝土矿层、所述煤矿层相连通；

其中，所述综合皮带运输大巷适于分别与所述铝土矿层、所述煤矿层相连通。

在本发明的一个示例中，所述煤矿运输大巷包括：煤矿层轨道运输大巷和煤矿层皮带运输大巷，

其中，所述煤矿层轨道运输大巷通过轨道运输斜巷与所述综合轨道运输大巷相连通；

其中，所述煤矿层皮带运输大巷通过岩层皮带运输大巷与所述综合皮带运输大巷相连通；

其中，所述轨道运输斜巷与所述岩层皮带运输大巷形成所述中间运输巷。

在本发明的一个示例中，还包括：铝土矿皮带运输斜巷，

其一端与所述铝土矿层相连通，其另一端与所述岩层皮带运输大巷相连通。

在本发明的一个示例中，还包括：井底车场；

其形成在所述主井周围，且与所述铝土矿运输大巷相连通。

在本发明的一个示例中，还包括：井底煤仓和井底铝土矿仓，

两者均为一端与井底车场相连通，另一端与主井相连通，分别用于对煤矿和铝土矿起到缓冲中转的作用。

在本发明的一个示例中，还包括：靠近主井设置的副井，

其与所述主井平行设置，且其一端连接至工业广场，其另一端向地下延伸至铝土矿层。

在本发明的一个示例中，还包括：设置在铝土矿层周围的环形阶段运输巷，其包括：

沿着纵向方向延伸且在横向方向上间隔设置的至少两个纵向铝土矿运输巷；

沿着横向方向延伸且在纵向方向上间隔设置的多个横向铝土矿运输巷；

所述横向铝土矿运输巷位于至少两个纵向铝土矿运输巷之间并与之相连通。

根据本发明第二方面的一种煤与煤系共生铝土矿上行开拓延伸方法，包括如下步骤：

S10：根据煤与煤系共生铝土矿的赋存位置，确定工业广场和井筒的施工位置，建设工业广场，并采用竖井开拓主井、副井和回风井；

S20：根据周围的水文地质条件，在铝土矿赋存水平面上，开拓与主井相连通的井底车场，同时开拓铝土矿运输大巷并至少延伸至所述铝土矿层的一端，并在所述铝土矿层的另一端通过开拓铝土矿回风巷道与回风井相连通；

S30：由铝土矿运输大巷上行开拓形成中间运输巷，并延拓至煤矿层；

S40：根据上部煤层赋存特征与周围的水文地质条件，布置在煤矿层的一侧且沿着煤矿层的纵向方向延伸开拓并在其横向方向上间隔设置的煤矿运输大巷和煤矿层回风大巷，其中，在所述煤矿运输大巷和所述煤矿层回风大巷之间开拓煤层横向运输大巷将两者相连通；

S50：在铝土矿层的周围开拓环形阶段运输巷道，其一端与井底车场铝土矿运输大巷相连通，其另一端与所述回风井相连通；

S60：在铝土矿回风巷道处上行开拓采煤回风斜巷并与煤矿层回风大巷相连通。

在本发明的一个示例中，在步骤S10中，还包括：在靠近主井的位置开拓靠近主井的位置开拓副井。

在本发明的一个示例中，在步骤S20中，开拓铝土矿运输大巷包括：开拓与铝土矿层相连通的综合轨道运输大巷以及开拓与中间运输巷相连通的综合皮带运输大巷。

在本发明的一个示例中，在步骤S30中，由铝土矿运输大巷上行开拓形成中间运输巷包括：

由综合轨道运输大巷向上开拓并延伸至煤矿层轨道运输大巷形成轨道运输斜巷；

由综合皮带运输大巷向上开拓并延伸至煤矿层皮带运输大巷形成岩层皮带运输大巷。

在本发明的一个示例中，在步骤S50中，还包括：

由所述环形阶段运输巷道开拓延伸至岩层皮带运输大巷形成铝土矿皮带运输斜巷。

下文中将结合附图对实施本发明的最优实施例进行更加详尽的描述，以便能容易理解本发明的特征和优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。

图1为根据本发明实施例的煤与煤系共生铝土矿协调开采系统的结构示意图；

图2为图1中I处的局部放大图；

图3为根据本发明实施例的煤与煤系共生铝土矿协调开采系统的上行开拓延伸方法流程图。

附图标记列表：

煤矿层300；

铝土矿层200；

开采系统100；

主井10；

回风井20；

工业广场30；

选煤厂31；

选矿厂32；

煤矿产物仓33；

铝土矿产物仓34；

铝土矿运输大巷40；

综合轨道运输大巷41；

综合皮带运输大巷42；

煤矿运输大巷50；

煤矿层轨道运输大巷51；

煤矿层皮带运输大巷52；

煤矿层回风大巷60；

煤层横向运输大巷70；

中间运输巷80；

轨道运输斜巷81；

岩层皮带运输大巷82；

煤仓821；

溜煤眼822；

铝土矿皮带运输斜巷90；

矿石仓91；

井底车场110；

井底煤仓120；

井底铝土矿仓130；

副井140；

环形阶段运输巷150；

纵向铝土矿运输巷151；

横向铝土矿运输巷152；

采煤回风斜巷160；

铝土矿回风巷道170。

具体实施方式

为了使得本发明的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同部件。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2所示，以山西吕梁某矿区为例详细说明煤与煤系共生铝土矿协调开采方法实施过程。该矿区蕴藏着丰富的煤和铝土等资源，整体上呈现出上煤下铝的赋存形态。铝土矿矿体赋存于奥陶系中统峰峰组侵蚀面之上、石炭系中统本溪组中下部地层中，矿体上部赋存有河东煤田。区内各矿体矿层的产状与岩层产状一致，矿层倾角2°～15°，平均为7°，铝土矿全区平均厚度为1.5m。该矿区煤与煤系共生铝土矿资源储量丰富，是典型的煤与煤系共生铝土矿赋存区域，可以考虑进行煤与煤系共生铝土矿协调开采。

根据本发明第一方面的一种煤与煤系共生铝土矿协调开采系统100，铝土矿层200位于煤矿层300的下部，所述开采系统100包括：

沿着铝土矿层200的纵向方向分别布置在其两侧主井10、副井140和回风井20，其中，主井10、副井140位于同侧且相近设置，所述主井10、所述副井140的一端连接至工业广场30，其另一端向地下延伸至铝土矿层200；所述铝土矿层200的一端与所述主井10之间通过铝土矿运输大巷40相连通，所述铝土矿层200的另一端与回风井20相连通；

布置在煤矿层300的一侧且沿着煤矿层300的纵向方向延伸并在其横向方向上间隔设置的煤矿运输大巷50和煤矿层回风大巷60，其中，所述煤矿运输大巷50和所述煤矿层回风大巷60之间通过煤层横向运输大巷70相连通；

其中，所述铝土矿运输大巷40与所述煤矿运输大巷50之间通过中间运输巷80相连通；所述回风井20与所述煤矿层回风大巷60之间通过采煤回风斜巷160相连通。

具体地，在铝土矿层200通过铝土矿运输大巷40将铝土矿运输至主井10处，在煤矿层300上由工作面开采煤矿并将其运输至煤矿运输大巷50，并通过中间运输巷80将其运输至主井10处；在此过程中，通过共用主井10内的提升系统，错时提升煤矿和铝土矿，协同运输，使得对主井10利用达到最大化，提高生产效率，降低生产成本，降低铝土矿开采对上部煤矿层300稳定性的影响。

在本发明的一个示例中，所述铝土矿运输大巷40包括：综合轨道运输大巷41和综合皮带运输大巷42，

其中，所述综合轨道运输大巷41适于分别与所述铝土矿层200、所述煤矿层300相连通；

其中，所述综合皮带运输大巷42适于分别与所述铝土矿层200、所述煤矿层300相连通；

也就是说，通过设置综合轨道运输大巷41和综合皮带运输大巷42可以提升对煤矿和铝土矿的运输效率。

在本发明的一个示例中，所述煤矿运输大巷50包括：煤矿层轨道运输大巷51和煤矿层皮带运输大巷52，

其中，所述煤矿层轨道运输大巷51通过轨道运输斜巷81与所述综合轨道运输大巷41相连通；

其中，所述煤矿层皮带运输大巷52通过岩层皮带运输大巷82与所述综合皮带运输大巷42相连通；

其中，所述轨道运输斜巷81与所述岩层皮带运输大巷82形成所述中间运输巷80；

在开拓岩层皮带运输大巷82过程中，开拓溜煤眼822和煤仓821，通过溜煤眼822连接煤层皮带运输大巷，为构建煤矿生产系统做好准备；

从采煤工作面采出的煤炭通过皮带运输机经煤层皮带运输大巷运至溜煤眼822，煤炭通过自重作用存入煤仓821，然后经岩层皮带运输大巷82与铝土矿运输合流，共用一套运输系统运往综合皮带大巷，最后进入井底煤仓120。

通过在煤矿层300的煤矿层轨道运输大巷51和煤矿层皮带运输大巷52、在铝土矿层200的综合轨道运输大巷和综合皮带运输大巷42之间分别设置所述轨道运输斜巷81与所述岩层皮带运输大巷82，而将煤矿层300与铝土矿层200进行连通，使得煤矿和铝土矿能够达到协调开采的目的。

在本发明的一个示例中，还包括：铝土矿皮带运输斜巷90，

其一端与所述铝土矿层200相连通，其另一端与所述岩层皮带运输大巷82相连通；

进一步设置铝土矿皮带运输斜巷90可以为铝土矿的开采提供皮带运输的途径，并与岩层皮带运输大巷82相连通，实现铝土矿和煤矿在皮带运输这条生产线上的协同运输，大大提高了铝土矿的运输效率。

在本发明的一个示例中，还包括：井底车场110；

其形成在所述主井10周围，且与所述铝土矿运输大巷40相连通；

设置井底车场110的方便为铝土矿、煤矿运输至主井10时提供转运空间，方便铝土矿和煤矿的运输。

在本发明的一个示例中，还包括：井底煤仓120和井底铝土矿仓130，

两者均为一端与井底车场110相连通，另一端与主井10相连通，分别用于对煤矿和铝土矿起到缓冲中转的作用；

也就是说，井底煤仓120和井底铝土矿仓130分别用于存储煤矿和铝土矿，从而在煤矿和铝土矿运输至主井10时，经由井底煤仓120和井底铝土矿仓130实现煤矿和铝土矿的利用主井10的分时段提升。

在本发明的一个示例中，还包括：靠近主井10设置的副井140，

其与所述主井10平行设置，且其一端连接至工业广场30，其另一端向地下延伸至铝土矿层200；

副井140作为辅助开拓巷道，这种开拓方法便于管理、提高生产力，同时也适用于后期的煤矿生产。

在本发明的一个示例中，还包括：设置在铝土矿层200周围的环形阶段运输巷150，其包括：

沿着纵向方向延伸且在横向方向上间隔设置的至少两个纵向铝土矿运输巷151；

沿着横向方向延伸且在纵向方向上间隔设置的多个横向铝土矿运输巷152；

所述横向铝土矿运输巷152位于至少两个纵向铝土矿运输巷151之间并与之相连通；

设置环形阶段运输巷150有利于对铝土矿的开采，环形阶段运输巷150的一端连通井底车场110，另一端连通回风井20，从而形成回风通路，同时在环形阶段运输巷150上构建生产系统，使得对铝土矿具有生产能力。

煤与煤系共生铝土矿协调开采系统100的工作原理如下：

从采煤工作面采出的煤炭通过皮带运输机经煤层皮带运输大巷运至溜煤眼822，煤炭通过自重作用存入煤仓，然后经岩层皮带运输大巷82与铝土矿运输合流，共用一套运输系统运往综合皮带大巷，最后进入井底煤仓120；采出的铝土矿由无轨胶轮车从工作面经阶段运输巷道运往矿石仓91，然后通过皮带运输机经铝土矿皮带运输斜巷90运往岩层皮带运输大巷82，与煤炭运输合流，共用一套运输系统经综合皮带运输大巷42运往井底铝土矿仓130；然后由主井10错时协同提升铝土矿和煤矿，从主井10提升上来的煤炭和铝土矿需要进行分流处理，分别被输送至选煤厂31和选矿厂32进行加工处理，最后分别进入煤矿产物仓33和铝土矿产物仓34。

根据本发明第二方面的一种煤与煤系共生铝土矿上行开拓延伸方法，如图3所示，包括如下步骤：

S10：根据煤与煤系共生铝土矿的赋存位置，确定工业广场30和井筒的施工位置，建设工业广场30，并采用竖井开拓主井10、副井140和回风井20；

根据该区域煤与煤系共生铝土矿的赋存位置，确定工业广场30的位置，在工业广场30建立选煤厂31和选矿厂32，为后续产物分选做好准备，同时设煤矿产物仓33和铝土矿产物仓34储存两种产物；

采用竖井开拓方式，开拓主井10作为初期铝土矿的主要开拓巷道，开拓副井140和回风井20作为辅助开拓巷道，这种开拓方法便于管理，生产能力较高，在金属矿山使用较为普遍，同时适用于后期的煤矿生产。

S20：根据周围的水文地质条件，在铝土矿赋存水平面上，开拓与主井10相连通的井底车场110，同时开拓铝土矿运输大巷40并至少延伸至所述铝土矿层200的一端，并在所述铝土矿层200的另一端通过开拓铝土矿回风巷道170与回风井20相连通；

达到铝土矿所在水平之后，根据区域水文地质条件，在主井10、副井140下方的合适位置设井底车场110，作为生产系统的中枢；

S30：由铝土矿运输大巷40上行开拓形成中间运输巷80，并延拓至煤矿层300；

S40：根据上部煤层赋存特征与周围的水文地质条件，布置在煤矿层300的一侧且沿着煤矿层300的纵向方向延伸开拓并在其横向方向上间隔设置的煤矿运输大巷50和煤矿层回风大巷60，其中，在所述煤矿运输大巷50和所述煤矿层回风大巷60之间开拓煤层横向运输大巷70将两者相连通；

S50：在铝土矿层200的周围开拓环形阶段运输巷150道，其一端与井底车场110铝土矿运输大巷40相连通，其另一端与所述回风井20相连通；

S60：在铝土矿回风巷道170处上行开拓采煤回风斜巷170并与煤矿层回风大巷60相连通；

本发明的一种煤与煤系共生铝土矿协调开采上行开拓延伸方法，通过连接上部煤层与下部铝土矿，利用溜煤眼822进行上部煤层煤炭向铝土矿水平的转运，建设费用低、易维护；煤矿和铝土矿通过运输的合流来共用部分运输系统，在采区设立煤仓和矿石仓91缓存煤炭和铝土矿的基础上，实现了错时运输，通过建立井底煤仓120和井底铝土矿仓130，实现了错时提升，使得煤炭与铝土矿的运输互不影响，降低运输费用的同时提高了运输系统的利用率；通过共用工业广场30、提升运输系统和部分巷道，解决了资源单独开采生产周期长，新建矿井投资大等问题。

在本发明的一个示例中，在步骤S20中，开拓铝土矿运输大巷40包括：开拓与铝土矿层200相连通的综合轨道运输大巷41以及开拓与中间运输巷80相连通的综合皮带运输大巷42；

其中，所述综合轨道运输大巷41适于分别与所述铝土矿层200、所述煤矿层300相连通；

其中，所述综合皮带运输大巷42适于分别与所述铝土矿层200、所述煤矿层300相连通；

也就是说，通过设置综合轨道运输大巷41和综合皮带运输大巷42可以提升对煤矿和铝土矿的运输效率。

在本发明的一个示例中，在步骤S30中，由铝土矿运输大巷40上行开拓形成中间运输巷80包括：

由综合轨道运输大巷41向上开拓并延伸至煤矿层轨道运输大巷51形成轨道运输斜巷81；

由综合皮带运输大巷42向上开拓并延伸至煤矿层皮带运输大巷52形成岩层皮带运输大巷82；

通过在煤矿层300的煤矿层轨道运输大巷51和煤矿层皮带运输大巷52、在铝土矿层200的综合轨道运输大巷41和综合皮带运输大巷42之间分别设置所述轨道运输斜巷81与所述岩层皮带运输大巷82，而将煤矿层300与铝土矿层200进行连通，使得煤矿和铝土矿能够达到协调开采的目的。

在本发明的一个示例中，在步骤S50中，还包括：

由所述环形阶段运输巷150道开拓延伸至岩层皮带运输大巷82形成铝土矿皮带运输斜巷90。

从而使得铝土矿在开采时具备轨道运输和皮带运输两种运输方式，提高生产效率。

作为优选地，在环形阶段运输巷150道一侧设置矿石仓91，其连接在环形阶段运输巷150道和岩层皮带运输大巷82之间，用于对铝土矿进行缓冲中转；

采出的铝土矿由无轨胶轮车从工作面经阶段运输巷道运往矿石仓91，然后通过皮带运输机经铝土矿皮带运输斜巷90运往岩层皮带运输大巷82，与煤炭运输合流，共用一套运输系统经综合皮带运输大巷42运往井底铝土矿仓130。

铝土矿的运输设备全部为皮带运输机或防爆无轨胶轮车，井下电气设备及电缆全部改为防爆型，同时增设瓦斯监测设备，防止上部煤层瓦斯渗入铝土矿开采区域。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

上文中参照优选的实施例详细描述了本发明所提出的煤与煤系共生铝土矿协调开采系统100的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各种技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。