創(chuàng)新點(diǎn)

我國(guó)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(dú)立開(kāi)采模式，各礦產(chǎn)開(kāi)采引發(fā)的巖層活動(dòng)、流體遷移等會(huì)影響彼此正常開(kāi)采。因此，協(xié)調(diào)開(kāi)采迫在眉睫，且亟需建立一套科學(xué)表征煤與異體共生礦產(chǎn)協(xié)調(diào)開(kāi)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(lèi)的協(xié)調(diào)開(kāi)采度評(píng)估方法。通過(guò)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(píng)估模型，為協(xié)調(diào)開(kāi)采度評(píng)價(jià)提供了方法論基礎(chǔ)。

（1）針對(duì)一般礦產(chǎn)，構(gòu)建了以經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)為目標(biāo)的多礦種協(xié)調(diào)生產(chǎn)進(jìn)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(jìng)爭(zhēng)等因素，能夠定量衡量實(shí)際方案與理想經(jīng)濟(jì)狀態(tài)的偏差，為生產(chǎn)布局優(yōu)化提供量化工具。

（2）針對(duì)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(kāi)采錯(cuò)距模型。通過(guò)判定開(kāi)采錯(cuò)距等級(jí)、識(shí)別干擾機(jī)制并匹配技術(shù)措施，建立了資源采出率與風(fēng)險(xiǎn)控制能力雙維度的評(píng)價(jià)方法，用于量化資源安全與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)水平。

（3）構(gòu)建了涵蓋資源安全與經(jīng)濟(jì)效益、礦山安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)三大維度的指標(biāo)體系，區(qū)分風(fēng)險(xiǎn)層與狀態(tài)層兩類(lèi)指標(biāo)，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化賦分與層次分析法等方法，以保證評(píng)價(jià)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(kāi)采度評(píng)估方法

作者：黃炳香, 王茗可, 陳大勇

單位：中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 煤炭精細(xì)勘探與智能開(kāi)發(fā)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(kāi)采度評(píng)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(guó)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(dú)立開(kāi)采模式，各礦產(chǎn)開(kāi)采引發(fā)的巖層活動(dòng)、流體遷移等會(huì)影響彼此正常開(kāi)采。因此，協(xié)調(diào)開(kāi)采迫在眉睫，且亟需建立一套科學(xué)表征煤與異體共生礦產(chǎn)協(xié)調(diào)開(kāi)采程度的方法。針對(duì)這一需求，提出了一種協(xié)調(diào)開(kāi)采度評(píng)估方法，構(gòu)建了差異化的評(píng)價(jià)模型與指標(biāo)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(lèi)，分別建立多礦種協(xié)調(diào)生產(chǎn)進(jìn)度規(guī)劃模型和開(kāi)采錯(cuò)距導(dǎo)向模型。前者以經(jīng)濟(jì)效益最大化為核心，通過(guò)0?1整數(shù)規(guī)劃與遺傳算法實(shí)現(xiàn)多礦體開(kāi)采的時(shí)空協(xié)同優(yōu)化；后者以資源安全優(yōu)先為原則，構(gòu)建“錯(cuò)距判定?風(fēng)險(xiǎn)機(jī)理分析?技術(shù)措施匹配”的三階范式，量化評(píng)估不同空間錯(cuò)距條件下的資源保全水平與污染風(fēng)險(xiǎn)。在此基礎(chǔ)上，形成了涵蓋資源安全與經(jīng)濟(jì)效益、礦山安全生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)三大維度，包含風(fēng)險(xiǎn)層與狀態(tài)層的指標(biāo)體系，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算、閾值判定雙軌賦分與層次分析賦權(quán)方法，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)開(kāi)采度的綜合評(píng)價(jià)。算例研究表明：山西某煤鋁礦山協(xié)調(diào)開(kāi)采度為0.8936，屬良好等級(jí)；新疆某煤鈾礦山協(xié)調(diào)開(kāi)采度為0.9093，屬優(yōu)秀等級(jí)。結(jié)果驗(yàn)證了所提方法在兼顧經(jīng)濟(jì)效益與資源安全、提升礦產(chǎn)開(kāi)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(kāi)采度評(píng)估模型構(gòu)建思路

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

圖3 礦塊組合示意

圖4 合理錯(cuò)距條件下的禁采礦塊范圍示意

圖5 多目標(biāo)遺傳算法求解流程

圖6 煤鈾開(kāi)采交互作用機(jī)制

圖7 合理錯(cuò)距確定原理

圖8 開(kāi)采錯(cuò)距階段劃分

圖9 基于開(kāi)采錯(cuò)距的技術(shù)措施評(píng)估矩陣

圖10 現(xiàn)狀?風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)邏輯關(guān)系

圖11 煤鋁協(xié)調(diào)開(kāi)采進(jìn)度規(guī)劃

圖12 井田區(qū)位示意

圖13 煤鈾協(xié)調(diào)開(kāi)采礦區(qū)地下水位

第一作者

黃炳香，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)煤炭精細(xì)勘探與智能開(kāi)發(fā)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黨委書(shū)記、主任，二級(jí)教授、博導(dǎo)，入選國(guó)家重大人才工程項(xiàng)目，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“煤與共伴生戰(zhàn)略性金屬礦產(chǎn)協(xié)調(diào)開(kāi)采理論與技術(shù)”項(xiàng)目首席科學(xué)家，中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)巖石破碎工程專(zhuān)業(yè)委員會(huì)副主任委員、中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)創(chuàng)新發(fā)展工作委員會(huì)委員、中國(guó)能源學(xué)會(huì)專(zhuān)家委員會(huì)副主任、煤炭工業(yè)技術(shù)委員會(huì)委員等，國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃技術(shù)預(yù)測(cè)專(zhuān)家（2020）。《中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)》、《采礦與安全工程學(xué)報(bào)》等期刊編委。入選國(guó)家“萬(wàn)人計(jì)劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才（2019）、國(guó)家優(yōu)秀青年科學(xué)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(jì)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(kāi)發(fā)

主要成果

黃炳香教授以巖石多相多場(chǎng)耦合與采動(dòng)巖層運(yùn)動(dòng)規(guī)律為核心科學(xué)問(wèn)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(wù)的發(fā)展模式。圍繞煤系共伴生礦產(chǎn)協(xié)同開(kāi)發(fā)的國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，在充實(shí)煤炭開(kāi)采內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，拓展非煤固體礦產(chǎn)與油氣開(kāi)采，形成了“大采礦”科研團(tuán)隊(duì)；構(gòu)建了協(xié)調(diào)開(kāi)采以隔水層為界的應(yīng)力場(chǎng)、滲流場(chǎng)、化學(xué)場(chǎng)、裂隙場(chǎng)、微生物場(chǎng)分區(qū)耦合模型，揭示了協(xié)調(diào)開(kāi)采巖層活動(dòng)疊加影響規(guī)律；闡明了煤與共伴生礦產(chǎn)分區(qū)錯(cuò)時(shí)協(xié)調(diào)開(kāi)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(kāi)采方法；建立了井工-井工協(xié)調(diào)開(kāi)采、井工-鉆采協(xié)調(diào)開(kāi)采、井工共采、露天共采等成套協(xié)調(diào)開(kāi)發(fā)方式；形成了煤-鋁-鐵-鎵綜合開(kāi)發(fā)、煤-鈾協(xié)調(diào)開(kāi)采、水-煤-氣協(xié)調(diào)開(kāi)發(fā)等模式，提出了政策建議，促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)政策落地。主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目等國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目9項(xiàng)，煤炭與油氣行業(yè)項(xiàng)目50余項(xiàng)，出版專(zhuān)著3部，第一或通訊作者發(fā)表學(xué)術(shù)論文160余篇，1篇獲《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》優(yōu)秀論文“陳宗基獎(jiǎng)”（2020），第一發(fā)明人授權(quán)國(guó)際國(guó)內(nèi)發(fā)明專(zhuān)利48項(xiàng)，獲中國(guó)專(zhuān)利優(yōu)秀獎(jiǎng)1項(xiàng)?？蒲谐晒@省部級(jí)科技一等獎(jiǎng)5項(xiàng)（3項(xiàng)排名第一）、二等獎(jiǎng)5項(xiàng)等。煤巖體壓裂成套技術(shù)2017年入選科技部與原國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局第一批安全生產(chǎn)先進(jìn)適用技術(shù)與產(chǎn)品，2019年入選煤炭工業(yè)“十四五”先進(jìn)適用技術(shù)推廣目錄。

通訊作者

陳大勇，博士，副研究員，博導(dǎo)。專(zhuān)注煤系地層開(kāi)采過(guò)程中的爆破及其有害/有利效應(yīng)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(dòng)態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)，基本形成了理論-技術(shù)-工藝體系。主持國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題等項(xiàng)目30余項(xiàng)，發(fā)表論文40余篇，獲得省部級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)3項(xiàng)，授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利10余項(xiàng)。 獲得爆破工程技術(shù)人員證書(shū)、注冊(cè)安全工程師證書(shū)，是中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)、中國(guó)工程爆破協(xié)會(huì)、中國(guó)/國(guó)際巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)、中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)會(huì)員，10余種主流期刊審稿人，國(guó)家基金委自然科學(xué)基金網(wǎng)評(píng)專(zhuān)家、教育部學(xué)位論文評(píng)審專(zhuān)家、山西千人智庫(kù)專(zhuān)家等。

編輯丨李莎

審核丨常明然

煤炭科學(xué)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(guó)科技核心期刊11種、中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)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(jiǎn)介

為深入貫徹習(xí)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(xué)術(shù)交流平臺(tái)，2023年5月，經(jīng)國(guó)家新聞出版署批準(zhǔn)，由中國(guó)煤炭科工集團(tuán)主管、煤炭科學(xué)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(yīng)運(yùn)而生?！毒G色礦山》為季刊，國(guó)內(nèi)統(tǒng)一連續(xù)出版物號(hào)為：CN10-1912/TD，ISSN號(hào)：2097-3357，由《綠色礦山》編輯部負(fù)責(zé)策劃、出版、發(fā)行。

刊登范圍

綠色勘查、綠色開(kāi)采、礦山地下空間利用、綠色選冶、礦山環(huán)境保護(hù)、低碳技術(shù)及節(jié)能減排、數(shù)字礦業(yè)、綠色低碳經(jīng)濟(jì)政策與評(píng)價(jià)等。

期刊主頁(yè)

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投稿網(wǎng)址

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