曾 晟 葉文浩 徐華清

（1.南華大學(xué)資源環(huán)境與安全工程學(xué)院，湖南衡陽(yáng)421001；2.湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三0六大隊(duì)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，湖南衡陽(yáng)421008）

19世紀(jì)70年代中期美國(guó)丹佛附近最早發(fā)現(xiàn)了含鈾煤層且鈾品位高達(dá)2%，而后在美國(guó)其他地區(qū)接連發(fā)現(xiàn)了富鈾煤礦床［1］。緊接著含鈾煤礦床在英國(guó)、德國(guó)、匈牙利、巴西、前蘇聯(lián)和中國(guó)也被相繼發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外對(duì)含鈾煤礦床主要從煤鈾分離技術(shù)、采冶技術(shù)、開(kāi)采方案設(shè)計(jì)以及鈾元素冶煉提取等方面開(kāi)展了研究。對(duì)于煤鈾分離技術(shù)的研究，美國(guó)巴特耳研究所最早于20 世紀(jì)60年代從褐煤中提煉出鈾，而且開(kāi)展了相關(guān)研究，引起了世界各國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注［2］。此后，前蘇聯(lián)和西歐的某些國(guó)家相繼開(kāi)始對(duì)煤型鈾礦的采冶技術(shù)開(kāi)展相關(guān)研究。我國(guó)學(xué)者通過(guò)研究，對(duì)于煤型鈾礦床開(kāi)采，傾向于按照煤礦開(kāi)采模式進(jìn)行開(kāi)采方案設(shè)計(jì)［3］。在對(duì)鈾元素冶煉提取上，在國(guó)外一般是將已開(kāi)采出的煤型鈾礦石直接提取或者采用浸出法提取，我國(guó)傾向于采用浸出法提取。浸出法是將已開(kāi)采出的煤型鈾礦石粉碎后從其燃燒所產(chǎn)生的粉煤灰中分離鈾，通常采用硫酸作為浸出劑，在浸出液中加入離子交換樹(shù)脂吸附鈾來(lái)提高鈾金屬的回收效果［4］。20世紀(jì)60年代初，我國(guó)鈾礦地質(zhì)系統(tǒng)對(duì)煤中鈾開(kāi)展了普查和專(zhuān)項(xiàng)研究，并在寒武紀(jì)地層（石煤）、西北侏羅紀(jì)煤田、云南古近紀(jì)和新近紀(jì)煤田研究試驗(yàn)上取得了突破性進(jìn)展［5］。在歷經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及局部試生產(chǎn)后，成功開(kāi)采了幾個(gè)小型的煤型鈾礦床，并且在開(kāi)采技術(shù)研究方面取得了一些成果。

煤型鈾礦作為一種特殊的煤炭和鈾礦資源，實(shí)現(xiàn)該類(lèi)資源的高效開(kāi)采，對(duì)于防止煤炭資源過(guò)度開(kāi)采和緩解天然鈾供需矛盾均具有現(xiàn)實(shí)意義。在對(duì)煤型鈾礦資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)，既要高效開(kāi)采煤炭資源，又要安全環(huán)保地提取鈾資源，如此則需要在加強(qiáng)煤型鈾礦床高效回采技術(shù)研發(fā)的同時(shí)，開(kāi)展該類(lèi)型礦床開(kāi)采安全隱患因素的研究，確保兩種資源高效、安全及綠色開(kāi)采。近年來(lái)，“協(xié)同開(kāi)采”理念在地下金屬礦床開(kāi)采領(lǐng)域得到了有效傳播，受到業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注，在理論研究和技術(shù)研發(fā)方面取得了一定的進(jìn)展［6-8］?，F(xiàn)階段，該領(lǐng)域的研究主要集中在開(kāi)采礦床的同時(shí)處理擬開(kāi)采礦床的隱患因素［9］、因開(kāi)采行為而產(chǎn)生的隱患因素［10-11］以及在資源開(kāi)采的同時(shí)實(shí)現(xiàn)其他工程目的［12-13］等方面。如邱華富等［14］將采空區(qū)治理與地下空間利用相結(jié)合，基于“協(xié)同開(kāi)采”理念構(gòu)建了采礦—充填—建庫(kù)協(xié)同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系，不僅解決了空區(qū)治理問(wèn)題，還實(shí)現(xiàn)了國(guó)家石油和天然氣等能源儲(chǔ)存的工程目的；陳慶發(fā)等［15］通過(guò)進(jìn)行人工礦柱的力學(xué)參數(shù)和幾何參數(shù)優(yōu)化，構(gòu)建了人工礦柱協(xié)同作用力學(xué)模型，該模型在一定程度上可以根據(jù)工況調(diào)控頂板的穩(wěn)定性和采空區(qū)局部地應(yīng)力環(huán)境。于世波等［16］針對(duì)甲瑪銅多金屬礦協(xié)同開(kāi)采問(wèn)題，采用相似模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法分析了地下充填開(kāi)采對(duì)露天邊坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律，認(rèn)為大規(guī)模地下充填開(kāi)采對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響很微弱。本研究針對(duì)煤型鈾礦床特征，借鑒“空區(qū)協(xié)同利用”理念和金屬礦床協(xié)同開(kāi)采研究方法，并結(jié)合煤礦和鈾礦的采礦方法，提出了煤型鈾礦床協(xié)同開(kāi)采的理論模型。

1 煤型鈾礦特征

1.1 煤型鈾礦床地質(zhì)特征

煤共生或伴生鈾礦是新型的鈾礦資源，該類(lèi)資源具有“小、貧、散”的特點(diǎn)，工程地質(zhì)條件非常復(fù)雜，開(kāi)采、選礦和冶煉的難度較大［17］。煤型鈾礦是煤共生或伴生鈾礦的一種，當(dāng)鈾礦物賦存于煤體中自上而下厚約1 m 的煤層內(nèi)（包括含鈾層和煤層在內(nèi)的整個(gè)礦體厚度約10 m），礦體上部為遇水易膨脹、易垮塌的砂巖層時(shí)，則稱(chēng)這1 m 厚的含鈾煤層為煤型鈾礦床［18］。簡(jiǎn)而言之，煤型鈾礦床是鈾礦物賦存于煤層內(nèi)的小型鈾礦床。

我國(guó)富鈾煤礦主要分布在北方的侏羅系和南方的古—新近系中，煤系地層厚度大且分布廣，多數(shù)煤系地層中不僅賦存大量的煤炭資源，還共（伴）生有一定品位的鈾礦資源，并且共（伴）生的鈾礦資源儲(chǔ)量大，具有較高的工業(yè)開(kāi)采價(jià)值［19］。根據(jù)已勘察和已開(kāi)采的煤型鈾礦床地質(zhì)資料［20］，我國(guó)大部分鈾礦體賦存于沉積砂巖中，砂巖頂板多泥質(zhì)膠結(jié)且滲透性很強(qiáng)。這些砂巖頂板含水率很高，極易發(fā)生片幫、冒頂，在該類(lèi)工程地質(zhì)條件下不利于巷道掘進(jìn)。在煤型鈾礦成礦過(guò)程中，大部分煤型鈾礦的成因是先生煤層的沉積和后生鈾礦物的富集，該類(lèi)型成礦模式導(dǎo)致了整個(gè)煤層無(wú)法連續(xù)不間斷成礦。另外，在該模式作用下，煤層頂板首先受到含鈾礦混合物滲透或淋積，造成了與煤層頂板相接觸的砂巖底板易形成品位更高的鈾礦體，煤層下方的鈾礦品位卻逐漸降低到尖滅。最終礦層與礦層之間存在多條無(wú)礦地帶，形成了礦體在走向和傾向上呈現(xiàn)不連續(xù)的特征，造成了礦體形狀十分復(fù)雜、分支和復(fù)合毫無(wú)規(guī)律的現(xiàn)象［21］。

1.2 煤型鈾礦賦存狀態(tài)

在煤型鈾礦中，少量的鈾以鈾礦物的賦存狀態(tài)存在，往往在煤中呈現(xiàn)出斑點(diǎn)狀、細(xì)脈狀、薄片狀及薄膜狀的特征［22］，如鈾黑、瀝青鈾礦、釩鈣鈾礦和板菱鈾礦等。這是因?yàn)槊簩?duì)鈾有著還原與吸附的作用，可以固定向煤中聚集的鈾。

在煤型鈾礦中，大量的鈾以吸附與分散狀態(tài)存在，如我國(guó)西北侏羅紀(jì)煤田和云南古—新近系煤田褐煤中的鈾與美國(guó)達(dá)科他和懷俄明褐煤中的鈾90%以上都是以吸附和分散狀態(tài)存在［5］。吸附與分散狀態(tài)的鈾主要是以鈾的鈾酰腐植酸鹽、有機(jī)鉻合物或被煤吸附的形式存在于煤的有機(jī)質(zhì)中，其次是以無(wú)機(jī)賦存形式呈吸附狀態(tài)存在于與煤中有機(jī)質(zhì)緊密共生的微細(xì)無(wú)機(jī)礦物顆粒上［23］。近年來(lái)，部分學(xué)者對(duì)于煤礦物有機(jī)質(zhì)中存在鈾礦物開(kāi)展了相關(guān)研究，卜貽孫等［24］通過(guò)對(duì)低煤級(jí)煤礦物中腐殖酸的研究發(fā)現(xiàn)，煤炭有機(jī)質(zhì)腐殖酸中吸附了大量的鈾元素；楊建業(yè)等［25］通過(guò)對(duì)伊犁盆地鈾元素的賦存狀態(tài)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)鈾元素主要賦存于褐煤有機(jī)質(zhì)中，并且有一部分的鈾元素以物理吸附的方式賦存于有機(jī)質(zhì)中；席維實(shí)［26］對(duì)褐煤與長(zhǎng)焰煤中所含腐殖酸的研究發(fā)現(xiàn)：其腐殖酸中的羧基、羥基和醌基吸附鈾離子從而形成鈾的有機(jī)物絡(luò)合物，證明了褐煤與長(zhǎng)焰煤中存在絡(luò)合物形式的鈾。另外，向偉東等［27］的研究成果進(jìn)一步證明了煤中腐殖酸主要是通過(guò)吸附、絡(luò)合及還原作用結(jié)合鈾元素，并且細(xì)菌和微生物在此過(guò)程中對(duì)鈾礦形成起到一定的作用。代世峰等［28］通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地晚古生代煤中鈾賦存狀態(tài)的研究，發(fā)現(xiàn)鈾元素不僅存在于煤的有機(jī)質(zhì)中，而且在無(wú)機(jī)礦物顆粒中也有賦存。

2 煤型鈾礦床開(kāi)采現(xiàn)狀

早期的煤型鈾礦床井下工程系統(tǒng)基本上按照采煤模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且遵循采煤工藝設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則［29］。王前裕［30］基于我國(guó)509礦床地質(zhì)特征、鈾礦安全防護(hù)特點(diǎn)和開(kāi)采中的安全防護(hù)技術(shù)要求，通過(guò)總結(jié)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為宜采用壁式采礦法和斜面分層充填采礦法開(kāi)采該煤型鈾礦，其中壁式法尤為合適。壁式法的特點(diǎn)為：采幅高度一般與礦體厚度相等，回采時(shí)工作面附近暴露的頂板需設(shè)置人工支護(hù)，推進(jìn)一定距離時(shí)應(yīng)及時(shí)回柱放頂，并用崩落的頂板砂巖充填采空區(qū)。壁式采礦法既能有效滿(mǎn)足防火和滅火要求，又能有效控制氡氣的析出量。當(dāng)?shù)V化不連續(xù)時(shí)，可將不含鈾的煤柱留下作為采場(chǎng)支柱，當(dāng)?shù)V化連續(xù)時(shí)可全面推進(jìn)。但是壁式采礦法存在工作量大、回采工期長(zhǎng)、回收支柱勞動(dòng)強(qiáng)度大、貧化率高、損失率大及安全防護(hù)措施不到位的不足。故而采礦工藝技術(shù)改造和生產(chǎn)管理的重點(diǎn)是降低貧化率和損失率、降低工作量和做好安全防護(hù)措施，最大限度高效和安全地回收煤鈾資源。王開(kāi)華等［31］對(duì)緩傾斜煤型鈾礦和急傾斜煤型鈾礦的開(kāi)采方法分別開(kāi)展了相關(guān)研究。經(jīng)過(guò)對(duì)緩傾斜煤型鈾礦體開(kāi)展壁式采礦試驗(yàn)，分析了壁式法開(kāi)采緩傾斜鈾礦體時(shí)存在的貧化率、損失率高以及氡濃度偏高等問(wèn)題，同時(shí)提出了改進(jìn)的短壁式采礦法。改進(jìn)方法縮小了采場(chǎng)面積，減小了采厚，提升了開(kāi)采強(qiáng)度，縮短了回采工期。通過(guò)進(jìn)行急傾斜煤型鈾礦體開(kāi)采試驗(yàn)，提出采用雙斜面分層充填法開(kāi)采急傾斜煤型鈾礦體。該方法的工藝特點(diǎn)是：用混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造采場(chǎng)底部結(jié)構(gòu)，形成運(yùn)輸巷道，并用干砂建造底柱；充填井布置在采場(chǎng)中間，順路井布置在兩端，并且在兩者之間設(shè)置了多個(gè)溜礦井；從采場(chǎng)底部到兩側(cè)用干砂充填料形成接近30°的斜坡；在連續(xù)的含礦層中進(jìn)行大面積開(kāi)采，提高了開(kāi)采效率，并在一定程上控制了鈾礦物貧化率和損失率。

經(jīng)過(guò)對(duì)上述兩種煤型鈾礦床的開(kāi)采實(shí)踐進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)短壁式采礦法和雙斜面分層充填采礦法較適用于含礦層相對(duì)連續(xù)的煤型鈾礦床。上述兩種改進(jìn)采礦法盡管取得了較好的實(shí)踐效果，但仍存在不足：①在煤型鈾礦床含礦不連續(xù)的地段回采時(shí)，容易造成礦物貧化率高、損失率大，從而導(dǎo)致資源回收率低；②當(dāng)開(kāi)采鈾品位高的礦體時(shí)，在瓦斯和氡氣濃度高的某些地域作業(yè)，必須采取有針對(duì)性的通風(fēng)、安全和輻射防護(hù)等措施，這些措施的施行不僅增加了工作量，還影響了回采效率；③在含礦層上方覆蓋著地下含水層的條件下，采場(chǎng)頂板過(guò)于濕軟極易發(fā)生頂板塌方。

3 煤鈾協(xié)同開(kāi)采

3.1 “協(xié)同開(kāi)采”理念

廣西大學(xué)陳慶發(fā)教授在進(jìn)行金屬礦床地下采礦方法研究時(shí)引入了協(xié)同學(xué)，于2009年針對(duì)采空區(qū)隱患資源開(kāi)采提出了“協(xié)同開(kāi)采”理念［32］。該理念問(wèn)世初期，存在著概念不清晰、類(lèi)組歸屬混亂、命名不規(guī)范及技術(shù)特點(diǎn)模糊等問(wèn)題。到2013年，“協(xié)同開(kāi)采”定義得到了進(jìn)一步明確，陳慶發(fā)教授指出“協(xié)同開(kāi)采”是在開(kāi)采擬采礦床的過(guò)程中，和諧處理其他影響有序共采的隱患因素（如空區(qū)隱患、地下水災(zāi)隱患等），或者通過(guò)采取合適的工程技術(shù)措施（如采礦方法、災(zāi)害控制技術(shù)及其他相關(guān)工程技術(shù)等）達(dá)到其他工程目的，使得能夠在開(kāi)采礦物資源的同時(shí)，和諧處理隱患因素的負(fù)面效應(yīng)，或者達(dá)到多種工程目的，從而促進(jìn)安全、和諧、綠色和高效地開(kāi)采賦存的礦物資源［33］。

“協(xié)同開(kāi)采”理念問(wèn)世至今，得到了不少業(yè)內(nèi)學(xué)者的認(rèn)可，在金屬礦床地下開(kāi)采方面，我國(guó)學(xué)者先后發(fā)明了19 種協(xié)同采礦方法［34］，這些研究成果的問(wèn)世逐漸將“協(xié)同開(kāi)采”相關(guān)研究推進(jìn)到深入發(fā)展階段?！皡f(xié)同開(kāi)采”理念不僅適用于金屬礦山地下開(kāi)采，而且還具有更加廣闊的應(yīng)用空間，例如，“協(xié)同開(kāi)采”理念對(duì)于煤型鈾礦開(kāi)采也具有較好的指導(dǎo)價(jià)值。

我國(guó)煤系地層分布廣且厚度大，大部分煤系地層不僅儲(chǔ)存有一定量的煤炭資源，而且還共生或伴生有豐富的鈾礦物資源。不少共生或伴生鈾礦物儲(chǔ)量大，雖然鈾品位不高，但具有一定的開(kāi)采價(jià)值。在煤型鈾礦床傳統(tǒng)采礦方法方面還有待進(jìn)一步的研究和改進(jìn)的背景下，引入“協(xié)同開(kāi)采”理念研究這類(lèi)煤鈾共生或伴生礦產(chǎn)的開(kāi)采方法具有可行性。

3.2 煤鈾協(xié)同開(kāi)采理論架構(gòu)

在煤鈾共生或者伴生礦中，煤礦層和鈾礦層位于同一空間區(qū)域內(nèi)，可能有幾個(gè)成礦作用重疊先后發(fā)生，因此存在不同成因或先后生成的復(fù)雜化多種煤鈾礦物共生或伴生組合。根據(jù)煤層和鈾礦物空間分布特點(diǎn)，本研究將煤型鈾礦劃分為共生或伴生煤型鈾礦和含夾層上砂巖鈾礦下共伴生煤型鈾礦兩種類(lèi)型。根據(jù)目前煤型鈾礦床開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，借鑒金屬礦床地下開(kāi)采協(xié)同采礦思路，分別從井下礦床劃分、井巷通風(fēng)和采礦方法優(yōu)選等方面對(duì)煤鈾協(xié)同開(kāi)采思路進(jìn)行分析。

3.2.1 井下礦床劃分

煤型鈾礦床具有含礦層礦體與礦體之間存在不等厚的無(wú)礦帶，礦體在走向與傾向上都不連續(xù)的特征，使得礦體形狀極為復(fù)雜，難以選用合適的方法進(jìn)行安全高效開(kāi)采。因此，有必要對(duì)礦體進(jìn)行分區(qū)設(shè)計(jì)，以便對(duì)不同分區(qū)選用適宜的采礦方法。孫會(huì)熙等［35］針對(duì)某釩鐵礦資源開(kāi)采規(guī)劃不清晰、釩鐵礦產(chǎn)開(kāi)采互相制約以及采空區(qū)空置影響礦山安全生產(chǎn)的問(wèn)題，提出了釩鐵礦分區(qū)協(xié)同開(kāi)采優(yōu)化方案。這一方案的實(shí)質(zhì)是采用不同的采礦方法進(jìn)行分區(qū)設(shè)計(jì)與分區(qū)回采，可以有效降低貧化率和損失率，顯著提高采礦效率。借鑒上述采用不同的采礦方法進(jìn)行分區(qū)回采的思路，本研究將不連續(xù)成礦煤型鈾礦床按不連續(xù)礦段劃分為若干個(gè)礦區(qū)。礦區(qū)內(nèi)部沿煤型鈾礦床垂向方向劃分為上段煤礦、中段煤型鈾礦及下段煤礦3個(gè)分段層，使得各礦區(qū)的不同分段礦層分別進(jìn)行重組。各分段礦區(qū)在需要合并的各分段底部布置獨(dú)立的出礦結(jié)構(gòu)，并增設(shè)溜礦段來(lái)聯(lián)系各不連續(xù)煤型鈾礦塊，使原本不連續(xù)礦石經(jīng)由溜礦段到達(dá)出礦結(jié)構(gòu)后共用同一出礦平巷得以協(xié)同出礦，實(shí)現(xiàn)煤礦、鈾礦及廢礦石分采和分運(yùn)，降低損失率和貧化率。

3.2.2 井巷通風(fēng)

地下開(kāi)采過(guò)程中，一般采用機(jī)械強(qiáng)制通風(fēng)方式有效降低氡濃度和瓦斯?jié)舛?。煤型鈾礦地下開(kāi)采時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照《放射衛(wèi)生防護(hù)基本標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4792—84）進(jìn)行輻射監(jiān)控和防護(hù)，制定行之有效的放射性防護(hù)措施和工程管理制度。設(shè)計(jì)井巷通風(fēng)系統(tǒng)之初，應(yīng)采用多種方法相結(jié)合計(jì)算鈾礦井風(fēng)量，并將盡可能多的因素考慮在內(nèi)，以計(jì)算的最大風(fēng)量為設(shè)計(jì)取值。根據(jù)氡析出量、瓦斯涌出量、井下同時(shí)爆破的最大藥量及井下工作的最多人數(shù)等所需風(fēng)量的最大值，來(lái)確定全礦巷道最小需風(fēng)量，從而實(shí)現(xiàn)利用風(fēng)流最大限度稀釋氡氣和瓦斯的目的［36］。同時(shí)，在瓦斯?jié)舛容^高的地段，還須采取相關(guān)技術(shù)措施抽排瓦斯。在輻射源處理上，可采取噴射混凝土或噴射水泥砂漿的隔離措施來(lái)隔離有輻射源的巖壁、煤壁等。在井巷支護(hù)方法選擇上，應(yīng)盡可能采用噴射混凝土支護(hù)。這是因?yàn)榛炷恋酿そY(jié)性和密實(shí)性很好，噴射混凝土支護(hù)可以同時(shí)起到支護(hù)加固和封閉煤壁的作用，阻止氡氣和瓦斯氣體逸出。此外，噴射的混凝土還可在一定程度上預(yù)防水災(zāi)和火災(zāi)。

在巷道通風(fēng)方式選擇方面，煤礦地下開(kāi)采中為了有效抽放瓦斯，一般采用全礦井負(fù)壓抽出式通風(fēng)方式，對(duì)于鈾礦地下開(kāi)采，為了防止圍巖裂隙中的放射性氣體析出，一般采用壓入式通風(fēng)方式。因此，綜合考慮各種因素，在煤型鈾礦床地下煤鈾協(xié)同開(kāi)采時(shí)，建議采用壓抽混合式通風(fēng)方式，在降低氡氣濃度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)瓦斯排放。具體通風(fēng)管理措施為：實(shí)現(xiàn)全礦井抽出式通風(fēng)，在鈾礦開(kāi)采分區(qū)部分采用局部壓入式通風(fēng)，并在采煤采區(qū)與鈾礦回采采區(qū)交接巷道處設(shè)置通風(fēng)構(gòu)筑物，根據(jù)各自巷道所需風(fēng)量來(lái)調(diào)節(jié)全礦風(fēng)壓。

3.2.3 采礦方法優(yōu)選

對(duì)于共生或伴生類(lèi)型煤型鈾礦，根據(jù)已經(jīng)勘查和已開(kāi)采的礦床地質(zhì)資料［23，36］，該類(lèi)型礦床是以先生沉積和后生富集的成礦方式形成的，這種成礦方式往往無(wú)法實(shí)現(xiàn)整個(gè)礦層連續(xù)成礦。該類(lèi)型煤型鈾礦采礦方法應(yīng)具有采鈾和采煤的雙重性能，實(shí)現(xiàn)煤鈾資源協(xié)調(diào)有序開(kāi)采難度較大。主要原因有兩個(gè)方面，一方面煤鈾礦物具有成礦不連續(xù)導(dǎo)致的礦體形狀復(fù)雜多樣和品位極低回收難度很大的特性，鈾礦物開(kāi)采的重點(diǎn)（難點(diǎn)）在于降低貧化率和損失率，高效回收鈾資源；另一方面，煤是鈾礦體的母巖和載體，鈾礦體賦存于煤層內(nèi)部。由于鈾礦具有一定的放射性，會(huì)自發(fā)地放射產(chǎn)生氡和氡子體，一旦地下煤層開(kāi)挖后，這些放射性有害物質(zhì)就會(huì)向巷道和采空區(qū)析出，產(chǎn)生放射性輻射污染。已有的煤型鈾礦床開(kāi)采實(shí)踐證明［37］，短壁式采礦法和斜面分層充填法已經(jīng)成為煤型鈾礦的常規(guī)采礦方法。這兩種采礦法能較好地適用于含礦連續(xù)的采場(chǎng)，但是在含礦不連續(xù)地段回采時(shí)會(huì)造成貧化率和損失率增大，另外在含礦層上方覆蓋著地下含水層時(shí)，易導(dǎo)致采場(chǎng)頂板過(guò)于濕軟，從而出現(xiàn)頂板塌方事故。為了更有效地開(kāi)采含礦不連續(xù)的煤型鈾礦床，可以采用以協(xié)同回采分段充填法為主、分段鑿巖采礦法為輔的方式進(jìn)行分區(qū)回采。協(xié)同回采分段充填法是一種較為可行的采礦法，工藝流程為：首先劃分回采單元，在單元內(nèi)采用上向垂直中深孔鑿巖，全分段一次爆破落礦；然后以崩落的礦堆為工作面，對(duì)中深孔爆破形成的采場(chǎng)空區(qū)頂板松動(dòng)圈進(jìn)行水平淺孔壓采，同時(shí)支護(hù)頂板。結(jié)合分段礦房法原理，在需進(jìn)行合并的各分段底部布置獨(dú)立的出礦結(jié)構(gòu)并且增設(shè)溜礦段來(lái)聯(lián)系各不連續(xù)的煤型鈾礦塊。這種采礦方式有助于解決頂板支護(hù)問(wèn)題難和資源回收率低的問(wèn)題。如李啟月等［38］針對(duì)預(yù)控頂分段充填法在地下開(kāi)采中存在的預(yù)控頂巷道掘進(jìn)工序繁多且復(fù)雜、頂板易受爆破震動(dòng)影響等問(wèn)題，提出了協(xié)同回采分段充填法。該方法通過(guò)分區(qū)出礦和分區(qū)支護(hù)的方式，有效解決了出礦率低和頂板支護(hù)不到位的問(wèn)題。

對(duì)于含夾層上砂巖鈾礦下共伴生煤型鈾礦，已在我國(guó)內(nèi)蒙古多個(gè)礦區(qū)發(fā)現(xiàn)了煤體上部賦存有成礦連續(xù)的鈾礦層［39］。對(duì)該類(lèi)型煤型鈾礦，近年來(lái)也有相關(guān)開(kāi)采實(shí)踐成果報(bào)道，周勇［40］提出在鈾礦與煤層之間建造地下水力帷幕的方法，并結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)，針對(duì)上層鈾和下層煤存在壓覆關(guān)系的煤型鈾礦的煤鈾協(xié)調(diào)開(kāi)采技術(shù)方案進(jìn)行了優(yōu)選。夏子通等［41］針對(duì)鄂爾多斯盆地某鈾礦田的礦層分布特征（鈾礦層在上、煤層在下），提出了鈾煤共生資源有序開(kāi)采的技術(shù)方案，即采用原地浸出采鈾技術(shù)開(kāi)采鈾礦物和井工開(kāi)采方式開(kāi)采煤炭。然而，對(duì)于該類(lèi)型煤型鈾礦資源開(kāi)采，煤礦和鈾礦協(xié)同開(kāi)采存在互相制約的矛盾有時(shí)是存在的。如當(dāng)鈾礦物賦存于煤礦層頂板上方的含水層中時(shí)，如果先進(jìn)行煤礦開(kāi)采，勢(shì)必會(huì)造成鈾礦物賦存區(qū)域的地下水水位降低，使地下水的水動(dòng)力特征發(fā)生變化，進(jìn)而不利于地浸采鈾。如先進(jìn)行地浸采鈾，含鈾溶液在地下水作用下將會(huì)進(jìn)入煤礦巷道，使煤礦巷道成為放射性污染源，勢(shì)必會(huì)嚴(yán)重影響煤礦開(kāi)采。因此，地下水隱患是有序開(kāi)采鈾煤共生資源的關(guān)鍵影響因素。要和諧處理這一不良隱患因素實(shí)現(xiàn)煤鈾同步開(kāi)采，既要在煤礦開(kāi)采工作面上布設(shè)和開(kāi)采方式上進(jìn)行充分論證，選擇對(duì)地下水和采空區(qū)影響較小的開(kāi)采方案，又要在地浸單元浸出結(jié)束后采取有效措施盡快進(jìn)行地下水復(fù)原，減小地浸對(duì)地下水的影響。為實(shí)現(xiàn)上部砂巖鈾礦和下方共伴生煤型鈾礦協(xié)作和同步共采，首先在砂巖鈾礦與共伴生煤型鈾礦兩礦層之間建造地下水力帷幕工程，采用原地浸出開(kāi)采上部鈾礦；其次采用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)煤型鈾礦層與砂巖鈾礦區(qū)地下水位的升降情況和影響范圍進(jìn)行分析，優(yōu)選出最適宜的水力帷幕建造方案；最后結(jié)合數(shù)值模擬方法，確定進(jìn)行分采區(qū)原地浸出開(kāi)采上部鈾礦的技術(shù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)地浸滲漏預(yù)控，并在浸出結(jié)束后及時(shí)恢復(fù)地下水。對(duì)于下方共伴生煤型鈾礦開(kāi)采，可以先進(jìn)行鈾礦體和各煤層分層分段，劃分采區(qū)協(xié)同聯(lián)合開(kāi)采，在各采區(qū)開(kāi)采完畢后立即進(jìn)行充填并進(jìn)行支護(hù)，及時(shí)加固頂板，同時(shí)在整個(gè)礦區(qū)實(shí)施綜合疏水工程以及降低氡氣濃度與瓦斯?jié)舛鹊姆牢廴竟こ獭?/p>

4 結(jié)論與展望

煤型鈾礦中蘊(yùn)含有豐富的煤礦資源和一定品位的鈾礦資源，煤礦資源作為我國(guó)主要的火力發(fā)電能源，鈾礦資源作為我國(guó)至關(guān)重要的核電和軍工物資，實(shí)現(xiàn)煤型鈾礦協(xié)同開(kāi)采具有重要意義。雖然我國(guó)在煤型鈾礦床開(kāi)采方面已經(jīng)積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，但是為了進(jìn)一步降低鈾礦資源的損失率和貧化率，最大限度地回收地下鈾煤資源，還應(yīng)進(jìn)一步研究協(xié)調(diào)與同步開(kāi)采煤型鈾礦中煤礦物和鈾礦物的技術(shù)方法，煤鈾協(xié)同開(kāi)采是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的可行研究思路。煤型鈾礦協(xié)同開(kāi)采思路的實(shí)質(zhì)是鈾礦物與煤礦物開(kāi)采行為之間的同步與協(xié)作，有必要結(jié)合煤型鈾礦體的地質(zhì)和賦存特點(diǎn)，針對(duì)各子系統(tǒng)的具體情況實(shí)現(xiàn)“因礦生法、因礦創(chuàng)法”。

本研究提出的煤鈾協(xié)同開(kāi)采方法還處于初步構(gòu)思階段，其中涉及到一些技術(shù)難題如煤型鈾礦不連續(xù)礦床如何分區(qū)分段、如何合并各零散礦段、回采區(qū)鈾品位高和瓦斯含量高的地段如何設(shè)置特殊的安防措施及整個(gè)礦床如何進(jìn)行綜合疏水等有待進(jìn)一步攻關(guān)。根據(jù)煤鈾協(xié)同開(kāi)采思路，煤鈾協(xié)同采礦方法和工程技術(shù)研究方向有：①結(jié)合傳統(tǒng)煤礦和鈾礦采礦方法及已有的金屬礦山協(xié)同采礦技術(shù)，以協(xié)同開(kāi)采創(chuàng)新思維［42］為指導(dǎo)，將多種采礦方法之間整體或者局部進(jìn)行結(jié)構(gòu)復(fù)制、變異及重組等，如直接復(fù)制協(xié)同回采分段充填法對(duì)含礦不連續(xù)的煤型鈾礦床進(jìn)行分區(qū)回采，變異各分段底部結(jié)構(gòu)形成獨(dú)立的出礦結(jié)構(gòu)，重組不連續(xù)煤型鈾礦床構(gòu)建互相聯(lián)系的溜礦段；②運(yùn)用一些先進(jìn)技術(shù)更新傳統(tǒng)技術(shù)，如用爆力運(yùn)搬與電耙運(yùn)搬技術(shù)更新傳統(tǒng)溜礦技術(shù)，使礦石快速、高效地進(jìn)入溜礦井儲(chǔ)存或采用卡車(chē)協(xié)同出礦技術(shù)更新傳統(tǒng)出礦技術(shù)直接受礦無(wú)軌運(yùn)輸，使落礦作業(yè)和礦石運(yùn)搬作業(yè)同步高效進(jìn)行；③引入大數(shù)據(jù)技術(shù)，收集與統(tǒng)計(jì)海量工程復(fù)雜數(shù)據(jù)，為豐富煤鈾協(xié)同開(kāi)采理論與研發(fā)更高效協(xié)同采礦技術(shù)提供可靠依據(jù)，同時(shí)結(jié)合人工智能技術(shù)建立高度自動(dòng)化和智能化的地下煤鈾協(xié)同采礦系統(tǒng)。