采矿系统及资源重叠矿区的采矿方法

摘要

本发明提供一种采矿系统及资源重叠矿区的采矿方法。本发明提供的采矿系统包括：设置于资源重叠的矿区中的矿井区域和位于矿井区域内部的气井区域；矿井区域设置有多个采矿作业面，相邻两个采矿作业面之间设置有第一安全煤柱，每隔预设数量的采矿作业面设置一个第二安全煤柱，其中，第二安全煤柱的宽度大于第一安全煤柱的宽度；矿井区域中设置的多个第二安全煤柱构成气井区域，每个第二安全煤柱中设置有多个气井井场，气井区域中的每个气井井场通过输气管道连接到集气站。本发明提供的采矿系统解决了利用现有技术在资源重叠的矿区进行采矿时，由于只能选择性的进行煤矿开采工作或者天然气开采工作，而导致大量矿产资源浪费的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及采矿技术，尤其涉及一种采矿系统及资源重叠矿区的采矿方 法。

背景技术

随着地质勘探技术的发展，已发现地层中蕴藏的多种矿产资源，例如 鄂尔多斯盆地北部具有大面积的煤炭矿区和天然气资源。

目前发现的矿区中，存在煤炭矿区和天然气资源大面积重叠的区域， 即资源重叠的矿区；通常地，煤矿的埋深一般小于600米(m)，而天然 气埋深在2400m到3500m之间，煤矿开采需人工、机械设备直接进入地 下作业，采空面积大，天然气开采通过钻井，依靠气体渗流、自喷，井筒 直径一般较小，例如为24厘米(cm)，并且可以下入套管固井，单井所 占空间很小。由于煤矿和天然气的开采方式完全不同，只能在采矿作业面 先进行一种矿产资源的开采工作，然而，无论是先开采煤矿还是先开采天 然气，在开采结束后都会影响矿区环境，而导致另一种矿产资源无法开采。

然而，现有技术在资源重叠的矿区，由于只能选择性的进行煤矿开采 工作或者天然气开采工作，而导致大量矿产资源的浪费。

发明内容

本发明提供一种采矿系统及资源重叠矿区的采矿方法，以解决利用现有 技术在资源重叠的矿区进行采矿时，由于只能选择性的进行煤矿开采工作或 者天然气开采工作，而导致大量矿产资源浪费的问题。

本发明提供一种采矿系统，用于开采资源重叠的矿区，所述采矿系统包 括：设置于所述资源重叠的矿区中的矿井区域和位于所述矿井区域内部的气 井区域；

所述矿井区域设置有多个采矿作业面，相邻两个所述采矿作业面之间设 置有第一安全煤柱，每隔6或7个所述采矿作业面设置一个第二安全煤柱， 其中，所述第二安全煤柱的宽度大于所述第一安全煤柱的宽度；

所述矿井区域中设置的多个所述第二安全煤柱构成所述气井区域，每个 所述第二安全煤柱中设置有多个气井井场，所述气井区域中的每个所述气井 井场通过输气管道连接到集气站。

如上所述的采矿系统，其中，所述输气管道包括用于连接每个所述第二 安全煤柱中的多个所述气井井场的多个纵向输气管道，以及将每个所述纵向 输气管道连接到所述集气站的横向输气管道。

如上所述的采矿系统，其中，每个所述气井井场中设置有多个井口，每 个所述井口对应所述资源重叠的矿区中天然气储集层的一个靶点。

如上所述的采矿系统，其中，每个所述气井井场中，所述井口和所述靶 点的数量相同，在2到24个之间。

如上所述的采矿系统，其中，每个所述气井井场中，相邻两个所述井口 的间距为10米；和/或，

相邻两个所述靶点的间距在600到800米之间。

如上所述的采矿系统，其中，具体每隔6或7个所述采矿作业面设置一 个第二安全煤柱，其中，相邻两个所述第二安全煤柱的间距在2到2.5千米 之间；和/或，

相邻两个所述气井井场的间距在2到2.5千米之间。

如上所述的采矿系统，其中，所述采矿作业面的宽度在360到400米之 间；和/或，

所述第二安全煤柱的宽度在390到400米之间。

如上所述的采矿系统，其中，所述气井井场的长度为180米，宽度为70 米，所述气井井场的长边与所述采矿作业面的作业方向平行。

如上所述的采矿系统，其中，所述采矿系统包括至少两个所述矿井区域， 相邻两个所述矿井区域之间设置有巷道，所述巷道与所述采矿作业面、所述 第一安全煤柱和所述第二安全煤柱垂直设置。

如上所述的采矿系统，其中，每个所述矿井区域中的多个所述第二安全 煤柱一一对应的设置于与其相邻的矿井区域中的多个所述第二安全煤柱的纵 向延长线上，使得所述输气管道纵向连接不同矿井区域中位于同一纵轴的多 个第二安全煤柱中的多个所述气井井场。

如上所述的采矿系统，其中，多个所述气井井场在所述资源重叠的矿区 内阵列排布。

本发明还提供一种资源重叠矿区的采矿方法，包括：

采集所述资源重叠矿区的资源信息，所述资源信息包括煤矿深度、天然 气资源的深度和气藏范围、煤矿区域、天然气资源区域，以及所述煤矿区域 与所述天然气资源区域重叠的矿区；

根据所述资源信息，在所述煤矿区域与所述天然气资源区域重叠的矿区 设置如上述任一所述的采矿系统；

通过所述采矿系统，在多个所述采矿作业面进行煤矿开采工作，同时在 设置于多个所述第二安全煤柱中的多个所述气井井场中进行天然气开采工 作。

如上所述的资源重叠矿区的采矿方法，还包括：

在所述天然气开采工作结束之后，封堵设置于多个所述第二安全煤柱中 的气井，所述气井具体设置于所述气井井场中；

将多个所述第二安全煤柱作为采矿作业面，进行煤矿开采工作。

由上述技术方案可知，本发明所提供的采矿系统及资源重叠矿区的采矿 方法，在资源重叠的矿区中设置矿井区域，并在该矿井区域内设置气井区域， 该矿井区域中的相邻两个采矿作业面之间设置第一安全煤柱，每隔预设数量 的采矿作业面设置一个第二安全煤柱，通过在多个第二安全煤柱中设置气井 井场，将矿井区域中设置的多个第二安全煤柱作为气井区域，以实现资源重 叠的矿区中，在采矿作业面进行煤矿开采工作的同时，还可通过在第二安全 煤柱中设置的气井井场进行天然气的开采工作；本实施例解决了现有技术在 资源重叠的矿区进行采矿时，由于只能选择性的进行煤矿开采工作或者天然 气开采工作，而导致大量矿产资源浪费的问题，通过本实施例提供的采矿系 统进行采矿工作，在避免资源浪费的同时，可以同时进行煤矿开采工作和天 然气开采工作的施工，即实现了“相互避让、共同开采”的效果。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的一种采矿系统的结构示意图；

图2为图1所示实施例所提供的采气系统的一种气井井场的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的另一种采矿系统的结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的一种资源重叠矿区的采矿方法的流程图；

图5为本发明实施例所提供的另一种资源重叠矿区的采矿方法的流程 图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发 明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获 得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在介绍本发明实施例提供的技术方案之前，先对本发明实施例涉及到的 一些概念以及基本测试原理进行阐述，以便本领域技术人员清楚准确地理解 本发明实施例提供的技术方案。

煤矿的埋深通常位小于600m，煤矿开采工作需要工作人员和机械设备直 接深入到矿井中进行采矿工作，采空面积较大，进行放顶工作时会造成一定 范围的塌陷，因此，为了保证矿井安全生产，需要在煤矿采集作业面之间设 置安全煤柱，即保留的不开采的区域。

天然气埋深在2400到3500m之间，天然气开采工作通过钻井，依靠气 体渗流、自喷实现气体采集，通常使用的气井类型包括直井，定向井，水平 井等，丛式井是指在一个井场或平台上，钻出若干口甚至几十口井，各井的 井口相距约为10米，各井井底则伸向不同方位。

图1为本发明实施例所提供的一种采矿系统的结构示意图。如图1所示， 本实施例所提供的采矿系统10，用于开采资源重叠的矿区，例如可以是煤矿 和天然气资源重叠的矿区，该采矿系统10包括：设置于资源重叠的矿区中的 矿井区域110和位于该矿井区域110内部的气井区域120；该矿井区域110 设置有多个采矿作业面111，相邻两个采矿作业面111之间设置有第一安全 煤柱112，每隔预设数量的采矿作业面111设置一个第二安全煤柱121，其中， 第二安全煤柱121的宽度大于第一安全煤柱112的宽度；矿井区域110中设 置的多个第二安全煤柱121构成上述气井区域120，每个第二安全煤柱121 中设置有多个气井井场122，该气井区域120中的每个气井井场122通过输 气管道123连接到集气站124。需要说明的是，通常每隔6或7个采矿作业 面111设置一个第二安全煤柱121，图1所示实施例具体以每隔6个采矿作 业面111设置一个第二安全煤柱121为例予以示出。

本实施例所提供的采矿系统10，可以对煤炭矿区和天然气资源重叠的矿 区进行开采，以实现可以开采煤炭和天然气两种资源的目的。由于煤矿埋深 一般小于600m，工作人员和设备直接深入到矿井中进行采矿工作，而天然气 资源的埋深一般在2400到3500m之间，通过钻井进行开采工作，因此需要 在地面搭建气井井场，通过钻井将井场中的井口深入到天然气储集层中。

目前对资源重叠矿区的开采方式具体为，若先开采煤矿，将会造成采煤 区域亏空、塌陷，导致天然气开采的钻井工作无法实施，一方面是由于钻井 液无法循环，另一方面是由于钻机工作的安全难以保障，即煤矿开采后无法 采气；若先开采天然气，由于气藏非均质性的影响，通常使用的开发方式中， 气井井场的间距一般在500m到1500m不等，且多为不规则井网构架，致使 煤矿巷道、通风道、作业面无法部署与施工，即天然气开采后无法采煤。由 于现有技术的开采方式在资源重叠的矿区，由于只能选择性的进行煤矿开采 工作或者天然气开采工作，从而导致大量矿产资源的浪费。在采矿情况下， 致使煤矿企业和天然气企业多年来对采矿权的争夺和矛盾日益加剧，出现抢 占地盘、对峙、打架斗殴等现象也愈演愈烈，矿产属于自然资源，当前的任 何一种开采方式都会造成重叠资源中一种资源的极大浪费，政府也难以评判 将资源重叠矿区的采矿权交给煤矿企业还是天然气企业。

在本实施例中，根据煤矿和天然气资源埋深相差较大的特点，在资源重 叠矿区的地面上可以先构架用于开采煤矿的矿井区域110，矿井区域110中通 常包括多个采矿作业面111，每个采矿作业面111的走向通常也是相同的，以 使得矿井部署规则，便于管理和输入设备，同时，为了保证矿井区域110的 安全生产，可以在采矿作业面111中设置安全煤柱，具体地，在相邻两个采 矿作业面111之间设置第一安全煤柱112，并且每隔6或者7个采矿作业面 111，设置一个第二安全煤柱121，在放顶时虽然会造成一定范围的塌陷，但 是不影响设置有第一安全煤柱112和第二安全煤柱121的区域。

需要说明的是，本实施例提供的采矿系统10中，由于可以在设置有第二 安全煤柱121的区域部署用于开采天然气的气井井场122，因此，第二安全 煤柱121的宽度大于第一安全煤柱112的宽度，通常为可以部署气井井场122 的宽度；该第一安全煤柱112的宽度一般较小，只要可以实现矿井区域110 安全生产的目的即可；另外，相邻两个第二安全煤柱121的间距可以由气井 控制气藏的范围确定，例如通常可以设置在2千米(km)到2.5km左右。举 例来说，采矿作业面111的宽度一般在360m到400m之间，第二安全煤柱 121的宽度通常在390m到400m之间，具体设置时需要参考放顶时塌陷面的 范围，例如，对陕西神木地区的资源重叠矿区部署本实施例提供的采矿系统 10时，第二安全煤柱121的宽度可以设置为400m。

在本实施例中，对采矿系统10的矿井区域110部署完成后，需要在矿井 区域110中设置的多个第二安全煤柱121的区域内设置气井井场122，具体 地，每个第二安全煤柱121的区域内可以设置有多个气井井场122，即，矿 井区域110中的第二安全煤柱121构成了用于开采天然气的气井区域120， 气井区域120中的每个气井井场122通过输气管道123连接到集气站124， 从而实现气井区域120的部署。如图2所示，为图1所示实施例所提供的采 气系统的一种气井井场的结构示意图，每个气井井场122中可以设置有多个 井口122a，每个井口122a对应资源重叠的矿区中天然气储集层的一个靶点 122b，井口122a和靶点122b的数量通常在2到24个之间，图2具体以气井 井场122中包括9个井口122a，以及与9个井口122a一一对应的9个靶点 122b为例予以示出。具体地，图2所示气井井场122具体采用丛式井和丛式 水平井，如图2所示气井井场122的长度为180m，宽度为70m，相邻两个井 口122a的间距为10m，气井井场122从井口122a深入到煤层之后，在造斜 面的位置开始造斜，对各井口122a对应的靶点122b进行离散部署，相邻两 个靶点122b的间距通常在600到800m之间。

本实施例提供的采矿系统10，在资源重叠的矿区中不仅部署有采矿作业 面，并在采矿作业面之间设置有可以部署气井井场122的第二安全煤柱121， 因此，可以同时进行煤矿开采工作和天然气开采工作，并且通过合理部署和 规划可以保证安全生产，不仅避免了资源的浪费，还实现了同时施工的目的， 即本实施例提供的采矿系统10实现“相互避让、共同开采”的效果，从而解 决了煤矿企业和天然气企业的对资源争抢的矛盾，在合理利用天然矿产资源 的同时，使得采矿双方的利用达到最大化。

需要说明的是，气井井场122设置于第二安全煤柱121的区域内，例如 可以将气井井场122的长边设置为与采矿作业面111的作业方向平行；气井 井场122在矿井区域110通常为阵列排布的，因此相邻两个第二安全煤柱121 之间的距离为横向排布的相邻两个气井井场122的间距，具体为2km到 2.5km，同一个安全煤柱中的相邻两个气井井场122之间的距离为其纵向间 距，也可以为2到2.5km。

本实施例所提供的采矿系统，在资源重叠的矿区中设置矿井区域，并在 该矿井区域内设置气井区域，该矿井区域中的相邻两个采矿作业面之间设置 第一安全煤柱，每隔预设数量的采矿作业面设置一个第二安全煤柱，通过在 多个第二安全煤柱中设置气井井场，将矿井区域中设置的多个第二安全煤柱 作为气井区域，以实现资源重叠的矿区中，在采矿作业面进行煤矿开采工作 的同时，还可通过在第二安全煤柱中设置的气井井场进行天然气的开采工作； 本实施例解决了现有技术在资源重叠的矿区进行采矿时，由于只能选择性的 进行煤矿开采工作或者天然气开采工作，而导致大量矿产资源浪费的问题， 通过本实施例提供的采矿系统进行采矿工作，在避免资源浪费的同时，可以 同时进行煤矿开采工作和天然气开采工作的施工，即实现了“相互避让、共 同开采”的效果。进一步地，具体在矿井区域设置的第二安全煤柱中部署气 井井场，在共同施工作业的过程中可以同时保障煤矿开采和天然气开采作业 双方的安全生产。

举例来说，长庆油田公司神木地区的天然气资源与煤炭矿区的重叠区域 高达93％，气井井场采用丛式井、丛式水平井进行钻井开发，62个气井井场 已完成钻气的井口有321口，正在施工的井口有17口，还有部分待钻井，已 节约占地约3000亩，气井井场的间距为1.8km到2.5km之间，该间距内设置 采矿作业面，可先行开采煤矿，通过本实施例提供的采矿系统10进行采矿作 业，有效的实现了煤矿与天然气“相互避让、共同开采”的目的。

更进一步地，由于中、大型煤矿开采时间的通常较长，可以达到几十、 甚至上百年，然而，天然气的开采时间相对较短，例如，鄂尔多斯盆地北部 致密气井开采仅10～15年，长庆神木致密气井开采10～15年。因此，气井开 采结束，即气井井场122废弃后，可以按照行业规则封堵井场；由于天然气 的开采所占用矿井区域110中在第二安全煤柱121区域内的煤矿资源，在天 然气开采结束后，可以将第二安全煤柱121设置为采矿作业面111，继续进 行煤矿开采工作。显然地，通过本实施例提供的采矿系统10，在资源重叠的 矿区中进行采矿作业时，可以合理优化煤矿开采和天然开采的作业先后顺序， 避免煤矿企业和天然气企业对矿区的抢占地盘等问题，相应地，实现了双方 可以合理开发利用所属资源的效果。

可选地，本实施例提供的采矿系统10中，气井区域120的输气管道123 包括用于连接每个第二安全煤柱121中的多个气井井场122的多个纵向输气 管道123，以及将每个纵向输气管道123连接到集气站124的横向输气管道 123；具体地，将每个第二安全煤柱121的长边作为一个纵向输气管道123的 走向，可以连接同一个第二安全煤柱121中设置的多个气井井场122，并通 过一根横向输气管道123将每个第二安全煤柱121中的纵向输气管道123连 接至集气站124，本实施例中对气井区域120中输气管道123的部署方式规 则、合理，使其整齐的排布在气井区域120内。

需要说明的是，本发明上述各实施例中的采矿系统10以资源重叠的矿区 中的一个矿井区域110为例予以示出，在实际采矿工业中，为了为采矿提升、 运输、通风、排水、动力供应等，需要在矿区中挖掘巷道，巷道将采矿区分 隔成多个矿井区域110。

图3为本发明实施例所提供的另一种采矿系统的结构示意图。在上述图 1所示采矿系统10的基础上，本实施例所提供的采矿系统10中，包括至少 两个矿井区域110，相邻两个所述矿井区域110之间设置有巷道130，该巷道 130具体与所述采矿作业面111、第一安全煤柱112和第二安全煤柱121垂直 设置。本实施例中的每个矿井区域110中采矿作业面111的设置方式，第二 安全煤柱121的设置方式，以及在第二安全煤柱121中设置气井井场122的 方式，均与上述各实施例相同，因此，实现的有益效果也与上述实施例相同， 故在此不再赘述。

与上述实施例类似的，本实施例中每个矿井区域110中的多个气井井场 122可以是阵列排布的，采矿系统10中的所有气井井场122在其所属的资源 重叠的矿区内也可以是阵列的。需要说明的是，如图3所示，每个气井井场 122对应的多个靶点122b中，其中一些气井井场122中可以有部分靶点122b 在巷道130的投影区域内，由于巷道130通常实现运输的目的，在巷道130 内不进行采矿作业，巷道130的深度通常为300m到400m之间，而靶点122b 所在的天然气资源的埋深在3000m左右，因此，位于巷道130下方的天然气 储集层可以部署靶点122b，以实现天然气的有效开采。另外，图1和图3中， 黑色实心圆点为气井井场122，该气井井场122设置有如图2所示的多个井 口122a，灰色实心圆点为与其连接的气井井场122在天然气储集层中的靶点 122b，与图2所示气井井场122相同，图1和图3中的每个气井井场122都 包括9个靶点122b，其中有一个靶点122b在黑色实心圆点正下方的位置， 因此未示出，该9个靶点122b对应与其连接的气井井场122的9个井口122a (图1和图3中未示出)。

需要说明的是，图3以采矿系统10中具体包括两个矿井区域110为例予 以示出。本发明实施例并不限制采矿系统10中矿井区域110的数量，可以是 图3所示实施例中的两个，也可以设置更多的矿井区域110，并且每个矿井 区域110中的第二安全煤柱121都可以作为气井区域120。

进一步地，在本实施例中，每个矿井区域110中的多个第二安全煤柱121 一一对应的设置于与其相邻的矿井区域110中的多个第二安全煤柱121的纵 向延长线上，使得输气管道123纵向连接不同矿井区域110中位于同一纵轴 的多个第二安全煤柱121中的多个气井井场122。如图3所示采矿系统10中， 包括两个矿井区域110，其中一个矿井区域110中设置的第二安全煤柱121 与另一个矿井区域110中设置的第二安全煤柱121在采矿作业面111的走向 上是一一对应的，图3所示矿井区域110和第二安全煤柱121的部署方式， 有利于在不同矿井区域110的第二安全煤柱121之间通过输气管道123连接 各个气井井场122，使得纵向输气管道123在同一水平线上。

需要说明的是，本实施例所提供的采矿系统10中，输气管道123的设置 方式可以避开煤矿开采的采空区，以防止由于采空区的坍塌而损伤输气管道 123。

图4为本发明实施例所提供的一种资源重叠矿区的采矿方法的流程图。 本实施例提供的方法可以实现对资源重叠矿区的矿产进行共同开采的目的， 例如在煤矿和天然气资源重叠的矿区，对两种矿产资源同时进行开采。如图 4所示，本实施例提供的方法包括以下步骤：

S110，采集资源重叠矿区的资源信息，该资源信息包括煤矿深度、天然 气资源的深度和气藏范围、煤矿区域、天然气资源区域，以及煤矿区域与天 然气资源区域重叠的矿区。

在本实施例中，实现对资源重叠的矿区中资源信息的收集，以获得该矿 区内煤矿资源和天然气资源的信息，有利于煤矿企业和天然气企业相互交流 后续如何部署采矿系统，该资源信息通常包括煤矿深度、天然气资源的深度 和气藏范围、煤矿区域、天然气资源区域，以及煤矿区域与天然气资源区域 重叠的矿区，具体在上述重叠的矿区内部署用于共同采矿的系统，该资源信 息还可以包括气井位置坐标、输气管道走向，矿区巷道、通风道及采矿作业 面走向等，通过以获取的资源信息指定开发规划、部署方案。

S120，根据资源信息，在煤矿区域与天然气资源区域重叠的矿区设置如 本发明上述任一实施例所提供的采矿系统。

S130，通过采矿系统，在多个采矿作业面进行煤矿开采工作，同时在设 置于第二安全煤柱中的多个气井井场中进行天然气开采工作。

在本实施例中，实现对煤矿和天然气共同开采的方式，即为在资源重叠 的矿区构建本发明上述任一实施例所提供的采矿系统，通过该采矿系统在资 源重叠矿区中的合理部署，实现“相互避让，共同开采”的效果。

本实施例对资源重叠矿区进行采矿的方法是通过本发明上述任一实施例 所提供的采矿系统执行的，因此，实现方式和有益效果均与上述实施例类似， 在此不再赘述。

进一步地，图5为本发明实施例所提供的另一种资源重叠矿区的采矿方 法的流程图，在上述图4所示方法的基础上，还包括：

S140，在天然气开采工作结束之后，封堵设置于多个第二安全煤柱中的 气井，该气井具体设置于气井井场中。

S150，将多个第二安全煤柱作为采矿作业面，进行煤矿开采工作。

由于天然气的开采时间远远小于煤矿的开采时间，在图5所示实施例提 供的方法中，对于已经完成天然气开采的资源重叠矿区，可以在采气结束后 按照行业规则封闭井场，并在之前由于采气所占用的是第二安全煤柱的范围 内，继续进行煤矿的开采工作。本实施例提供的方法，即实现了共同开采的 目的，通过对开采顺序的合理规划，还可以保证资源的有效利用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对 其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通 技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并 不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。