1.一种基于离层注浆的煤铀协同开采方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
Step1,基于工程地质勘探,获得煤铀叠置区内的煤层、铀矿层、隔水层(6)、含水层、主关键层(4)的地质赋存条件和分布情况;
Step2,在煤铀叠置区地表建设包括铀矿综合处理站和注浆制浆站的地表生产系统以及用于监测的地表监测系统,铀矿综合处理站包括浸矿剂注入装置和浸出液抽液装置;
Step3,在煤铀叠置区地表施工钻孔,钻孔包括用于监测的岩层移动与孔隙水压力监测孔(20)以及需下入套管并进行固井的离层注浆孔(21)、浸矿剂注液孔(22)、一孔两用钻孔(9)和帷幕注浆孔(23);
在煤层上方的地表按照采煤工作面(1)的推进方向以设定间距打设离层注浆孔(21)、且离层注浆孔(21)贯穿主关键层(4)的底界面,离层注浆孔(21)的套管内腔形成注浆通道;
在铀矿区(7)附近上方的地表打设岩层移动与孔隙水压力监测孔(20)、且岩层移动与孔隙水压力监测孔(20)至少贯穿主关键层(4)的底界面;在铀矿区(7)上方的地表围绕铀矿区(7)周围以设定间距打设帷幕注浆孔(23)、且帷幕注浆孔(23)贯穿主关键层(4)的底界面,帷幕注浆孔(23)的套管下入深度小于铀矿区(7)的埋深,帷幕注浆孔(23)的套管内腔形成注浆通道;在铀矿区(7)上方的地表向铀矿区(7)打设一孔两用钻孔(9)和浸矿剂注液孔(22),一孔两用钻孔(9)贯穿主关键层(4)、且一孔两用钻孔(9)内的套管是包括离层注浆通道和浸出液抽液通道的双层套管结构,浸矿剂注液孔(22)的打设深度与铀矿区(7)的埋藏深度配合,浸矿剂注液孔(22)的套管内腔形成浸矿剂注液通道;
Step4,将注浆通道与注浆制浆站通过管路连接,将浸矿剂注液通道与铀矿综合处理站的浸矿剂注入装置通过管路连接,将浸出液抽液通道与铀矿综合处理站的浸出液抽液装置通过管路连接,将位于岩层移动与孔隙水压力监测孔(20)内的岩层移动与孔隙水压力监测传感器与地表监测系统电连接;
Step5,通过帷幕注浆孔(23)向铀矿区(7)周围进行持续压力注浆,在铀矿区(7)周围形成抗渗帷幕;
Step6,协同开采,综合机械化采煤、离层注浆和地浸采铀同步进行,同时通过岩层移动与孔隙水压力监测孔(20)内的岩层移动与孔隙水压力监测传感器持续进行岩层移动观测和孔隙水压力监测;
随着采煤工作面(1)的推进以及采空区(2)的顶板垮落,通过离层注浆孔(21)和一孔两用钻孔(9)向离层区(5)内持续压力注浆进行充填,离层区(5)内的离层注浆充填体(26)与抗渗帷幕共同形成“吊篮式”封堵结构;
通过浸矿剂注液孔(22)向铀矿区(7)注入浸矿剂,进行充分反应后,铀矿浸出液通过浸出液抽液通道被浸出液抽液装置抽出至铀矿综合处理站进行萃取处理;
Step7,当煤矿和铀矿资源开采完毕后,对“吊篮式”封堵结构内部的铀矿浸出残留液(25)进行污染治理。
2.根据权利要求1所述的基于离层注浆的煤铀协同开采方法,其特征在于,一孔两用钻孔(9)自上至下包括松散层固井段、基岩钢管护壁段、铀矿溶浸段和离层注浆段;
一孔两用钻孔(9)的成孔工艺为:采用大直径钻头在表土层钻孔形成表土层钻孔(10),下入表土层套管(11),用水泥浆进行封闭止水、并检查封闭止水质量,最终形成松散层固井段;采用中号直径钻头钻取并成型穿层孔Ⅰ,穿层孔Ⅰ穿过铀矿区(7)直至主关键层(4)顶界面,向穿层孔Ⅰ内下入基岩套管(14),基岩套管(14)对应铀矿区(7)埋深位置的管段是花管结构管段,用水泥浆对基岩套管(14)进行固井后形成基岩钢管护壁段,基岩套管(14)的花管结构管段位置形成铀矿溶浸段;在基岩套管(14)内同轴下入小号钻头、并在主关键层(4)上钻取并成型穿层孔Ⅱ,穿层孔Ⅱ贯穿主关键层(4)底界面,向基岩套管(14)内下入离层注浆套管(17)、并使离层注浆套管(17)的底端到达主关键层(4)的底界面,离层注浆套管(17)的底端形成离层注浆段;离层注浆套管(17)内腔形成注浆通道,基岩套管(14)内壁与离层注浆套管(17)外壁之间的环形空腔形成浸出液抽液通道。
3.根据权利要求2所述的基于离层注浆的煤铀协同开采方法,其特征在于,离层注浆套管(17)位于主关键层(4)与铀矿区(7)之间的管段上固定密闭设有环形结构的封隔器(16)、且封隔器(16)与基岩套管(14)密闭连接;
向基岩套管(14)内下入离层注浆套管(17)前,将封隔器(16)与离层注浆套管(17)固定连接。
4.根据权利要求3所述的基于离层注浆的煤铀协同开采方法,其特征在于,基岩套管(14)花管结构管段与离层注浆套管(17)之间、或者位于基岩套管(14)花管结构管段上方的管段与离层注浆套管(17)之间还设有环形外骨架过滤器(15),且环形外骨架过滤器(15)内充填有砾石;
环形外骨架过滤器(15)与离层注浆套管(17)固定安装连接后跟随离层注浆套管(17)下入基岩套管(14)内;或者将环形外骨架过滤器(15)与基岩套管(14)固定安装连接后跟随基岩套管(14)下入穿层孔Ⅰ内。
5.根据权利要求1所述的基于离层注浆的煤铀协同开采方法,其特征在于,在采煤工作面(1)的回风巷和/或运输巷向采空区(2)顶板方向打设放射性核素与氡气监测钻孔,放射性核素与氡气监测钻孔内布置有与地表监测系统电连接的放射性核素与氡气监测传感器;
放射性核素与氡气监测传感器持续进行监测,实现在放射性核素和氡气到达采煤工作面(1)之前进行预警。
6.根据权利要求1所述的基于离层注浆的煤铀协同开采方法,其特征在于,浸矿剂注液孔(22)按照铀矿区(7)的分布范围均布设置为多个。
7.根据权利要求1所述的基于离层注浆的煤铀协同开采方法,其特征在于,一孔两用钻孔(9)的孔底与煤层顶板的距离至少为导水裂隙带高度与五倍的采煤工作面高度之和。
8.根据权利要求1所述的基于离层注浆的煤铀协同开采方法,其特征在于,注浆材料选用粉煤灰。