論煤田地質(zhì)鉆探技術(shù)及其發(fā)展趨勢

　　1.煤田地質(zhì)勘探技術(shù)概況
　　煤田的勘探方法，一般是針對某一地區(qū)的具體特點和勘探要求，運用地質(zhì)理論和適當(dāng)?shù)目碧郊夹g(shù)手段，以較少的投入取得能夠滿足使用要求的地質(zhì)資源的思路和具體部署。其主要的技術(shù)手段有遙感地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)填圖、坑探、鉆探、巷探和地球物理勘探等等。其中，鉆探是利用機(jī)械傳動鉆桿和鉆頭，從地面向下鉆直徑小而深的圓孔（鉆孔），從中提取巖芯、煤樣，以獲取地質(zhì)信息，它是了解地面以下深部地質(zhì)情況和采取各種樣品的有效手段，已經(jīng)成為煤田地質(zhì)勘探中主要使用的技術(shù)手段之一。

    2.我國煤田地質(zhì)的特點
　　我國大陸是由一些小型地臺、中間地塊和眾多微地塊及其間的褶皺帶鑲嵌起來的復(fù)合大陸，這一本質(zhì)特征決定了我國絕大多數(shù)含煤盆地的構(gòu)造穩(wěn)定性較差，構(gòu)造形態(tài)復(fù)雜多樣。據(jù)對我國煤炭保有儲量的初略統(tǒng)計，煤層埋深小于300m的約占30%，埋深在300-600m的約占40%，埋深在600-1000m的約占30%。與世界主要產(chǎn)煤國家比較而言，我國煤層埋藏較深，多數(shù)區(qū)域建井比較困難，而且多需特殊鑿井。同時，由于沉積環(huán)境和成煤條件等多種地質(zhì)因素的影響，我國煤田多以薄或中厚煤層為主，巨厚煤層很少，因此可以作為露天開采的煤礦資源儲量甚微，這也直接制約著我國煤炭資源的開發(fā)潛力。
　　3.鉆探技術(shù)分析
　　鉆探優(yōu)點眾多，不受地面條件限制，工程量小、工期短、投資少、針對性強(qiáng)、水壓水量直觀、經(jīng)濟(jì)合理，其應(yīng)用的主要技術(shù)分析如下：
　　3.1空氣泡沫鉆探技術(shù)
　　該技術(shù)是原地礦部“七五”和“八五”期間的重點科研攻關(guān)項目，由勘探技術(shù)研究所、長春地質(zhì)學(xué)院和甘肅地礦局等科研院所、高校和相關(guān)生產(chǎn)單位聯(lián)合完成。經(jīng)過不同環(huán)境條件及機(jī)具試驗研究總結(jié)了一套比較成熟的泡沫工藝和鉆進(jìn)規(guī)程。由于其后正值地質(zhì)鉆探工作量銳減，而此技術(shù)在初期投資、能耗和后期泡沫劑回收方面的費用都比普通鉆進(jìn)技術(shù)高，因此其推廣應(yīng)用處于停滯狀態(tài)。
　　3.2金剛石繩索取心技術(shù)
　　繩索取心（WL）鉆探技術(shù)被稱為鉆探技術(shù)的第一次革命，是在全球地質(zhì)找礦鉆探施工中是應(yīng)用最廣泛、綜合地質(zhì)效果最佳的鉆探技術(shù)。自上世紀(jì)70年代中期在我國開始推廣應(yīng)用，但在應(yīng)用廣度和深度上與國外發(fā)達(dá)國家相比存在較大差距，利用繩索取心鉆探技術(shù)完成的巖心鉆探工作量仍不足全部固體礦產(chǎn)巖心鉆探工作量的30%。國產(chǎn)繩索取心鉆具存在材質(zhì)不佳、加工質(zhì)量差、易折斷和脫扣等問題，不能滿足1000米以深鉆孔的需要。
　　金剛石鉆頭的使用壽命是限制金剛石繩索取心技術(shù)應(yīng)用于深部找礦的另一個原因。自上世紀(jì)60年代開始研究，70年代開始推廣金剛石鉆探技術(shù)以來，我國金剛石鉆頭制造水平有了很大提高，但是其使用效果與國外仍存在較大差距。雖然在金剛石超硬復(fù)合材料方面進(jìn)行了大規(guī)模的攻關(guān)研究，制造了一些聚晶、復(fù)合片產(chǎn)品，但其性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上國際水平。這就使得國內(nèi)金剛石鉆頭鉆進(jìn)壽命短、效率偏低。
　　3.3反循環(huán)連續(xù)取樣鉆探技術(shù)
　　反循環(huán)連續(xù)取樣鉆探技術(shù)被稱為鉆探技術(shù)的第二次革命。它采用壓縮空氣作為循環(huán)介質(zhì)，利用雙壁鉆桿以沖擊回轉(zhuǎn)全面碎巖和連續(xù)巖屑作為地質(zhì)樣品的方式進(jìn)行鉆探施工。隨著鉆進(jìn)的不斷進(jìn)行，巖屑被高速氣流連續(xù)地經(jīng)雙壁鉆桿的中心攜帶至地表，并按照順序?qū)r屑收集起來作為地質(zhì)化驗分析的地質(zhì)樣品。
　　國內(nèi)外大量的鉆探施工經(jīng)驗證明，采用該法獲取的地質(zhì)樣品不僅完全能達(dá)到確定礦體埋藏深度、礦體厚度、品位等物化參數(shù)的基本要求，而且其鉆探施工速度要比傳統(tǒng)的取柱狀巖心施工速度提高5-10倍，施工成本也將大大降低。我國在上世紀(jì)80年代中期曾開展了該項技術(shù)的研究并進(jìn)行推廣應(yīng)用，但由于地質(zhì)上是以巖屑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的柱狀巖心，且需使用特殊的雙壁鉆桿，所以推廣應(yīng)用受到較大阻力。
　　3.4高精度受控定向鉆探技術(shù)
　　受控定向鉆探技術(shù)是一種可以使鉆孔軌跡按照預(yù)定方向前進(jìn)的特殊鉆探技術(shù)，該項鉆探技術(shù)還可以實現(xiàn)在一個主孔內(nèi)鉆進(jìn)多個分支孔的羽狀鉆孔。自勘探技術(shù)研究所研究、推廣應(yīng)用受控定向鉆探以來，該技術(shù)已成功應(yīng)用于我國的鹽鹵礦、芒硝礦等水溶性礦產(chǎn)的開采領(lǐng)域，標(biāo)志著我國的高精度受控定向鉆探施工進(jìn)入國際先進(jìn)水平行列。在普通鉆孔難以到達(dá)的勘探部位和坑道內(nèi)以及陡斜礦體的勘探中，利用高精度受控定向鉆探技術(shù)可以明顯減少鉆探工作量和施工費用。唯一遺憾的是該技術(shù)在定向造斜段無法連續(xù)取心。
　　3.5巖心定向技術(shù)
　　巖心定向技術(shù)，是通過對孔底巖心作定向標(biāo)記，從而獲取帶有定向標(biāo)記方位角的定向巖心，對定向巖心復(fù)位測量或計算，即可求解出巖層層面或斷裂面的產(chǎn)狀，這項技術(shù)已經(jīng)在石油勘探開發(fā)中廣泛應(yīng)用。
　　4.鉆探技術(shù)未來發(fā)展趨勢
　　用發(fā)展眼光來看，近年來鉆探仍將成為獲取第一手地質(zhì)資料的重要手段。物探儀器日新月異，性能改進(jìn)與更新迅速，向高靈敏度、高分辨率、高精確度、遙控、計算機(jī)實時控制、處理、數(shù)據(jù)分析和三維圖形顯示方向發(fā)展；物探方法向多維、多參數(shù)測量、多方法組合發(fā)展；計算機(jī)和信息技術(shù)將普及到地質(zhì)勘探的各個專業(yè)、各個作業(yè)單元，乃至管理整個勘探系統(tǒng)。我們可以把煤田地質(zhì)勘探技術(shù)發(fā)展趨勢總結(jié)如下：
　　4.1繼續(xù)研究水平鉆進(jìn)技術(shù)
　　20世紀(jì)80年代以來，技術(shù)先進(jìn)的采煤國家愈來愈重視采用水平鉆進(jìn)方法沿煤層鉆進(jìn)，并采用與之相配合的隨鉆測斜技術(shù)。水平鉆進(jìn)技術(shù)是由受控定向鉆進(jìn)發(fā)展而來的，這種鉆進(jìn)技術(shù)發(fā)展迅速，不僅能在井下沿煤層鉆進(jìn)，還能在地面沿垂直一圓弧一水平線軌跡進(jìn)入煤層鉆進(jìn)。所以繼續(xù)深入研究水平鉆進(jìn)技術(shù)將大有作為，是一重要的發(fā)展方向。
　　4.2研究動態(tài)地質(zhì)勘探技術(shù)
　　危害礦井安全的動力地質(zhì)現(xiàn)象由采掘活動誘發(fā)而形成，它們具有動態(tài)特性。因此，預(yù)測動力地質(zhì)現(xiàn)象的形成及其強(qiáng)度，不能簡單地只憑反映原始地質(zhì)條件的靜止數(shù)據(jù)，而應(yīng)主要分析基于巖煤層應(yīng)力或其物性隨時間變化的動態(tài)特征資料。高產(chǎn)高效采煤推進(jìn)速度快，進(jìn)行動態(tài)勘探，即在采掘期間連續(xù)多次勘探采區(qū)的應(yīng)力或物性隨時間變化很有必要。
　　4.3采取多手段綜合勘探方法
　　國外已經(jīng)開發(fā)研制了一種巖層顯微掃描儀等綜合勘探方法，它通過人機(jī)聯(lián)作能解釋幾十厘米落差的斷層、裂隙、沉積和構(gòu)造特征，以及應(yīng)力方向。借助專用軟件，用組合測井可確定出巖石類型、巖石強(qiáng)度、孔隙度或滲透率、傾角、孔徑、分析水和烴等。通過這一綜合勘探方法，“可提供一份詳細(xì)、實用的構(gòu)造及應(yīng)力場圖”，從而使礦山設(shè)計切實可行，可提供最佳施工方向和合理地選定開采方法。這表明，選用合適手段、采用多手段綜合勘探，是深部煤礦勘探的未來發(fā)展方向。
　　5.結(jié)束語
　　從煤炭的現(xiàn)代化生產(chǎn)要求角度來看，我國煤田地質(zhì)勘探技術(shù)與世界先進(jìn)技術(shù)相比仍然存在較大差距，因此，必須把握時機(jī)，加快我國煤田地質(zhì)勘探技術(shù)的發(fā)展，才能滿足我國高產(chǎn)高效采煤的需求。