淺析煤田地質(zhì)勘探技術(shù)發(fā)展

引言
　　 進(jìn)入21世紀(jì)，煤炭在世界一次能源中將占主要地位。在我國(guó)，1500m左右的煤炭總資源量約40000億噸，已探明保有儲(chǔ)量達(dá)10000億噸。而石油、天然氣，由于資源賦存條件與勘探、開發(fā)困難等原因，一段時(shí)期內(nèi)難于大幅度增產(chǎn)。但是，隨著開放與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，煤炭要有競(jìng)爭(zhēng)力才能在市場(chǎng)上站住腳，經(jīng)濟(jì)、安全、高效采煤就成為煤炭工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。因此，世界上所有采煤國(guó)家都需要繼續(xù)開展煤田地質(zhì)勘探工作，而且，煤田勘探技術(shù)要迅速發(fā)展才能滿足生產(chǎn)要求。
我國(guó)煤田地質(zhì)勘探前沿問題
　　 從我國(guó)煤田地質(zhì)特點(diǎn)及世界先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，我們可以看出，近年來(lái)我國(guó)煤田地質(zhì)勘探前沿問題可概括為以下幾個(gè)方面：
　　 （1）從礦井水防治與保水采煤研究方面來(lái)看，礦井水害一直是制約我國(guó)煤炭生產(chǎn)發(fā)展的重要因素之一。地下水涌入礦井，不僅造成生產(chǎn)損失和人員傷亡， 導(dǎo)致多種環(huán)境負(fù)效應(yīng)，而且還威脅著大量煤炭資源不能開采。針對(duì)于這些現(xiàn)狀，我國(guó)煤礦水害防治技術(shù)可以從以下方面著手：深入研究礦區(qū)深部巖溶水形成與運(yùn)移特征，深部礦井底板巖溶水突出機(jī)理，開發(fā)突水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)；開發(fā)適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械化開采的采掘區(qū)無(wú)水險(xiǎn)水害防治技術(shù)。
　　 （2）從開展動(dòng)態(tài)地質(zhì)研究方面來(lái)看常見的巖煤突出、瓦斯突出、沖擊地壓、突水、井筒破裂等井下災(zāi)害，實(shí)際上是一種動(dòng)力地質(zhì)現(xiàn)象。這些現(xiàn)象均與巖體應(yīng)力場(chǎng)有關(guān)。主要起因于巖煤采掘后，原有自然條件下各種地質(zhì)因素之間的平衡遭受破壞，巖體應(yīng)力再分配，從而引發(fā)或誘發(fā)出這類災(zāi)害性地質(zhì)現(xiàn)象。通過(guò)研究這些現(xiàn)象形成的地質(zhì)機(jī)理，事先測(cè)定出采掘階段巖體應(yīng)力隨時(shí)空的動(dòng)態(tài)變化，就有可能預(yù)測(cè)上述動(dòng)力地質(zhì)現(xiàn)象是否會(huì)形成，確定并采取消除或減弱這些災(zāi)害的措施。根據(jù)礦井地質(zhì)資料多元性、地面鉆探、三維地震、地面電法、礦井地質(zhì)、礦井物探(動(dòng)態(tài)性、實(shí)時(shí)性、采掘在動(dòng)態(tài)進(jìn)行)，利用計(jì)算機(jī)、人工智能、模式識(shí)別、數(shù)據(jù)庫(kù)等多學(xué)科的融合，建立礦井多元地質(zhì)信息集成系統(tǒng)，利用能夠獲取的礦井多元地質(zhì)信息，及時(shí)、準(zhǔn)確地進(jìn)行煤層底板深度、煤層厚度變化趨勢(shì)、掘進(jìn)巷道和工作面內(nèi)部小斷層的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)以及儲(chǔ)量計(jì)算等，是煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)迫切需要解決的技術(shù)問題。
　　 （3）從加強(qiáng)環(huán)境地質(zhì)勘查與災(zāi)害地質(zhì)防治方面來(lái)看由于礦區(qū)在天然條件下以及因開發(fā)而使地質(zhì)體系遭受破壞，從而可能形成一系列環(huán)境問題，如耕地破壞、水源污染、沙化、粉塵、一氧化碳、二氧化硫造成的大氣污染等以及更具破壞性的災(zāi)害地質(zhì)現(xiàn)象，如地裂、地表塌陷、滑坡乃至誘發(fā)地震。由于歷史原因及煤礦不斷開發(fā)，舊帳未清，新帳紛至，僅可確定出巖石類型、巖石強(qiáng)度、孔隙度或滲透率、傾角、孔徑、分析水和烴等。據(jù)說(shuō)，通過(guò)這一綜合勘探方法，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，是深部煤礦勘探的發(fā)展方向。
　　 （4）加快發(fā)展信息技術(shù)計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)現(xiàn)已在煤田地質(zhì)勘探各個(gè)專業(yè)推廣應(yīng)用，發(fā)展較快。由于引入了許多高新技術(shù)，如并行分布式處理、大容量存儲(chǔ)、工作站、多媒體、人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，目前已能用人機(jī)對(duì)話方式處理、分析、解釋和顯示地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)，一些物探儀器自動(dòng)化程度高，能在現(xiàn)場(chǎng)作預(yù)處理，控制各項(xiàng)操作和質(zhì)量，選擇有關(guān)參數(shù)。
我國(guó)煤炭地質(zhì)勘探的主要技術(shù)
　　 我國(guó)煤炭地質(zhì)勘探技術(shù)目前整體水平處于國(guó)際先進(jìn)地位。主要表現(xiàn)為：
　　 （1）高分辨地震勘查技術(shù)：采用高分辨二維地震、三維地震、多波多分量地震等方法，可以查明斷層落差，圈定煤層分叉合并區(qū)、巖漿巖對(duì)可采煤層的影響范圍及陷落柱分布情況，劃分奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育帶等。
　　 （2）重磁電及地質(zhì)雷達(dá)勘查技術(shù)：采用瞬變電磁法勘探、高精度磁法勘探、高精度重力勘探、直流電法勘探(含高密度電法勘探)、地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)、頻率域電磁法勘探等方法進(jìn)行勘探。廣泛應(yīng)用于煤田地質(zhì)勘探、石油地質(zhì)勘探和地下水勘探等資源勘探領(lǐng)域。進(jìn)行斷裂、褶曲、沉積盆地和陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造的探測(cè)；圈定巖溶發(fā)育帶、地下河、含水裂隙帶等隱伏地質(zhì)體或地質(zhì)構(gòu)造；礦山采空區(qū)和空洞等異常體的工程勘查。
　　 （3）測(cè)井勘查技術(shù)：采用電、聲、核系列物理參數(shù)測(cè)井，水文測(cè)井及煤層氣測(cè)井等技術(shù)?？删_為煤層定厚、定深；非煤系地層定厚、定深。常應(yīng)用于煤巖層定性、定深、定厚；煤巖層力學(xué)性質(zhì)分析，煤層炭灰水分析，煤層沙泥、水分析等。
　　 （4）遙感技術(shù)：應(yīng)用航天遙感、航空遙感(微波、紅外、可見光)、地面遙感測(cè)試技術(shù)。進(jìn)行煤炭資源評(píng)價(jià)、煤層自燃遙感探測(cè)以及城市地籍信息系統(tǒng)建立等。
煤田地質(zhì)勘探技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
　　 用發(fā)展眼光看，近年來(lái)鉆探仍將成為獲取“第一性”地質(zhì)資科的重要手段。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(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)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(cè)量、多方法組合發(fā)展；計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)將普及到地質(zhì)勘探的各個(gè)專業(yè)、各個(gè)作業(yè)單元，乃至管理整個(gè)勘探系統(tǒng)。近年來(lái)。值得注意的煤田地質(zhì)勘探技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)如下：
　　 （1）開發(fā)井下勘探技術(shù)，根據(jù)國(guó)內(nèi)外資料，落差小于5m、長(zhǎng)度小于150m的小斷層及小型褶曲，近期不可能用地面勘探方法查明。因此，國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)為，應(yīng)在采區(qū)開采前，在井下開展采區(qū)勘探或工作面勘探，其方法包括礦井物探和沿煤層鉆進(jìn)?；诿簩用芏缺壬舷聡鷰r小，煤層是一個(gè)明顯的低速槽，國(guó)外在70年代末首先采用槽波地震勘探技術(shù)在井下探測(cè)煤層構(gòu)造。近年來(lái)，探地雷達(dá)技術(shù)發(fā)展迅速。最近南非開發(fā)出一種Rock雷達(dá)系統(tǒng)，能定量研究巖體，準(zhǔn)確確定斷裂帶深度、巷道周圍裂隙帶特征。顯然，煤礦井下物探技術(shù)將大有作為，是一重要發(fā)展方向。
　　 （2）發(fā)展水平鉆進(jìn)技術(shù)，20世紀(jì)80年代以來(lái)，技術(shù)先進(jìn)的采煤國(guó)家愈來(lái)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(cè)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(lái)的。近年來(lái)，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)。地面水平鉆進(jìn)，在煤炭部門是80年代后期才從石油部門引進(jìn)的。
　　 （3）加強(qiáng)綜合勘探，據(jù)有關(guān)材料說(shuō)明，英國(guó)煤礦區(qū)盡管用三維地震勘探曾解釋出小至煤厚落差的斷層。但英國(guó)深部煤礦公司仍然重視鉆孔研究。近年來(lái)，他們?cè)谝呀?jīng)評(píng)價(jià)的賦存經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量的井田，按400―500m網(wǎng)度布無(wú)心孔，用組合測(cè)井方法勘探。他們開發(fā)了一種巖層顯微掃描儀，通過(guò)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(cè)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。
　　 （4）研究動(dòng)態(tài)地質(zhì)勘探技術(shù)，如前所述，危害礦井安全的動(dòng)力地質(zhì)現(xiàn)象由采掘活動(dòng)誘發(fā)而形成。它們具有動(dòng)態(tài)特性。因此，預(yù)測(cè)動(dòng)力地質(zhì)現(xiàn)象的形成及其強(qiáng)度。不能簡(jiǎn)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(shí)間變化的動(dòng)態(tài)特征資料。高產(chǎn)高效采煤推進(jìn)速度快，進(jìn)行動(dòng)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(shí)間變化很有必要。
煤田地質(zhì)勘探技術(shù)發(fā)展幾點(diǎn)建議
　　 （1）根據(jù)我國(guó)的煤炭資源分布特點(diǎn)、勘探和開發(fā)現(xiàn)狀，要爭(zhēng)取國(guó)家優(yōu)惠政策，加強(qiáng)地質(zhì)勘查力度，多渠道融納資金，查明煤炭資源家底，為煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃提供依據(jù)。
　　 （2）要依靠科技進(jìn)步，促進(jìn)煤田地質(zhì)可持續(xù)發(fā)展。積極開展煤炭及相關(guān)領(lǐng)域地質(zhì)理論和技術(shù)方法研究，加強(qiáng)煤田地質(zhì)基礎(chǔ)研究，為煤炭資源調(diào)查、煤田地質(zhì)勘查以及相關(guān)的煤層氣、水資源評(píng)價(jià)提供理論支撐和技術(shù)支撐。
　　 （3）加強(qiáng)煤田地質(zhì)勘查設(shè)備更新改造和人才隊(duì)伍的建設(shè)。以高新技術(shù)改造傳統(tǒng)地質(zhì)勘查業(yè)。加強(qiáng)國(guó)際國(guó)內(nèi)技術(shù)合作和交流，促進(jìn)煤田地質(zhì)科技工作向深度和廣度發(fā)展。
　　 （4）加強(qiáng)煤炭資源的勘查開發(fā)規(guī)劃，對(duì)已探明的煤炭資源實(shí)行保護(hù)性開發(fā)及綜合利用。要規(guī)劃出對(duì)我國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展有較大影響的大礦區(qū)或重要基地，在條件成熟時(shí)將煤炭就地轉(zhuǎn)化，向外輸氣、輸電、輸油。對(duì)小煤礦進(jìn)行聯(lián)合改造，擴(kuò)大單并生產(chǎn)規(guī)模，改進(jìn)采煤方法，提高回采率。同時(shí)要加強(qiáng)缺煤地區(qū)煤炭資源的開發(fā)，使農(nóng)牧民改燒柴為燒煤，減少對(duì)植被的破壞，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。
　　 （5）加強(qiáng)礦業(yè)權(quán)市場(chǎng)建設(shè)，吸納各種資金開發(fā)煤炭資源，對(duì)占而不開，占大開小的現(xiàn)象及時(shí)予以糾正。
　　 （6）加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，重視生態(tài)建設(shè)。本著誰(shuí)開發(fā)，誰(shuí)污染，誰(shuí)治理的原則，對(duì)因礦業(yè)開發(fā)引發(fā)的煤層自燃、環(huán)境污染、地面塌陷、山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，要加強(qiáng)調(diào)查評(píng)價(jià)和綜合治理。發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，重視煤炭深加工、綜合利用及潔凈煤利用。
　　 （7）加強(qiáng)煤層氣勘探開發(fā)。煤層氣作為新型潔凈能源，它的開發(fā)與利用，不僅可降低煤礦安全事故，減少礦井瓦斯排放，降低大氣污染，減少溫室效應(yīng)，也可增加潔凈能源總量。
　　結(jié)束語(yǔ)
　　 根據(jù)相關(guān)資料分析表明，除少數(shù)幾個(gè)發(fā)展中國(guó)家外，各主要產(chǎn)煤國(guó)家的煤田地質(zhì)勘探工作量自80年代以來(lái)均明顯減少，但用于開發(fā)勘探、工作面勘探的工作內(nèi)容和工作量卻明顯增多，勘探精度大大提高。從煤炭現(xiàn)代化生產(chǎn)要求角度看，我國(guó)煤田地質(zhì)勘探技術(shù)與世界先進(jìn)技術(shù)相比尚存在較大差距。因此，必須把握時(shí)機(jī)，加快我國(guó)煤田地質(zhì)勘探技術(shù)的發(fā)展，才能滿足我國(guó)高產(chǎn)高效采煤的需求?；诿禾吭谥袊?guó)能源中的重要地位，國(guó)家對(duì)該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展高度重視，加大力度鼓勵(lì)科技創(chuàng)新，相關(guān)科研院所和生產(chǎn)企業(yè)正積極研發(fā)相關(guān)技術(shù)、裝備，煤炭資源精細(xì)勘查的精度和水平及對(duì)煤礦安全高效生產(chǎn)保障的能力逐步提高，發(fā)展前景十分廣闊。