再论中国煤炭地质综合勘查理论与技术新体系

  0 前言

 

  煤炭是我国的基础能源，在能源构成中一直占70%以上。煤炭资源勘查是煤炭工业的基础和前提，承担着为煤炭工业可持续发展提供充分资源保障和为煤炭安全高效开发提供可靠地质保障的两大基本任务。

 

  中国煤炭资源丰富、煤种齐全，但煤田地质条件复杂，其显著特点是聚煤盆地构造类型和成煤模式多样化、煤系后期改造强烈，导致煤层赋存条件复杂、勘查开发难度加大[1]。我国东部地区是煤炭需求量最大的经济区带，煤炭开发强度大、后备资源短缺，露天和浅部煤炭资源基本上已动用，勘查重点转向巨厚新生界覆盖区、推覆体下、老矿区深部等非常规区块，勘查难度加大。我国西部煤炭资源丰富，但多为黄土高原、戈壁沙漠、高寒冻土等自然环境恶劣或生态环境脆弱地区，煤炭资源调查和勘查程度相对比较低，常规勘查手段的使用受到很大的限制。

 

  建国60a 来，中国煤炭地质勘查走过由小到大、由弱到强的发展历程， 累计探明煤炭资源储量1.4万多亿吨，为我国煤炭工业快速、稳定发展做了重大贡献。在长期的实践中，广大煤炭地质工作者针对我国煤田地质条件特点和煤炭工业建设的要求，积极探索，实施了多种勘查技术与方法，提出了若干勘查规范、规程与文件，推动着我国煤炭资源勘查理论和技术不断发展。尤其是进入新世纪以来，国内经济持续高速发展给煤炭地质勘查提出更高的要求， 煤田地质理论的进展为煤炭资源勘查注入新的活力，以三维地震和“3S”技术为代表的新技术手段推动煤炭地质勘查向深度和广度两方面突飞猛进地发展[4-9]。

 

  在此大背景下， 我国煤炭地质工作者从中国煤田地质特点和煤炭工业要求出发， 基于近年来大量专题科研成果和勘查工程实践， 系统总结形成了适应中国煤田地质特点和煤炭工业要求的煤炭地质综合勘查理论与技术新体系， 实现了我国煤炭地质勘查理论和技术的跨越式发展， 为新时期中国煤炭地质勘查事业可持续发展奠定了理论基础、提供了技术方法依据[10]。

 

  中国煤炭地质综合勘查理论与技术可以概括为：一个创新思路、两大支撑理论、五大关键技术、一套标准规范、一批知识产权。

 

  1 创新思路

 

  在系统分析我国煤炭资源赋存规律和煤炭地质

 

  勘查工作特点的基础上、重新确立了煤炭地质勘查的基本原则，将“煤田地质勘探”发展为涵盖资源调查、地质勘查、矿井建设、安全生产、环境保护全过程地质工作的“煤炭地质综合勘查”。形成了以中国煤田地质理论新进展为支撑、新形势下煤炭地质勘查规范和标准体系为依据，由煤炭资源遥感技术、高精度地球物理勘查技术、快速地质钻探技术、煤炭资源勘查信息化技术、煤矿区环境遥感监测技术等核心技术构成的当代煤炭地质综合勘查理论与技术体系。

 

  2 理论支撑

 

  煤炭资源综合勘查技术体系以煤炭地质理论研究为基础。经过我国煤炭地质工作者数十年的努力，基本上形成了特色鲜明的中国煤炭地质理论体系，并由传统煤田地质理论走向系统煤炭地质科学时代。近年来，聚煤规律研究和构造控煤作用研究取得重大进展： 煤系高分辨层序地层模式、陆相成煤模式、海侵成煤模式、幕式成煤作用等新观点的提出，深化了对聚煤规律的认识[11～13]；盆地动力学分析、煤田滑脱构造研究、控煤构造样式的划分等新成果推动着构造控煤作用日趋深入和实用化[14～17]。煤炭地质领域基础理论的研究进展， 为建立煤炭地质综合勘查技术体系提供了有力的支撑。

 

  3 核心技术

 

  煤炭资源遥感技术、高精度地球物理勘查技术、快速地质钻探技术、煤炭资源勘查信息化技术、煤矿区环境遥感监测技术等构成中国煤炭资源综合勘查理论与技术新体系的主体3.1 煤炭资源遥感技术遥感技术以其视域广、效率高、成本低、综合性强以及多层次性、多时相性、多波段性等特点，成为煤炭资源调查评价的重要技术手段。随着遥感传感器种类的增多、遥感图像分辨率的提高、以及遥感数据处理和信息提取技术的发展， 遥感技术的应用前景日趋广阔，煤炭资源调查遥感探测模式、工作流程和技术方法体系日趋成熟。中国煤炭资源地域分布的广泛性，导致不同地区遥感找煤方法的差异。在中国西部广大地区，煤系煤层出露较好、地质工作程度相对较低、人类活动干扰较少，在该类地区遥感解译以直接寻找煤层煤系为目标， 首先通过大范围中小比例尺遥感地质调查，选择赋煤有利区段，然后再开展较大比例尺的遥感地质填图或地表地质填图，结合常规地质手段，经济、高效地发现煤炭资源。而在中国东部地质工作程度较高、对植被和新生界覆盖较多的隐伏和半隐伏地区， 遥感技术应用则以查明控煤构造、间接找煤为目标，同时重视与物探、钻探等多元地学信息的综合利用。

 

  遥感技术被广泛运用于煤炭资源、水资源调查、煤层气资源评价以及煤矿区环境评价， 水害防治和监测等领域，已经形成了煤炭遥感技术体系。随着航天遥感图像分辨率的显著提高， 其高分辨率图像在1:50000 甚至1:25000、1:10000 煤田地质填图中的应用，显著提高了地质填图的效率和精度。

 

  3.2 高精度地球物理勘查技术

 

  我国聚煤盆地类型多样，构造十分复杂，煤炭地质工作的难度很大。而机械化采煤对地质报告精度的要求却日益提高， 以往供建井设计的地质报告只能查明初期采区内落差大于30m 的断层，精度远远不能满足建井设计及开采的要求。以3D 地震勘探技术为核心的高精度地球物理勘查技术的应用，极大地提高了煤炭地质综合勘查的效率。高分辨率三维地震技术在煤矿采区的普遍运用， 大幅度提高了勘探精度， 由原来的查明落差10～20m 的断层提高到查明落差3～5m 的小断层和幅度5m 的波状起伏。

 

  勘探的领域进一步拓宽，先后攻克了山区、水域、沙漠等复杂条件下的地震勘探技术； 勘探能力进一步提高，可探测煤层厚度和结构的变化趋势，圈定采空区、陷落柱、岩浆岩侵入体和煤层冲刷带的分布范围。近几年，高精度磁法勘探在预测矿体、划分大地构造单元、圈定岩体和断裂（如大型侵入体的分布及规模、喷出岩的范围、大断裂及破碎带的位置等）、研究基底起伏和圈定含煤远景区、预测煤层自燃区边界等方面均取得了长足进步。

 

  3.3 快速钻探技术

 

  钻探装备不断更新，钻探工艺不断改进[8]。根据我国煤炭地质复杂、含煤区多样性的特点，因地制宜地发展研究了多种钻进工艺，如空气泡沫钻进工艺、潜孔锤反循环钻进工艺、气动潜孔锤钻进工艺、液动冲击回转钻进工艺、受控定向钻进技术等，绳索取心和金刚石钻进工艺基本成熟， 为在复杂地质条件下施工提供了适用的技术手段。目前，在煤田勘查施工中， 全液压顶驱钻机已逐步替代现有立轴式和转盘式钻机， 是煤田勘探设备自动化发展假创新成果之一。钻进参数监测系统的研制成功，使我国煤田钻探开始步入世界煤田地质勘探的先进行列。

 

  3.4 煤炭资源信息化技术

 

  计算机信息技术广泛运用于煤炭地质勘查的各个领域， 从野外数据的采集到地质报告编制基本实现了数字化、信息化，并提交电子版地质报告。充分结合煤田资源勘查、开发的生产实际与工作方法，考虑具体地测空间信息的特点， 开发设计了适合煤田资源勘探、煤矿开采的功能需求的软件开发平台。深入开展了煤炭勘查地测空间信息系统关键技术的研究。考虑煤炭地质勘查、数字地质报告编制信息化及对信息共享的迫切需求，实现了大量数据处理、图形图件制作、信息交流的自动化。充分利用网络技术，实现了不同部门间信息的共享。

 

  3.5 煤矿区环境遥感监测技术

 

  应用遥感资料进行矿山管理的技术优势凸显[18]，以多年来实测的煤矿开采区地物光谱数据为其理论依据，遥感技术可广泛应用于煤火区探测、矿区突水预测及控制开采区塌滑流（塌陷、滑坡、泥石流）引发的地裂缝监测等诸方面， 另外遥感技术在煤炭资源开发引发的地面塌陷导致的土地破坏、地貌变化、植被破坏以及矸石山污染等矿山生态环境监测中也可发挥巨大的作用，具有广阔的应用前景[19]。

 

  4 标准和规范

 

  编制规范与技术标准14 项，为构建中国煤炭地质综合勘查理论与技术新体系提供了政策依据。

 

  主要包括： ①煤、泥炭地质勘查规范（DZ/T0215-2002）；②煤田地质填图规程（1:50000、1：125000、1：

 

  10000、1：5000）（DZ/T0175-1997）；③煤炭勘查地质报告编写规范（MT/T1042-2007）；④遥感煤田地质填图规程（MT/T1043-2007）；⑤煤炭地质勘查钻孔质量评定（MT/T1044-2007）；⑥煤矿床水文地质、工程地质、环境地质评价标准；⑦煤炭地质勘查煤质评价技术标准（报批稿）；⑧煤炭煤层气地震勘探规范（MT/T897-2000）；⑨煤炭电法勘探规范（MT/T898-2000）；⑩煤田地球物理测井规范（讨论稿）；（11）煤层气勘查技术标准（报批稿）；（12）煤炭地质勘查报告图示、图例标准（讨论稿）；（13）煤矿床水文地质勘查工程质量标准（讨论稿）；（14）煤矿科技术语第1 部分：煤炭地质与勘查（GB/T 15663.1-2008）。

 

  5 结论

 

  中国煤炭地质综合勘查理论与技术新体系的建立， 是广大煤炭地质工作者针对我国复杂地质条件下煤炭资源勘查的实际需求， 立足于长期科学研究和工程实践所取得的集成性成果。该体系集理论研究、工作方法、技术装备于一体，涵盖了从煤炭资源勘查→采前建设→开采→采后治理的多个方面，广泛采用了国内、外最先进的技术方法，实现了我国煤炭地质勘查理论和技术的跨越式发展， 极大地推动了我国煤炭地质勘查工作， 在实践中已取得煤炭资源综合勘查方面的突破性进展。