再論中國煤炭地質(zhì)綜合勘查理論與技術(shù)新體系

  0 前言

 

  煤炭是我國的基礎能源，在能源構成中一直占70%以上。煤炭資源勘查是煤炭工業(yè)的基礎和前提，承擔著(zhù)為煤炭工業(yè)可持續發(fā)展提供充分資源保障和為煤炭安全高效開(kāi)發(fā)提供可靠地質(zhì)保障的兩大基本任務(wù)。

 

  中國煤炭資源豐富、煤種齊全，但煤田地質(zhì)條件復雜，其顯著(zhù)特點(diǎn)是聚煤盆地構造類(lèi)型和成煤模式多樣化、煤系后期改造強烈，導致煤層賦存條件復雜、勘查開(kāi)發(fā)難度加大[1]。我國東部地區是煤炭需求量最大的經(jīng)濟區帶，煤炭開(kāi)發(fā)強度大、后備資源短缺，露天和淺部煤炭資源基本上已動(dòng)用，勘查重點(diǎn)轉向巨厚新生界覆蓋區、推覆體下、老礦區深部等非常規區塊，勘查難度加大。我國西部煤炭資源豐富，但多為黃土高原、戈壁沙漠、高寒凍土等自然環(huán)境惡劣或生態(tài)環(huán)境脆弱地區，煤炭資源調查和勘查程度相對比較低，常規勘查手段的使用受到很大的限制。

 

  建國60a 來(lái)，中國煤炭地質(zhì)勘查走過(guò)由小到大、由弱到強的發(fā)展歷程， 累計探明煤炭資源儲量1.4萬(wàn)多億噸，為我國煤炭工業(yè)快速、穩定發(fā)展做了重大貢獻。在長(cháng)期的實(shí)踐中，廣大煤炭地質(zhì)工作者針對我國煤田地質(zhì)條件特點(diǎn)和煤炭工業(yè)建設的要求，積極探索，實(shí)施了多種勘查技術(shù)與方法，提出了若干勘查規范、規程與文件，推動(dòng)著(zhù)我國煤炭資源勘查理論和技術(shù)不斷發(fā)展。尤其是進(jìn)入新世紀以來(lái)，國內經(jīng)濟持續高速發(fā)展給煤炭地質(zhì)勘查提出更高的要求， 煤田地質(zhì)理論的進(jìn)展為煤炭資源勘查注入新的活力，以三維地震和“3S”技術(shù)為代表的新技術(shù)手段推動(dòng)煤炭地質(zhì)勘查向深度和廣度兩方面突飛猛進(jìn)地發(fā)展[4-9]。

 

  在此大背景下， 我國煤炭地質(zhì)工作者從中國煤田地質(zhì)特點(diǎn)和煤炭工業(yè)要求出發(fā)， 基于近年來(lái)大量專(zhuān)題科研成果和勘查工程實(shí)踐， 系統總結形成了適應中國煤田地質(zhì)特點(diǎn)和煤炭工業(yè)要求的煤炭地質(zhì)綜合勘查理論與技術(shù)新體系， 實(shí)現了我國煤炭地質(zhì)勘查理論和技術(shù)的跨越式發(fā)展， 為新時(shí)期中國煤炭地質(zhì)勘查事業(yè)可持續發(fā)展奠定了理論基礎、提供了技術(shù)方法依據[10]。

 

  中國煤炭地質(zhì)綜合勘查理論與技術(shù)可以概括為：一個(gè)創(chuàng )新思路、兩大支撐理論、五大關(guān)鍵技術(shù)、一套標準規范、一批知識產(chǎn)權。

 

  1 創(chuàng )新思路

 

  在系統分析我國煤炭資源賦存規律和煤炭地質(zhì)

 

  勘查工作特點(diǎn)的基礎上、重新確立了煤炭地質(zhì)勘查的基本原則，將“煤田地質(zhì)勘探”發(fā)展為涵蓋資源調查、地質(zhì)勘查、礦井建設、安全生產(chǎn)、環(huán)境保護全過(guò)程地質(zhì)工作的“煤炭地質(zhì)綜合勘查”。形成了以中國煤田地質(zhì)理論新進(jìn)展為支撐、新形勢下煤炭地質(zhì)勘查規范和標準體系為依據，由煤炭資源遙感技術(shù)、高精度地球物理勘查技術(shù)、快速地質(zhì)鉆探技術(shù)、煤炭資源勘查信息化技術(shù)、煤礦區環(huán)境遙感監測技術(shù)等核心技術(shù)構成的當代煤炭地質(zhì)綜合勘查理論與技術(shù)體系。

 

  2 理論支撐

 

  煤炭資源綜合勘查技術(shù)體系以煤炭地質(zhì)理論研究為基礎。經(jīng)過(guò)我國煤炭地質(zhì)工作者數十年的努力，基本上形成了特色鮮明的中國煤炭地質(zhì)理論體系，并由傳統煤田地質(zhì)理論走向系統煤炭地質(zhì)科學(xué)時(shí)代。近年來(lái)，聚煤規律研究和構造控煤作用研究取得重大進(jìn)展： 煤系高分辨層序地層模式、陸相成煤模式、海侵成煤模式、幕式成煤作用等新觀(guān)點(diǎn)的提出，深化了對聚煤規律的認識[11～13]；盆地動(dòng)力學(xué)分析、煤田滑脫構造研究、控煤構造樣式的劃分等新成果推動(dòng)著(zhù)構造控煤作用日趨深入和實(shí)用化[14～17]。煤炭地質(zhì)領(lǐng)域基礎理論的研究進(jìn)展， 為建立煤炭地質(zhì)綜合勘查技術(shù)體系提供了有力的支撐。

 

  3 核心技術(shù)

 

  煤炭資源遙感技術(shù)、高精度地球物理勘查技術(shù)、快速地質(zhì)鉆探技術(shù)、煤炭資源勘查信息化技術(shù)、煤礦區環(huán)境遙感監測技術(shù)等構成中國煤炭資源綜合勘查理論與技術(shù)新體系的主體3.1 煤炭資源遙感技術(shù)遙感技術(shù)以其視域廣、效率高、成本低、綜合性強以及多層次性、多時(shí)相性、多波段性等特點(diǎn)，成為煤炭資源調查評價(jià)的重要技術(shù)手段。隨著(zhù)遙感傳感器種類(lèi)的增多、遙感圖像分辨率的提高、以及遙感數據處理和信息提取技術(shù)的發(fā)展， 遙感技術(shù)的應用前景日趨廣闊，煤炭資源調查遙感探測模式、工作流程和技術(shù)方法體系日趨成熟。中國煤炭資源地域分布的廣泛性，導致不同地區遙感找煤方法的差異。在中國西部廣大地區，煤系煤層出露較好、地質(zhì)工作程度相對較低、人類(lèi)活動(dòng)干擾較少，在該類(lèi)地區遙感解譯以直接尋找煤層煤系為目標， 首先通過(guò)大范圍中小比例尺遙感地質(zhì)調查，選擇賦煤有利區段，然后再開(kāi)展較大比例尺的遙感地質(zhì)填圖或地表地質(zhì)填圖，結合常規地質(zhì)手段，經(jīng)濟、高效地發(fā)現煤炭資源。而在中國東部地質(zhì)工作程度較高、對植被和新生界覆蓋較多的隱伏和半隱伏地區， 遙感技術(shù)應用則以查明控煤構造、間接找煤為目標，同時(shí)重視與物探、鉆探等多元地學(xué)信息的綜合利用。

 

  遙感技術(shù)被廣泛運用于煤炭資源、水資源調查、煤層氣資源評價(jià)以及煤礦區環(huán)境評價(jià)， 水害防治和監測等領(lǐng)域，已經(jīng)形成了煤炭遙感技術(shù)體系。隨著(zhù)航天遙感圖像分辨率的顯著(zhù)提高， 其高分辨率圖像在1:50000 甚至1:25000、1:10000 煤田地質(zhì)填圖中的應用，顯著(zhù)提高了地質(zhì)填圖的效率和精度。

 

  3.2 高精度地球物理勘查技術(shù)

 

  我國聚煤盆地類(lèi)型多樣，構造十分復雜，煤炭地質(zhì)工作的難度很大。而機械化采煤對地質(zhì)報告精度的要求卻日益提高， 以往供建井設計的地質(zhì)報告只能查明初期采區內落差大于30m 的斷層，精度遠遠不能滿(mǎn)足建井設計及開(kāi)采的要求。以3D 地震勘探技術(shù)為核心的高精度地球物理勘查技術(shù)的應用，極大地提高了煤炭地質(zhì)綜合勘查的效率。高分辨率三維地震技術(shù)在煤礦采區的普遍運用， 大幅度提高了勘探精度， 由原來(lái)的查明落差10～20m 的斷層提高到查明落差3～5m 的小斷層和幅度5m 的波狀起伏。

 

  勘探的領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬，先后攻克了山區、水域、沙漠等復雜條件下的地震勘探技術(shù)； 勘探能力進(jìn)一步提高，可探測煤層厚度和結構的變化趨勢，圈定采空區、陷落柱、巖漿巖侵入體和煤層沖刷帶的分布范圍。近幾年，高精度磁法勘探在預測礦體、劃分大地構造單元、圈定巖體和斷裂（如大型侵入體的分布及規模、噴出巖的范圍、大斷裂及破碎帶的位置等）、研究基底起伏和圈定含煤遠景區、預測煤層自燃區邊界等方面均取得了長(cháng)足進(jìn)步。

 

  3.3 快速鉆探技術(shù)

 

  鉆探裝備不斷更新，鉆探工藝不斷改進(jìn)[8]。根據我國煤炭地質(zhì)復雜、含煤區多樣性的特點(diǎn)，因地制宜地發(fā)展研究了多種鉆進(jìn)工藝，如空氣泡沫鉆進(jìn)工藝、潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)工藝、氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)工藝、液動(dòng)沖擊回轉鉆進(jìn)工藝、受控定向鉆進(jìn)技術(shù)等，繩索取心和金剛石鉆進(jìn)工藝基本成熟， 為在復雜地質(zhì)條件下施工提供了適用的技術(shù)手段。目前，在煤田勘查施工中， 全液壓頂驅鉆機已逐步替代現有立軸式和轉盤(pán)式鉆機， 是煤田勘探設備自動(dòng)化發(fā)展假創(chuàng )新成果之一。鉆進(jìn)參數監測系統的研制成功，使我國煤田鉆探開(kāi)始步入世界煤田地質(zhì)勘探的先進(jìn)行列。

 

  3.4 煤炭資源信息化技術(shù)

 

  計算機信息技術(shù)廣泛運用于煤炭地質(zhì)勘查的各個(gè)領(lǐng)域， 從野外數據的采集到地質(zhì)報告編制基本實(shí)現了數字化、信息化，并提交電子版地質(zhì)報告。充分結合煤田資源勘查、開(kāi)發(fā)的生產(chǎn)實(shí)際與工作方法，考慮具體地測空間信息的特點(diǎn)， 開(kāi)發(fā)設計了適合煤田資源勘探、煤礦開(kāi)采的功能需求的軟件開(kāi)發(fā)平臺。深入開(kāi)展了煤炭勘查地測空間信息系統關(guān)鍵技術(shù)的研究?？紤]煤炭地質(zhì)勘查、數字地質(zhì)報告編制信息化及對信息共享的迫切需求，實(shí)現了大量數據處理、圖形圖件制作、信息交流的自動(dòng)化。充分利用網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，實(shí)現了不同部門(mén)間信息的共享。

 

  3.5 煤礦區環(huán)境遙感監測技術(shù)

 

  應用遙感資料進(jìn)行礦山管理的技術(shù)優(yōu)勢凸顯[18]，以多年來(lái)實(shí)測的煤礦開(kāi)采區地物光譜數據為其理論依據，遙感技術(shù)可廣泛應用于煤火區探測、礦區突水預測及控制開(kāi)采區塌滑流（塌陷、滑坡、泥石流）引發(fā)的地裂縫監測等諸方面， 另外遙感技術(shù)在煤炭資源開(kāi)發(fā)引發(fā)的地面塌陷導致的土地破壞、地貌變化、植被破壞以及矸石山污染等礦山生態(tài)環(huán)境監測中也可發(fā)揮巨大的作用，具有廣闊的應用前景[19]。

 

  4 標準和規范

 

  編制規范與技術(shù)標準14 項，為構建中國煤炭地質(zhì)綜合勘查理論與技術(shù)新體系提供了政策依據。

 

  主要包括： ①煤、泥炭地質(zhì)勘查規范（DZ/T0215-2002）；②煤田地質(zhì)填圖規程（1:50000、1：125000、1：

 

  10000、1：5000）（DZ/T0175-1997）；③煤炭勘查地質(zhì)報告編寫(xiě)規范（MT/T1042-2007）；④遙感煤田地質(zhì)填圖規程（MT/T1043-2007）；⑤煤炭地質(zhì)勘查鉆孔質(zhì)量評定（MT/T1044-2007）；⑥煤礦床水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)評價(jià)標準；⑦煤炭地質(zhì)勘查煤質(zhì)評價(jià)技術(shù)標準（報批稿）；⑧煤炭煤層氣地震勘探規范（MT/T897-2000）；⑨煤炭電法勘探規范（MT/T898-2000）；⑩煤田地球物理測井規范（討論稿）；（11）煤層氣勘查技術(shù)標準（報批稿）；（12）煤炭地質(zhì)勘查報告圖示、圖例標準（討論稿）；（13）煤礦床水文地質(zhì)勘查工程質(zhì)量標準（討論稿）；（14）煤礦科技術(shù)語(yǔ)第1 部分：煤炭地質(zhì)與勘查（GB/T 15663.1-2008）。

 

  5 結論

 

  中國煤炭地質(zhì)綜合勘查理論與技術(shù)新體系的建立， 是廣大煤炭地質(zhì)工作者針對我國復雜地質(zhì)條件下煤炭資源勘查的實(shí)際需求， 立足于長(cháng)期科學(xué)研究和工程實(shí)踐所取得的集成性成果。該體系集理論研究、工作方法、技術(shù)裝備于一體，涵蓋了從煤炭資源勘查→采前建設→開(kāi)采→采后治理的多個(gè)方面，廣泛采用了國內、外最先進(jìn)的技術(shù)方法，實(shí)現了我國煤炭地質(zhì)勘查理論和技術(shù)的跨越式發(fā)展， 極大地推動(dòng)了我國煤炭地質(zhì)勘查工作， 在實(shí)踐中已取得煤炭資源綜合勘查方面的突破性進(jìn)展。