煤炭资源地质勘探和煤田开发

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《工程师手册》第1007页（4197字）

1．概述

我国是世界上发现和使用煤炭最早的国家，早在公元前五世纪的春秋战国时期，采矿事业就已有一定规模，并已较多地使用煤炭。在长期生产实践中，劳动人民已摸索到许多找煤经验和煤田地质知识。

建国以来，随着煤炭工业的蓬勃发展，开展了大规模的区域地质研究和煤田地质勘探工作，不但扩大了老矿区，而且找到了许多新的煤田。到1983年末，已探明煤炭储量达7700多亿吨，同时为煤田地质科研积累了丰富资料。

整个煤田地质勘探过程，就是以煤为对象的全部地质体的调查研究过程，也是从大范围概括了解到小面积详细研究的深入认识过程。为适应煤炭工业基本建设程序，目前我国煤炭资源地质勘探的程序划分为：找煤、普查、详查(也称初步勘探)、精查(也称详细勘探)四个阶段。根据地质条件的建设需要，经过批准，也可适当简化这个程序。

2．找煤和普查

找煤就是寻找煤炭资源，它是在煤田预测或区域地质调查的基础上进行的。在地质调查中煤层露头和前人开采的遗址常常是最好的线索。在现代，应用航空测量和遥感技术也可以帮助发现煤炭资源。

普查要在找煤的基础上已知有勘探价值的地区进行。一般要通过地质填图、山地工程、物理探矿等办法，并结合适量的钻探，以初步查明工作区域的基本地质构造，了解煤质特征，初步确定煤种和其他有益矿物等。根据勘探研究程度，煤炭储量分为A、B、C、D四级，A、B两级称为高级储量。在普查结束时要按照规定算出C+D级储量，以便对工作区有无开发价值作出评价，据以作出煤炭工业的远景规划，部署下一阶段的勘探工作。

地质填图是了解勘探区地质构造轮廓，阐明各种地质现象及其联系，以及布置各种勘探工程的主要依据，是最基础最重要的工作。各个阶段填图的比例尺一般要求为：找煤1∶50000或1∶25000；普查、详查1∶25000或1∶10000；精查1∶10000或1∶5000。各种比例尺的地质图要从小比例尺到大比例尺循序测填，范围越来越小，精度越来越高，所反映的地质现象也越来越精确。

山地工程主要用于揭露地表浅部的构造情况：如追索露头、断层和采取煤样。山地工程可分为槽探、井探、坑(峒)探等。物理探矿是煤田勘探的主要组成部分，我国常用的物理探矿方法有重力勘探、磁力勘探、电法勘探、放射性探查和地震勘探等。

3．详查和精查

详查应在普查的基础上，按照煤炭工业布局规划，选择开发比较有利的地区进行。在详查中要求做更多的勘探工作，进一步查明地质构造和煤层贮存情况，掌握可能影响井田划分的构造和可采主要煤层的露头；了解煤的工艺性能，评价它的利用方向；初步查明水文地质条件，必要时进行水源的初步勘探；了解顶底板的特征、煤层瓦斯情况；算出B+℃+D级含量，做出具体工业价值的初步评价，为矿区总体设计提供详细地质资料。

精查一般应在矿区总体规划或设计的基础上进行，主要任务是为矿井设计提供可靠资料。精查以钻探为主，钻探线的基本线距要按照构造、煤层类型、计算储量和对煤层控制的要求选定。要能查明边界断层、摺曲轴，对第一水平要查明小构造的发育程度；要查明可采煤层的层数、层位、厚度、可采范围；弄清煤质、水文、顶底板条件、瓦斯、煤尘、煤自燃性、地温等开采技术条件；计算出A+B+C级储量，其中A+B级储量应达规定标准，以便进行矿井设计。

4．煤田的开发设计

煤田的开发设计，一般由专业设计院进行。

煤田的远景规划主要依据普查报告和国民经济的总体规划拟定。规划中要考虑供水、供电、运输、通讯、居民点建设，然后对开发投资和经济效果作出估算，进行可行性论证。

根据批准的远景规划、详查报告和设计任务书进行矿区的总体设计。最好还应有本区内的一、两份精查报告。在设计中要初步决定井田划分和井型大小。在井型选择上，一般先考虑是否可能用露天开采，然后考虑用平峒、斜井或竖井开采。

矿井的正式设计要按照批准的总体设计和本井的精查报告进行，其程序和一般基本建设项目相同，分为初步设计、技术设计和施工图三个阶段。对于小型矿井，也可以把初步设计和技术设计合并为扩大初步设计，分两个阶段设计和审批。

5．地质勘探的技术和装备

煤炭资源地质勘探常用的方法手段，如航空测量、物理探矿、钻探、测井等，都需要有较先进的技术装备。

航空测量主要用于煤田预测和普查扩矿，它直接或间接利用飞行工具或航天工具，应用摄影和遥感技术，来研究地质现象。因为这种方法速度快，精度高，成本低，用途广，且很少受自然条件和交通条件的限制，是一项先进的新技术，目前正在发展之中。

物理探矿中的重力或磁力勘探，一般应用于大面积找煤和普查，是快速了解掩盖区的构造形态(如火成岩的分布、火烧区)、划分大的构造单元、圈定含煤远景区等的有效方法。测试时用专用仪表及记录仪。

电法勘探是通过地下半空间人工电场分布规律的研究，寻找隐伏矿体和解决地质问题的一种间接方法，可用以探寻煤田的分布范围，找出隆起的凹陷区。我国有专用的DJC-1B型晶体管电法仪，可用以进行直流电法勘探。

地震勘探是精度较高的一种物理探矿方法，是在地面或井下利用人工爆炸激发地震波，再用分布在几个方向的磁带记录地震仪记录地下来的反射波或折射波，经过多个磁带的回放和信息处理，根据地震波向地下及反射回来的速度和时间，可以计算出岩层、矿体的埋深；根据不同层面的反射波，可以判定向斜、背斜、断层等地质构造；根据折射波可以圈定煤田边界，确定大断层的位置。我国已生产有TYDC－24型磁带记录地震仪、TYDF－1型地震资料回放仪，以及TZXZ－24型针式震迹显示仪等。

放射性勘探是用仪器探测天然放射源或外加放射源所放射的射线，也是一种物理勘探手段，主要应用于测井。

钻探是煤田地质勘探中最主要的手段，在深深钻入地层取得岩样或岩芯以后，可以直接得到真实资料。由于钻探得到的只是一个点的资料，故要按照勘探阶段，从布置个别钻孔到布置较密的勘探线和钻孔，以取得评价资源的足够资料。为了提高钻探资料质量，要做好一系列工作，如：岩芯提取、记录、鉴定、孔斜校正、测定钻具全长、平差、观测水文、封孔、岩芯入库等。

钻机是钻探工作的主要设备，钻机有冲击式和旋转式两类。冲击式钻机在我国四川盐井、气井开采上使用已有几百年，因为效率低，近代钻机主要采用旋转式。

浅孔钻机用于一般勘探和普查，也可以做地面物探的辅助工具以及水文探测之用。最简单的10米钻机可以由人背运，由人力操作。再深些的有50米、75米、100米和200米钻机，多由内燃机拖动或油电两用。还有汽车钻机，可以成套运输，安装方便。中深孔钻机钻深可达500米至700米，一般采用油压控制和驱动，用油压控制卡盘、给进、移车、拧钻具等；这种钻机必需配有钻塔、升降机和抱闸设备，常用的有TK－1型。深孔钻机TXB－1000A型、B型、C型是常用的产品，用机械传动。A型无卡盘和立轴，用主动钻杆钻进。B型有液压拧管机和液压加压机构，有卡盘，无立轴，以主动钻进为主。C型大致与B型相同，也可使用相同的加压和拧管装置。如果用六方中空轴带动直径50毫米钻杆，钻深可达1200米，可以钻出从铅垂到最大偏角45°的钻孔，功率为37千瓦。

测井是为校核与验证所揭露的煤层层数、厚度的精确性而进行的。钻孔竣工后，都要进行测井工作，而且需要有两种以上的不同测井曲线来互相验证和补充。测井工作就是把物理探矿原理应用到钻井中，计有放射性测井和电法测井两类。放射性测井也可分为人工放射性和天然放射性检测两种。电法又可分为视电阻率、电极电位、电流法等。测井曲线除了可以与钻探资料配合，对煤层进行定性、定量解释外，还可用以校验孔深、进行煤层对比以及说明含水层的分布等。如果钻探结果与测井资料和煤层的解释发生矛盾时，或在钻探打丢煤层时，还可以采取放炮取芯、采样进行化验的手段，对煤层进行评价。

我国的地质勘探技术已有一定基础，也初具规模，但与世界先进水平相比，还有不小的差距，例如：利用同位素地质研究各种煤层及其伴生元素的生成，解决地层对比；用数学地质方法解释各种地质问题，运用电子计算机模拟地质过程；采用地球化学方法和同位素地质方法测定地下水的补给、运动方向，研究区域水文均衡条件等等。物探方面国际上已采用了数字地震仪、数字测井仪和数字电法仪，能够解决复杂的地质问题，分辨率高，地质效果好。通过电子计算机处理数据，可查明落差10米左右的断层。通过测井能够查明主要煤质成分和岩石物理性质。在钻探方面国际上已采用多速、高速、油压、车装全液压、金钢石钻头、绳索取芯、优质化学泥浆以及机械化安装搬迁等。目前我国正在研制、引进这些先进技术，以适应发展煤炭工业的需要。