淮北煤田地质与勘探技术浅析

2022-11-24

煤是目前我国非常重要的能源之一, 同时煤也是冶金工业和炼焦工业的重要原料。随着煤的液化和气化技术研究的进一步深入, 以煤为原料生产燃料更进一步促使煤在能源中的比重加大, 并且在煤或煤灰中还能够提取有利用价值的金属元素如金、锗、铀、镓、钒等。煤资源埋藏于地下, 使其具有隐蔽、稀少和复杂的特点。因此, 煤田资源的勘探难度大、成本高[1]。煤田地质勘探的最终目的是为煤矿建设设计提供煤炭资源、储量和开采技术条件等提供必须的地质资料, 以便大大地减少开发风险和获得最大的经济效益。淮北矿区地处于华东腹地, 该矿区总面积达9600平方公里, 含煤面积约为6 9 1 2平方公里, 包括宿县、濉肖、涡阳、临涣四大矿区。淮北矿区除煤炭资源外, 其也有丰富的伴生矿资源 (煤层气约3000多亿立方米、天然焦1.5亿吨、优质高岭土4.8亿吨) 。为了进一步要精确地探明淮北矿区以煤为主的矿产资源, 发现煤田矿床并查明具体的矿体分布、矿产的质量、数量、种类、开采利用条件、技术经济评价及应用前景, 以满足国家建设或矿山企业需要的各种地质勘查工作[2]。在煤田地质勘探过程中就必须要合理地运用各种地质科学理论, 选择高效经济的勘探技术和钻探技术, 探明地质构造、地层、煤层、煤质、储量及开采条件等[3], 以便实现煤矿床及与含煤岩系伴生的其它有益矿产的正确评价, 进而为煤矿设计、建设和生产提供最可靠的地质资料, 从而保证煤炭资源合理利用和开发。因此, 分析和研究淮北矿区的煤田地质与勘探具有巨大的经济价值和现实需要。

1 煤田矿区地质勘探概述

煤地质学是以地质理论为基础, 研究关于煤、煤层、煤盆地、含煤岩系及与煤共生的其它矿产的成因、物质成分、性质及其分布规律的学科。煤田地质学与大地构造学、构造地质学、矿床学、沉积学、石油地质学及地球物理探矿等密切相关。煤田地质勘探是运用地质科学理论和技术, 选择相应的方法和技术手段, 以查明地质构造、地层、煤质、煤层、储量及开采条件, 以便正确地评价煤矿床及与含煤岩系伴生的其它有益矿产, 从而研究、分析和探测煤矿床资源, 为煤矿的设计、建设和生产提供较可靠的地质资料, 从而使煤炭资源能够合理地开发。

2 淮北矿区煤田地质勘探的不足

2.1 勘探手段单一

在煤田地质勘探过程中, 近年来使用的勘探手段单一, 勘探效果也不理想。勘探队进行勘探只使用钻探、地质填图、测井等手段。物探队进行勘探仅使用物探手段, 其结果是导致地质控制精度不够, 不能清楚地解释地质构造情况。

2.2 勘探程序简化

煤田地质勘探目前对勘探的周期要求越来越短, 从预测区直接进入到勘探, 省略了其中普查和详查工作, 有可能造成勘探工程的布置不合理, 在先期开采地段, 在首采区的选择上有误, 勘探手段选择不当。

3 煤田勘探对钻探工艺的要求

在煤田地质勘探过程中, 各种钻孔施工是一项非常常见和非常重要的工作, 包括地质钻孔、放水孔、防灭火钻孔、煤层注水钻孔、瓦斯抽放钻孔、探放水钻孔及其它用途的钻孔的施工工作。通过对煤田地质的分析和钻探理论的研究及实践经验可知, 为了适应不同条件的钻进地层, 要求钻机的回转转速要有较大的调整范围, 较大的功率储备, 要能实现减压钻进和加压钻进等功能。要求钻机的给进系统既要满足低压大流量和高压小流量, 又要同时实现低压小流量和高压大流量。典型地层钻进对钻探工艺的要求见表1。

4 淮北矿区煤田地质勘探的发展方向

4.1 井下物探技术

对淮北矿区落差小于5 m、长度小于150m的小断层及小型褶曲, 使用现有的地面勘探方法无法查明。因此, 在采区开采前, 应在井下开展工作面勘探或采区勘探, 使用的方法主要是沿煤层钻进和矿井物探。另外, 也应开展使用探地雷达技术, 以便更有效地定量研究岩体, 准确确定巷道周围裂隙带和断裂带深度的特征, 更好地为矿区地质勘探服务。

4.2 水平钻进技术

更多地采用水平钻进方法沿煤层钻进, 同时采用随钻测斜技术。水平钻进技术是由受控定向钻进发展而来的。目前, 水平钻进技术发展迅速, 既能在井下沿煤层钻进, 又能在地面沿垂直一圆弧一水平线轨迹进入煤层钻进。

4.3 勘探手段要多样化

选用综合勘探技术, 是淮北矿区深部煤矿勘探的发展方向。综合勘探技术能够提供实用的、详细的应力场和构造图, 进而使矿山设计、施工和开采提供最佳的施工方向和开采方法。在低山丘陵区和平缓的平原等有条件的地区, 先要进行地面物探, 了解了勘探区的基本构造形态后, 再选择合理的钻探网度进行布孔, 从而能够提供不仅能解决地质目的, 而且比较经济的综合勘探方法。

4.4 推进信息化建设

由于信息技术的快速发展, 信息技术现已经在煤田地质勘探中推广应用。由于信息技术中引入了许多高新技术, 如大容量存储、并行分布式处理、多媒体、工作站、神经网络和人工智能等技术, 在煤田地质勘探数据的处理过程中, 可以用人机对话方式分析、处理、解释和显示大量的地质勘探数据, 在现场就能作预处理、选择相关参数, 可以提高勘探精度。

5 结语

在总结淮北矿区以煤田矿产资源为主的基础上, 探讨了煤田地质勘探技术的目的、方法和手段, 分析了目前淮北矿区煤田地质勘探过程中的两点不足, 即勘探手段单一、勘探程序简化。探讨了淮北矿区煤田地质勘探的四个发展方向, 即井下物探技术、水平钻进技术、勘探手段要多样化和推进信息化建设。为淮北矿区的煤田地质勘探工作提供了有益的借鉴。

摘要：煤是重要的能源材料, 煤田地质勘探工作是煤矿设计、施工和开采工作的前提。在分析了煤田勘探技术和淮北矿区特点的基础上, 探讨了淮北矿区地质勘探的缺陷及矿区地质对钻探设备的要求, 指明了淮北矿区煤田地质勘探的发展方向, 对今后淮北矿区地质与勘探技术提供了借鉴。

关键词：淮北,煤田地质,勘探,钻探