論煤田地質鉆探技術及其發展趨勢

　　1.煤田地質勘探技術概況
　　煤田的勘探方法，一般是針對某一地區的具體特點和勘探要求，運用地質理論和適當的勘探技術手段，以較少的投入取得能夠滿足使用要求的地質資源的思路和具體部署。其主要的技術手段有遙感地質調查、地質填圖、坑探、鉆探、巷探和地球物理勘探等等。其中，鉆探是利用機械傳動鉆桿和鉆頭，從地面向下鉆直徑小而深的圓孔（鉆孔），從中提取巖芯、煤樣，以獲取地質信息，它是了解地面以下深部地質情況和采取各種樣品的有效手段，已經成為煤田地質勘探中主要使用的技術手段之一。

    2.我國煤田地質的特點
　　我國大陸是由一些小型地臺、中間地塊和眾多微地塊及其間的褶皺帶鑲嵌起來的復合大陸，這一本質特征決定了我國絕大多數含煤盆地的構造穩定性較差，構造形態復雜多樣。據對我國煤炭保有儲量的初略統計，煤層埋深小于300m的約占30%，埋深在300-600m的約占40%，埋深在600-1000m的約占30%。與世界主要產煤國家比較而言，我國煤層埋藏較深，多數區域建井比較困難，而且多需特殊鑿井。同時，由于沉積環境和成煤條件等多種地質因素的影響，我國煤田多以薄或中厚煤層為主，巨厚煤層很少，因此可以作為露天開采的煤礦資源儲量甚微，這也直接制約著我國煤炭資源的開發潛力。
　　3.鉆探技術分析
　　鉆探優點眾多，不受地面條件限制，工程量小、工期短、投資少、針對性強、水壓水量直觀、經濟合理，其應用的主要技術分析如下：
　　3.1空氣泡沫鉆探技術
　　該技術是原地礦部“七五”和“八五”期間的重點科研攻關項目，由勘探技術研究所、長春地質學院和甘肅地礦局等科研院所、高校和相關生產單位聯合完成。經過不同環境條件及機具試驗研究總結了一套比較成熟的泡沫工藝和鉆進規程。由于其后正值地質鉆探工作量銳減，而此技術在初期投資、能耗和后期泡沫劑回收方面的費用都比普通鉆進技術高，因此其推廣應用處于停滯狀態。
　　3.2金剛石繩索取心技術
　　繩索取心（WL）鉆探技術被稱為鉆探技術的第一次革命，是在全球地質找礦鉆探施工中是應用最廣泛、綜合地質效果最佳的鉆探技術。自上世紀70年代中期在我國開始推廣應用，但在應用廣度和深度上與國外發達國家相比存在較大差距，利用繩索取心鉆探技術完成的巖心鉆探工作量仍不足全部固體礦產巖心鉆探工作量的30%。國產繩索取心鉆具存在材質不佳、加工質量差、易折斷和脫扣等問題，不能滿足1000米以深鉆孔的需要。
　　金剛石鉆頭的使用壽命是限制金剛石繩索取心技術應用于深部找礦的另一個原因。自上世紀60年代開始研究，70年代開始推廣金剛石鉆探技術以來，我國金剛石鉆頭制造水平有了很大提高，但是其使用效果與國外仍存在較大差距。雖然在金剛石超硬復合材料方面進行了大規模的攻關研究，制造了一些聚晶、復合片產品，但其性能也遠遠趕不上國際水平。這就使得國內金剛石鉆頭鉆進壽命短、效率偏低。
　　3.3反循環連續取樣鉆探技術
　　反循環連續取樣鉆探技術被稱為鉆探技術的第二次革命。它采用壓縮空氣作為循環介質，利用雙壁鉆桿以沖擊回轉全面碎巖和連續巖屑作為地質樣品的方式進行鉆探施工。隨著鉆進的不斷進行，巖屑被高速氣流連續地經雙壁鉆桿的中心攜帶至地表，并按照順序將巖屑收集起來作為地質化驗分析的地質樣品。
　　國內外大量的鉆探施工經驗證明，采用該法獲取的地質樣品不僅完全能達到確定礦體埋藏深度、礦體厚度、品位等物化參數的基本要求，而且其鉆探施工速度要比傳統的取柱狀巖心施工速度提高5-10倍，施工成本也將大大降低。我國在上世紀80年代中期曾開展了該項技術的研究并進行推廣應用，但由于地質上是以巖屑代替傳統的柱狀巖心，且需使用特殊的雙壁鉆桿，所以推廣應用受到較大阻力。
　　3.4高精度受控定向鉆探技術
　　受控定向鉆探技術是一種可以使鉆孔軌跡按照預定方向前進的特殊鉆探技術，該項鉆探技術還可以實現在一個主孔內鉆進多個分支孔的羽狀鉆孔。自勘探技術研究所研究、推廣應用受控定向鉆探以來，該技術已成功應用于我國的鹽鹵礦、芒硝礦等水溶性礦產的開采領域，標志著我國的高精度受控定向鉆探施工進入國際先進水平行列。在普通鉆孔難以到達的勘探部位和坑道內以及陡斜礦體的勘探中，利用高精度受控定向鉆探技術可以明顯減少鉆探工作量和施工費用。唯一遺憾的是該技術在定向造斜段無法連續取心。
　　3.5巖心定向技術
　　巖心定向技術，是通過對孔底巖心作定向標記，從而獲取帶有定向標記方位角的定向巖心，對定向巖心復位測量或計算，即可求解出巖層層面或斷裂面的產狀，這項技術已經在石油勘探開發中廣泛應用。
　　4.鉆探技術未來發展趨勢
　　用發展眼光來看，近年來鉆探仍將成為獲取第一手地質資料的重要手段。物探儀器日新月異，性能改進與更新迅速，向高靈敏度、高分辨率、高精確度、遙控、計算機實時控制、處理、數據分析和三維圖形顯示方向發展；物探方法向多維、多參數測量、多方法組合發展；計算機和信息技術將普及到地質勘探的各個專業、各個作業單元，乃至管理整個勘探系統。我們可以把煤田地質勘探技術發展趨勢總結如下：
　　4.1繼續研究水平鉆進技術
　　20世紀80年代以來，技術先進的采煤國家愈來愈重視采用水平鉆進方法沿煤層鉆進，并采用與之相配合的隨鉆測斜技術。水平鉆進技術是由受控定向鉆進發展而來的，這種鉆進技術發展迅速，不僅能在井下沿煤層鉆進，還能在地面沿垂直一圓弧一水平線軌跡進入煤層鉆進。所以繼續深入研究水平鉆進技術將大有作為，是一重要的發展方向。
　　4.2研究動態地質勘探技術
　　危害礦井安全的動力地質現象由采掘活動誘發而形成，它們具有動態特性。因此，預測動力地質現象的形成及其強度，不能簡單地只憑反映原始地質條件的靜止數據，而應主要分析基于巖煤層應力或其物性隨時間變化的動態特征資料。高產高效采煤推進速度快，進行動態勘探，即在采掘期間連續多次勘探采區的應力或物性隨時間變化很有必要。
　　4.3采取多手段綜合勘探方法
　　國外已經開發研制了一種巖層顯微掃描儀等綜合勘探方法，它通過人機聯作能解釋幾十厘米落差的斷層、裂隙、沉積和構造特征，以及應力方向。借助專用軟件，用組合測井可確定出巖石類型、巖石強度、孔隙度或滲透率、傾角、孔徑、分析水和烴等。通過這一綜合勘探方法，“可提供一份詳細、實用的構造及應力場圖”，從而使礦山設計切實可行，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，是深部煤礦勘探的未來發展方向。
　　5.結束語
　　從煤炭的現代化生產要求角度來看，我國煤田地質勘探技術與世界先進技術相比仍然存在較大差距，因此，必須把握時機，加快我國煤田地質勘探技術的發展，才能滿足我國高產高效采煤的需求。