煤炭地质勘探关键技术研究

煤炭地质勘探关键技术研究

王鹏1、 王磊2

1库尔勒金川矿业有限公司 新疆 巴州 841011

2中化地质矿山总局地质研究院 北京  100101  

摘要：煤炭是我国能源储备核心，其有效开采离不开精准的地质勘探。本文从煤炭地质勘探中的关键技术角度出发，探索新的实践方法。运用肆意拓展的三维地震勘测技术，显著提升了对煤炭资源分布的识别准确性，提供了高精度勘探的可能。通过搭建地质勘探信息管理系统，有效的整合与共享了各类数据，决策的科学性有了根本保障。针对煤层气等非常规资源的探索，借助数值模拟技术，资源的存在条件得以分析，进而改进勘探策略。最后，针对复杂地质条件下的勘探难题，研发了一系列适应性勘探工具和方法，如钻进监测技术和煤层识别算法。研究成果为我国煤炭地质勘探技术的发展和煤炭资源的高效开发提供了理论基础和应用指导，具有重要的实践和理论意义。

关键词：地质勘探技术；煤炭资源；三维地震勘测；数值模拟；资源开发

引言

在现代社会，能源需求切切实实的存在着，而煤炭资源的探查为其解决问题打下基础。新近研究采用了先进的科技手段，3D地震勘测技术的使用，使得煤炭资源的准确发现成为可能。研究创建了一套地质信息管理系统，它能缩小处理大数据的时间和空间，为需要的人提供及时的信息分享服务。对于特殊状况的处理，比如非常规煤层气资源的寻找，采用数值模拟技术，决定最佳的勘探方式。而要应对复杂的地质环境，研究者们发明了新工具和新方法，比如钻进监测技术和煤层识别算法的开发。所有这些成果都极具价值，他们进步了煤炭地质勘探技术，让煤炭资源的有效利用得以实现。

1、煤炭资源勘探概述

1.1 煤炭资源的重要性

煤炭资源作为我国重要的能源储备之一，在国民经济发展和社会进步中发挥了至关重要的作用[1]。煤炭不仅是当前主要的一次能源，还广泛用于电力、冶金、化工等领域，直接关系到国家能源安全和经济稳定[2]。其重要性体现在多个方面。

煤炭是我国能源消费结构中的支柱。鉴于我国能源资源禀赋特点，煤炭在一次能源消费中长期占据主导地位。尽管随着新能源和可再生能源的开发利用，煤炭在能源结构中的比例有所下降，但其绝对量仍旧庞大，众多企业和生产生活依赖于煤炭的供给。煤炭的供应保障直接影响到国民经济的平稳运行和人民生活的稳定。

煤炭资源在电力生产中的核心地位不可替代。火电作为电力生产的主要形式，以煤炭为主要燃料支撑了我国大部分电力需求。尽管近年来可再生能源发电比例在增加，但基于当前技术水平和经济性考虑，煤炭发电仍是最稳定、最可靠的基础电源。电力作为现代社会的基础设施，直接关系到工业生产和居民生活的方方面面，煤炭资源的稳定供应是确保电力系统正常运转的前提和保障。

煤炭资源在工业领域中的关键作用也不容忽视。煤炭是钢铁、建材、化工等重要工业部门的基本原料。尤其在钢铁生产中，煤炭转化为焦炭用于高炉炼铁，是其他能源所难以替代的工艺步骤。化工行业中，从煤炭制取的甲醇、氨基化合物等中间产品，进一步深加工形成众多化工产品，为国防、农业、医疗、环保等领域提供了基础材料和化工原料。

在应对能源安全和国防安全方面，煤炭资源的战略储备具有重要意义[3]。全球能源市场的不确定性和地缘政治风险使得保障能源自主供应成为各国关注的焦点。我国拥有丰富的煤炭资源，通过合理开发和储备煤炭，不仅能够有效减轻外部能源依赖，还能够在紧急情况下为经济稳定和国防保障提供坚实支撑。

煤炭资源的重要性不仅在于其巨大储量和广泛应用，更在于其在能源安全、经济发展和国防保障中的特殊地位。高效、精准的地质勘探技术不仅仅是资源挖掘的手段，更是保障国家能源战略的重要支撑。

1.2 煤炭地质勘探的挑战和问题

煤炭资源勘探在现阶段仍存在许多挑战性问题，这些挑战主要涉及技术复杂度、信息处理、环境影响与成本控制等诸方面。地质情况的繁复是煤炭发掘的首要难题，多样的地质结构，遍布在各类地质层次中的资源，使得传统勘探手段难以准确判断资源的分布位置。地质造型如断层数、褶皱等地质现象的存在，无疑加重了煤炭勘探的困难。

信息和数据管理、共享的问题也是煤炭地质勘探必须面对并解决的。在勘探的过程中会产生海量的地质信息，如地震数据、钻探记录以及地质图等。这些信息不仅数量庞大，而且复杂多样。如果缺乏统一的管理系统，数据的存储、处理和共享将面临巨大挑战，从而影响决策的科学性和时效性。

环境影响同样是不容忽视的问题。煤炭地质勘探活动可能会对当地生态环境造成破坏，如植被损毁、水土流失等。勘探中的钻探、爆破等作业方式可能会导致地下水污染和地表沉降。

生态环境遭受破坏，矿区周边居民生活受影响，这都是煤炭地质勘探所带来的副作用。需要重视的问题是，在勘探中如何降低对环境的破坏。

经济成本也对我们的勘探工作造成了极大的压力。勘探本就耗资巨大，特别是在复杂的地质环境下，勘探成本直线上涨。而且，如果技术能力不足，很可能会引发重复勘探，或是评估失误，从而进一步增加了资源的浪费和经济压力。可以说，降低成本的同时保证勘探精度，就是提升勘探效率的关键方法。

诸多因素给地质勘探带来了不小挑战，如技术的复杂性，信息的管理，环境的保护，以及成本的控制。要解决这些问题，需要运用新兴技术，以期实现准确高效的煤炭地质勘探，推动资源科学的开发以及可持续的利用。

2、关键技术介绍

2.1 利用三维地震勘测技术提高定位精度

三维地震勘测技术，在煤炭地质勘探中具有重要意义，能大幅提升煤炭资源定位精准度。该技术通过在地表布设密集的地震采集点，应用高精度的地震仪器采集地下地质结构的三维图像，从而实现对煤层位置、厚度以及构造特征的详细解释。 三维地震勘测技术的应用流程包括数据采集、处理和解释。数据采集阶段，使用高密度地震检波器阵列和震源装置，获取连续、详细的波场信息。其后，通过先进的数据处理中软件，进行噪声抑制、速度分析、偏移成像等步骤，有效过滤干扰信号，恢复地下真实地质模型。

在地质解释过程中，结合煤层地质特征和历史地质数据，利用地震属性分析、反演技术等方法，进一步精确定位煤层。地震属性分析可揭示煤层的空间分布、连通性和厚度变化，反演技术则能估算煤层的岩性参数和含气量。

三维地震勘测技术的应用，不仅能提高煤炭资源的勘探精度，还能预判地质灾害风险，如断层、褶皱等构造及其影响。

这项科技革新，非同小可。它使煤炭资源的开采效率大增，对于矿区规划、环境保护，以及安全生产，都提供了一份权威的数据参考。三维地震勘探技术也能使地质探查得出更深入且精准的地下地质信息，这对于煤炭高效利用，开采成本的降低，以及安全性提高，无疑稳固了一道坚实的基础。

2.2 构建地质勘探信息管理系统实现数据共享

当我们面临煤炭地质探测时，建立地质信息管理系统并实现数据共享的重要性不言而喻。它的目的就是把各种来源，各种类型的地质数据整合在一起，做到管理和共享数据的高效，从而使地质探测的科学性和决策的准确度得到提高。

此系统需具备强有力的数据收集和存储能力。各种类型的地质数据，比如说地震数据、钻孔数据、测井数据，都应能被有效处理。还需要有高效的数据处理和分析能力，能整合大量的数据并进行分析，从而生成高精度的地质模型。这些模型能更精确的呈现煤炭资源的空间分布和赋存条件，给后续的探测决策提供了可靠的依据。

为了实现数据共享，系统必须具备良好的可视化功能和数据接口设计。通过构建便捷的用户界面和数据访问端口，地质专家和勘探技术人员可以迅速获取所需的勘探数据和分析成果，促进信息交流和协同作业。系统还需支持数据的实时更新与同步，确保勘探活动中的信息是最新和最准确的。

信息管理系统不仅提升了数据管理的效率，还支撑了复杂条件下的多维度分析和综合判断能力。例如，通过系统内置的地质分析工具，可以综合考虑地形、煤层厚度、构造特征等多种因素，制定更具针对性的勘探方案。此类系统的构建为煤炭地质勘探技术的进一步发展奠定了坚实基础，提高了煤炭资源开发的科学性和高效性。

2.3 运用数值模拟技术优化勘探方案

数值模拟技术在煤炭地质勘探中起到了优化勘探方案的重要作用。在非常规资源勘探方面，通过数值模拟能够精确分析煤层气等资源的赋存条件，为勘探部署提供科学依据。数值模拟利用地质、物理、化学和力学等多领域的数据，建立复杂的地质模型，模拟资源的分布和性质。通过模拟不同的勘探方案，可以预测地质工程实施的效果和可能遇到的困难，进而对勘探方法进行调整与优化，提高勘探效率和准确性[4]。数值模拟技术为煤炭地质勘探提供了重要的技术支持。

3、非常规资源勘探与复杂地质条件下的应用

3.1 非常规资源的赋存条件分析与煤层气勘探

非常规资源的勘探在现代煤炭地质勘探中占据重要地位，其中煤层气作为一种清洁能源，具有重要的开发价值。对非常规资源的赋存条件进行详细分析是成功勘探的前提，而煤层气的勘探则需要综合运用不同的地质技术与方法。

煤层气主要赋存在煤层内部和围岩中，赋存条件的分析涉及多个因素，包括煤层的有机质含量、孔隙度、渗透率、压力条件等。这些因素决定了煤层气的生成、聚集和赋存特征。煤层的有机质含量直接影响煤层气的产量，通常有机质含量越高，煤层气的生成潜力越大。孔隙度和渗透率则关系到煤层气的储存与流动特性，高孔隙度和高渗透率有助于提升煤层气的产出效率。地层压力条件也在很大程度上影响煤层气的赋存状态，合理的压力条件有助于煤层气的开采。

在实际勘探中，使用地质建模和数值模拟技术来预测和分析煤层气的赋存条件具有重要意义。地质建模可以通过对地质数据的综合分析，建立精细的三维地质模型，帮助了解煤层的构造特征和煤层气的分布情况。数值模拟技术则通过模拟气体流动和压力变化，优化勘探和开采方案，提升勘探的精确性与有效性。

针对煤层气勘探的技术应用，钻探技术是获取地质信息的主要手段，利用现代钻探设备，可以实现对煤层和煤层气的精确探测和采样。为了提高勘探效率，常采用地震勘探技术，通过分析地震波在地下介质中的传播和反射特征，推测地下煤层的空间分布和煤层气的赋存状态。

在煤层气勘探过程中，还需面对复杂的地质条件，如断层、褶皱等地质构造对勘探的干扰。为此，研发适应性勘探工具和方法，如钻进监测技术和煤层识别算法，显得尤为重要。钻进监测技术通过实时监测钻进过程中的参数变化，可以及时发现并应对异常地质情况，提高钻探的可靠性。煤层识别算法则结合地质数据和人工智能技术，自动识别煤层及其特征，提高勘探精度和效率。

通过对非常规资源赋存条件的深入分析及应用一系列创新的勘探技术，能够有效提升煤层气的勘探成功率，为清洁能源的开发利用提供有力支持。

3.2 复杂地质条件下勘探工具与方法的研发及应用

煤炭地质勘探过程中，复杂地质条件下的探测往往面临重大挑战，这些条件包括地层错动、岩层断裂及多层煤层交叠等。为应对这些复杂地质特征，研发了一系列适应性勘探工具和方法。

钻进监测技术在解决复杂地质条件下的勘探难题中起到了关键作用。该技术通过实时监测钻进过程中的参数变化，如钻压、扭矩和钻速等，判断地下地质变化，提供及时的地质信息。结合高精度传感设备，可以提升地层识别的精确度，减少钻探过程中遇到的突发问题和风险。

煤层识别算法同样在复杂地质环境下显现出其重要价值。利用地震波在不同岩层、煤层中的传播速度和衰减特性，开发了专门的信号处理算法。通过这些算法，可有效区分煤层与围岩，提高了煤层识别的准确性。这些算法的应用，不仅增加了资源探测的系统性，还提高了勘探工作效率，为深入了解煤层分布提供了技术支持[5]。

在复杂地质条件下，还引入了三维成像技术。基于多源数据的三维地质建模，有助于全面理解地下结构，优化钻探路径，减少无效钻探。通过三维成像技术展示的地下地质构造，可以更直观地分析不同层次的煤层结构，为决策提供更可靠的依据。

通过研发与应用钻进监测技术、煤层识别算法及三维成像技术，解决了复杂地质条件下煤炭地质勘探的诸多难题。上述勘探工具和方法的创新，不仅提升了勘探的精度与效率，也为进一步开发利用煤炭资源提供了坚实的技术基础。

4、煤炭地质勘探技术在资源开发中的应用和未来发展

近年来，煤炭地质勘探技术在煤炭资源开发中的应用取得了显著成绩，这些先进技术在提升勘探效率、降低勘探和开发成本及环境影响等方面发挥了重要作用。

三维地震勘测技术在煤炭地质勘探中的应用大大提高了煤炭层分布的精度，使地下资源的结构和分布情况更加清晰。传统的二维地震勘探只能提供有限的平面信息，而三维地震勘探则能够获取立体的地下结构图像。这不仅帮助地质学家准确定位煤层的位置和厚度，还能提供煤层顶底板的空间形态，预测可能存在的断层、褶皱等地质构造。实例来看，某煤矿区应用三维地震勘探技术后，发现了多个未曾发现的优质煤层，为该区的后续开采提供了准确的地质数据支持。

地质勘探信息管理系统的构建和使用大大提高了掺杂着大量数据和信息的地质勘探工作的效率。现代地质勘探产生的数据量庞大，涉及多个学科的信息，需要一个高效的数据管理与共享平台来解决数据孤岛问题。地质勘探信息管理系统正是为此而设计的，通过该系统，地质资料能够实现即时更新和共享，极大缩短了数据传递时间，提高了数据的准确性和有效性。某大型矿企通过引入这一系统，显著优化了勘探数据的整合与分析过程，不仅提高了决策的科学性，还节省了大量人力和物力资源。

数值模拟技术在煤炭地质勘探中的应用更加深入和广泛。数值模拟技术可以模拟地质体的三维空间分布及演化过程，帮助地质学家理解地下煤炭资源的形成和分布规律。

煤炭地质勘探技术的成功应用不仅推动了资源开发，还显著提高了资源利用的可持续性。一方面，通过准确定位和评估煤炭资源，减少了无效钻探和开采，降低了资源浪费和环境破坏。另一方面，先进的勘探技术能够识别和保护地质遗迹，避免资源开发对生态环境的负面影响。某矿区通过综合应用多项地质勘探技术，在开发过程中实现了资源开采与环境保护的双赢，树立了绿色矿山开发的典范。

结束语

研究的焦点放在煤炭地质勘探的全过程，采取了三维地震勘测技术、地质勘探信息管理系统、数值模拟技术等一系列有效措施。这个过程包含了定位精度的准确分析，数据管理与共享的效率研讨，资源赋存的详细探讨以及针对优化勘探方案的极力推导。成果喜人，创新开发出适合复杂地形的勘探工具和方法，钻进监测技术和煤层识别算法都取得了五彩斑斓的成效。这些成果势必会给国内煤炭地质勘探技术的进一步发展和高效利用煤炭资源带来积极的推动。实践价值和理论意义俱佳。然而也必须看到，现阶段在地质勘探技术的进步过程中，还有大量负难题需求去攻克。如何进一步提升资源定位技术、在复杂地质环境中如何优化勘探方案等，在此之上要深入研究，做出相应的调整和完善。在今后的研究中，我们将继续致力于研究和解决这些问题，推动我国煤炭地质勘探技术不断向前发展，以更好地服务于我国煤炭资源的合理开发利用。同时，我们也欢迎更多的同行共同参与，以进一步推进我国煤炭地质勘探的科研进程。

参考文献

[1]吴明川.煤炭地质勘探技术发展研究[J].区域治理,2019,0(01):288-289.

[2]彭启丙.煤炭地质勘探关键技术分析[J].中国高新科技,2023,(09):122-124.

[3]高建玲.关于煤炭地质勘探技术的研究[J].华北自然资源,2019,0(06):49-50.

[4]郭新赏.我国煤炭资源地质勘探工作现状与发展对策[J].中国科技期刊数据库 工业A,2019,(11).

[5]潘海洋.煤炭地质勘探关键技术研究[J].中国煤炭地质,2022,34(12):42-45.