论煤田地质钻探技术及其发展趋势

【摘 要】煤炭在世界能源中占有主要地位，世界上所有采煤国家都需要继续开展煤田地质勘探工作，并大力推进煤田勘探技术的迅速发展，以满足生产需要。本文根据我国煤田地质的特点及世界先进技术发展现状，分析了我国煤田地质勘探的主要技术——钻探技术特点，并展望了煤田地质钻探技术未来发展的趋势。

【关键词】地质勘探；钻探；技术；发展

1.我国煤田地质的特点

我国大陆是由一些小型地台、中间地块和众多微地块及其间的褶皱带镶嵌起来的复合大陆，这一本质特征决定了我国绝大多数含煤盆地的构造稳定性较差，构造形态复杂多样。据对我国煤炭保有储量的初略统计，煤层埋深小于300m的约占30%，埋深在300-600m的约占40%，埋深在600-1000m的约占30%。与世界主要产煤国家比较而言，我国煤层埋藏较深，多数区域建井比较困难，而且多需特殊凿井。同时，由于沉积环境和成煤条件等多种地质因素的影响，我国煤田多以薄或中厚煤层为主，巨厚煤层很少，因此可以作为露天开采的煤矿资源储量甚微，这也直接制约着我国煤炭资源的开发潜力。

2.煤田地质勘探技术概况

煤田的勘探方法，一般是针对某一地区的具体特点和勘探要求，运用地质理论和适当的勘探技术手段，以较少的投入取得能够满足使用要求的地质资源的思路和具体部署。其主要的技术手段有遥感地质调查、地质填图、坑探、钻探、巷探和地球物理勘探等等。其中，钻探是利用机械传动钻杆和钻头，从地面向下钻直径小而深的圆孔（钻孔），从中提取岩芯、煤样，以获取地质信息，它是了解地面以下深部地质情况和采取各种样品的有效手段，已经成为煤田地质勘探中主要使用的技术手段之一。

3.钻探技术分析

钻探优点众多，不受地面条件限制，工程量小、工期短、投资少、针对性强、水压水量直观、经济合理，其应用的主要技术分析如下：

3.1空气泡沫钻探技术

该技术是原地矿部“七五”和“八五”期间的重点科研攻关项目，由勘探技术研究所、长春地质学院和甘肃地矿局等科研院所、高校和相关生产单位联合完成。经过不同环境条件及机具试验研究总结了一套比较成熟的泡沫工艺和钻进规程。由于其后正值地质钻探工作量锐减，而此技术在初期投资、能耗和后期泡沫剂回收方面的费用都比普通钻进技术高，因此其推广应用处于停滞状态。

3.2金刚石绳索取心技术

绳索取心（WL）钻探技术被称为钻探技术的第一次革命，是在全球地质找矿钻探施工中是应用最广泛、综合地质效果最佳的钻探技术。自上世纪70年代中期在我国开始推广应用，但在应用广度和深度上与国外发达国家相比存在较大差距，利用绳索取心钻探技术完成的岩心钻探工作量仍不足全部固体矿产岩心钻探工作量的30%。国产绳索取心钻具存在材质不佳、加工质量差、易折断和脱扣等问题，不能满足1000米以深钻孔的需要。

金刚石钻头的使用寿命是限制金刚石绳索取心技术应用于深部找矿的另一个原因。自上世纪60年代开始研究，70年代开始推广金刚石钻探技术以来，我国金刚石钻头制造水平有了很大提高，但是其使用效果与国外仍存在较大差距。虽然在金刚石超硬复合材料方面进行了大规模的攻关研究，制造了一些聚晶、复合片产品，但其性能也远远赶不上国际水平。这就使得国内金刚石钻头钻进寿命短、效率偏低。

3.3反循环连续取样钻探技术

反循环连续取样钻探技术被称为钻探技术的第二次革命。它采用压缩空气作为循环介质，利用双壁钻杆以冲击回转全面碎岩和连续岩屑作为地质样品的方式进行钻探施工。随着钻进的不断进行，岩屑被高速气流连续地经双壁钻杆的中心携带至地表，并按照顺序将岩屑收集起来作为地质化验分析的地质样品。

国内外大量的钻探施工经验证明，采用该法获取的地质样品不仅完全能达到确定矿体埋藏深度、矿体厚度、品位等物化参数的基本要求，而且其钻探施工速度要比传统的取柱状岩心施工速度提高5-10倍，施工成本也将大大降低。我国在上世纪80年代中期曾开展了该项技术的研究并进行推广应用，但由于地质上是以岩屑代替传统的柱状岩心，且需使用特殊的双壁钻杆，所以推广应用受到较大阻力。

3.4高精度受控定向钻探技术

受控定向钻探技术是一种可以使钻孔轨迹按照预定方向前进的特殊钻探技术，该项钻探技术还可以实现在一个主孔内钻进多个分支孔的羽状钻孔。自勘探技术研究所研究、推广应用受控定向钻探以来，该技术已成功应用于我国的盐卤矿、芒硝矿等水溶性矿产的开采领域，标志着我国的高精度受控定向钻探施工进入国际先进水平行列。在普通钻孔难以到达的勘探部位和坑道内以及陡斜矿体的勘探中，利用高精度受控定向钻探技术可以明显减少钻探工作量和施工费用。唯一遗憾的是该技术在定向造斜段无法连续取心。

3.5岩心定向技术

岩心定向技术，是通过对孔底岩心作定向标记，从而获取带有定向标记方位角的定向岩心，对定向岩心复位测量或计算，即可求解出岩层层面或断裂面的产状，这项技术已经在石油勘探开发中广泛应用。

4.钻探技术未来发展趋势

用发展眼光来看，近年来钻探仍将成为获取第一手地质资料的重要手段。物探仪器日新月异，性能改进与更新迅速，向高灵敏度、高分辨率、高精确度、遥控、计算机实时控制、处理、数据分析和三维图形显示方向发展；物探方法向多维、多参数测量、多方法组合发展；计算机和信息技术将普及到地质勘探的各个专业、各个作业单元，乃至管理整个勘探系统。我们可以把煤田地质勘探技术发展趋势总结如下：

4.1继续研究水平钻进技术

20世纪80年代以来，技术先进的采煤国家愈来愈重视采用水平钻进方法沿煤层钻进，并采用与之相配合的随钻测斜技术。水平钻进技术是由受控定向钻进发展而来的，这种钻进技术发展迅速，不仅能在井下沿煤层钻进，还能在地面沿垂直一圆弧一水平线轨迹进入煤层钻进。所以继续深入研究水平钻进技术将大有作为，是一重要的发展方向。

4.2研究动态地质勘探技术

危害矿井安全的动力地质现象由采掘活动诱发而形成，它们具有动态特性。因此，预测动力地质现象的形成及其强度，不能简单地只凭反映原始地质条件的静止数据，而应主要分析基于岩煤层应力或其物性随时间变化的动态特征资料。高产高效采煤推进速度快，进行动态勘探，即在采掘期间连续多次勘探采区的应力或物性随时间变化很有必要。

4.3采取多手段综合勘探方法

国外已经开发研制了一种岩层显微扫描仪等综合勘探方法，它通过人机联作能解释几十厘米落差的断层、裂隙、沉积和构造特征，以及应力方向。借助专用软件，用组合测井可确定出岩石类型、岩石强度、孔隙度或渗透率、倾角、孔径、分析水和烃等。通过这一综合勘探方法，“可提供一份详细、实用的构造及应力场图”，从而使矿山设计切实可行，可提供最佳施工方向和合理地选定开采方法。这表明，选用合适手段、采用多手段综合勘探，是深部煤矿勘探的未来发展方向。

5.结束语

从煤炭的现代化生产要求角度来看，我国煤田地质勘探技术与世界先进技术相比仍然存在较大差距，因此，必须把握时机，加快我国煤田地质勘探技术的发展，才能满足我国高产高效采煤的需求。

【参考文献】

[1]吴钦宝.中国煤矿深部开采中的地质勘探技术[J].地球物理学进展，2005，20（2）：370-373.

[2]李夫忠.走向精确勘探的道路[M].北京：石油工业出版社，2003.146-153.