煤炭地质勘探行业大数据挖掘（中国煤炭地质勘探局）
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煤炭地质勘查技术发展回顾
现代高精度勘查技术是在以往勘查工作的基础上，经过进一步创新、发展和集成的新技术。它考虑了我国目前乃至今后需要开展煤炭地质勘查工作的煤炭资源赋存情况、地质条件的复杂性和自然、地理条件的差异性，针对煤炭资源勘查、矿井建设、安全生产、环境保护等不同阶段的地质任务，形成了一系列的综合勘查技术手段和不同的组合。
新中国成立以来，我国煤炭地质勘查工作伴随着共和国的脚步走过由小到大、由弱到强的发展历程，探明煤炭资源储量累计超过1.4万多亿吨，为我国煤炭工业快速、稳定发展做出了重大贡献。在长期的实践中，广大煤炭地质工作者针对我国煤田地质条件特点和煤炭工业建设的要求，积极探索，实施了多种勘查技术与方法，建立了若干勘查规范、规程与文件，推动着我国煤炭资源勘查理论和技术不断发展。特别是世纪之交以来，全国煤炭单位在市场经济体制引导下，通过实施大型煤炭基地、整装勘查项目和煤矿安全生产保障项目、国土资源煤炭资源大调查项目、矿产资源补偿费地质勘查项目和中央财政补助地质勘查项目，开展了一系列煤炭地质高精度煤炭地质勘查技术研究课题，煤炭勘查工作新机制得到有效建立和不断完善，国家经济的高速发展推动国际国内煤炭需求快速增长，促进了煤炭地质勘查工作和国际的快速接轨，为煤炭地质勘查工作注入了新的活力。
半个世纪以来，我国煤炭地质勘查工作者爬山涉水，披荆斩棘踏遍大江南北，深入崇山峻岭、戈壁沙漠和雪域高原，基本查清了中国东部1000m以浅的煤炭资源。除西藏外，在我国西部新疆和云、贵、川等自然条件复杂地区，也达到了较高的勘探程度，使我国煤炭地质勘查关键技术总体处于国际先进水平。但我们还要看到，煤炭在我国能源中所处的位置到21世纪中叶不会改变多大，资源保障的任务仍然很重，而且随着大型煤炭基地建设发展，矿山安全生产和精细开采对地质勘查工作的要求愈来愈高。与世界各主要产煤国相比，我国煤炭资源赋存规律、开采地质条件相对复杂。目前东部地区的勘查重点基本转向巨厚新生界覆盖区、推覆体下、老矿区深部等非常规区块，勘查深度达到1500m，勘查难度进一步加大；西部地区也基本为黄土高原、戈壁沙漠、高寒冻土等自然环境恶劣或生态环境脆弱地区，常规勘查手段的使用受到很大的限制。这些就是我国煤炭地质勘查的现状，当然，也是要解决的重点难题。我们还要清晰地看到今后一段时间，随着煤炭资源勘探的深度、难度的不断加大，煤炭工业现代化程度的进一步提高，采矿业由单一普采向高档现代化综采设备技术发展，对地质构造和煤层赋存情况查明程度的要求愈来愈高，煤炭地质工作的任务更加艰巨。要着重研究煤炭资源遥感技术、高精度地球物理勘查技术、快速精准地质钻探技术、煤炭资源勘查信息化技术、煤矿区环境遥感监测技术等核心技术以及煤炭资源测试化验技术。另外，还坚持“以煤为主、综合勘查、综合评价”的原则，做好与煤共伴生的其他矿产的勘查评价工作，尤其是煤层气和地下水（热水）资源勘查评价及高原终年冻土地带天然气水合物的勘查。
总之，国内经济持续高速发展对煤炭地质勘查工作提出更高的要求，煤炭地质理论的进展为煤炭资源勘查注入新的活力，以三维地震和3S技术为代表的新技术手段推动煤炭地质勘查向深度和广度两方面突飞猛进地发展。为适应中国煤炭地质条件的复杂性和自然、地理条件的差异性，使用单一勘查技术手段难以解决复杂地质条件下的勘查目标，近年来煤炭地质单位进行了大量专题科研和勘查工程实践，系统总结形成了适应中国煤田地质特点和煤炭工业要求的煤炭地质综合勘查创新思路与理论体系，为煤矿建设提供了理论与技术保障，对提高我国煤炭资源保障能力、促进煤炭工业可持续发展具有重要意义。
站在当今全球地质勘查技术发展的高度看，我们原有的许多勘查理论和技术已落后，与时俱进是永恒的主题，煤炭工业在国民经济中的地位决定了今后煤炭地质勘查工作仍将长期贯穿于煤炭工业和国民经济社会发展全过程，既要担负提供新的资源保障的重任，又担负为煤炭开发、利用、安全和环境保护提供地质服务的责任，还要考虑资源节约。勘查的难度大了，责任重了，精度要求也更高了，本书既是对前人地质勘查技术成果的进一步总结，也是对新技术的研究展望。
资源勘查与煤炭勘探
煤炭地质勘查是对煤矿床进行调查研究以获取地质信息的过程，是查明煤炭矿产资源、煤炭储量以及生产所需的其他基础地质信息的过程。这个过程不可能一次完成，需要分阶段并依次进行。它包括从煤矿床的预查直至开采完毕整个过程中的地质勘查工作，是由勘查对象的性质、特点和勘查生产实践需要决定的，也是由煤炭勘查的认识规律和经济规律决定的。勘查阶段划分的合理与否，将影响到煤炭勘查与矿山设计、矿山建设的效果。因此，它不仅是煤炭勘查实践中的实际问题，也是煤炭勘查中的一个重要理论问题和技术经济政策性问题。
根据煤炭地质勘查工作的特点和与煤矿设计、建设与开采的关系，一般可分为资源勘查、开发勘探和矿山闭坑治理三大阶段。在煤矿设计、建设前的地质勘查工作属于资源勘查阶段；而在煤矿设计、建设与开采过程中的地质勘探工作，属于安全生产保障勘探阶段，属于矿井地质工作的范畴，涉及闭坑阶段的地质勘查工作更注重环境建设与恢复治理。因此，煤炭勘探学实际上是煤炭经济地质学。
（一）综合勘查方法的形成
综合勘查的概念和方法体系是在新中国煤田地质勘查实践过程中逐渐形成并不断充实和完善的。
早在20世纪50年代初期，新中国煤炭地质勘查队伍创建之初，学习苏联煤田地质工作方法，在老煤矿区向外围新区发展中，裸露和半裸露地区多采用山地工程、地质填图、钻探和采样化验等手段进行煤炭地质勘查工作。为验证钻探质量并发挥钻孔一孔多用的作用，亦逐步开展电测井工作。
20世纪50年代末，中国东部地区在分析地质规律基础上，采用电法扫面、钻探验证的综合普查找煤方法，总结出一套地质－地球物理综合勘查经验，在皖北、鲁西、豫东、冀东、辽南等地找到了一系列大型隐伏煤田。
20世纪60～70年代，在全国范围内因地制宜的采用山地工程、地质填图、物探、钻探和采样化验相结合的综合地质勘查方法并逐渐开展和应用航片地质填图、遥感解译、数学地质等新技术和方法。
20世纪80年代，在安徽刘庄和山东唐口精查中采用高分辨率地震勘探和钻探相结合的综合勘查，提高了勘查精度并减少了2/3钻探工程量，大大节省了勘查投资，缩短了勘查周期。高分辨率地震勘探能查明落差大于10m的断层，在地震、地质条件好的地区甚至连落差为5～10m的断层亦有明显显示，在探测煤层厚度变化、分叉和尖灭方面亦取得了初步成果。
20世纪90年代以来，三维地震勘探技术得到推广运用，1995年煤矿采区三维地震技术取得了突破性进展，在探明井田内小型地质构造和煤层厚度等方面取得显著进展，大大提高了勘查精度。1996年以后，彭苏萍（1996）等利用三维地震勘探技术成功解决了影响煤矿安全生产的小断层、小陷落柱等地质问题，在中国东部能查清1000m深度内3m断层，精释精度大大提高。提高了地质勘查对煤矿安全生产的保障程度。目前，以高精度三维地震和快速精准钻探技术为核心，遥感、物探、钻探、测试技术相结合的煤炭资源综合勘查技术方法体系不断完善并趋于成熟。
我国煤炭资源赋存条件的复杂性和多样性，决定了煤炭地质工作中综合勘查的重要性。综合勘查又称为综合勘探（generalized exploration），有广义和狭义之分。
广义的综合勘查，是指在地质勘查中以煤为主，同时做好勘查区内各种与含煤岩系伴生或共生矿产资源的综合评价和勘查。《煤、泥炭地质勘查规范》（DZ/T0215—2002）明确指出，煤炭地质勘查必须坚持“以煤为主、综合勘查、综合评价”的原则，做到充分利用、合理保护矿产资源，做好与煤共伴生的其他矿产的勘查评价工作，尤其要做好煤层气和地下水（热水）资源的勘查研究工作。同时，综合勘查也是指在煤田地质勘查各阶段，针对具体地质和地球物理条件，因地制宜地综合运用各种勘查手段所进行的勘查研究工作。
狭义的综合勘查，是指各种勘查手段的综合运用，又称为综合勘查方法或综合勘查技术。煤炭地质综合勘探技术是集地质填图、钻探、物探、测试、测绘、遥感和计算机于一体的综合勘探技术体系，即根据勘查区地形、地质和物性条件，合理选择高分辨率地震、钻探和数字测井等相结合的综合勘查手段，合理布置各项工程，强调各种手段密切配合和各种地质信息综合研究的现代煤炭地质综合勘查技术，它主要包括以下几个方面：
1.地理、地质和地球物理条件分析
我国煤炭资源地域分布广泛、煤系赋存状况差异显著。晚古生代海陆交互相煤系形成于巨型聚煤坳陷，煤层稳定但后期改造显著，原型煤盆地破坏殆尽。中生代煤系形成于大、中型内陆盆地，煤质优良、后期构造变形相对较弱。新生代煤系多形成于小型山间盆地或断陷盆地，煤层厚度大但不稳定。西北地区气候干旱、煤系裸露或半裸露；西南地区地形起伏大、植被高度覆盖、交通极为不便；华北东北平原区为巨厚新生界覆盖。各勘查区地理、地质和地球物理条件的显著差异，构成综合勘查方法选择的基础依据。
2.合理选择勘查手段
物探、钻探等各种勘查技术手段各有其不同的原理、特点、适用条件和应用效果，在运用各种勘查技术手段时要取长补短、合理配置、综合运用。综合勘查方法体系的主要内容，是根据勘查区具体的地理、地质和地球物理条件选择适当的勘查技术手段组合，以取得最佳勘查效果。
我国黄淮海等地震地质条件比较好的地区一般采用地震、钻探、测井和化验测试等勘查手段。在地层出露较好的地区则应充分利用地质填图和遥感技术，开展大比例尺填图，如在贵州等地区效果非常好。
3.注意各种手段的密切配合和施工顺序
20世纪90年代完成的唐口和刘庄勘探（精查）等中日合作项目，均成立了由地质、物探等专业人员组成的项目组，组织协调地质勘查工作，并制定了严格的施工顺序：先施工地震、测井参数孔、开展地震试验，获得最佳的地震参数，在此基础上开展地震工作，根据地震资料调整钻孔位置，施工钻探基本工程；根据钻探、地震取得的地质成果综合分析研究，确定勘查区的煤岩层对比、构造方案；初步编制资源/储量估算图，分析地质任务的完成情况，根据分析结果确定、施工构造验证孔和其他加密工程。
4.强化各种地质资料的综合分析研究
一个勘查项目应用多种勘查手段所获得地质资料十分丰富，要取得真正意义上的综合勘查，强化各种手段获得的地质资料的综合研究十分必要。如唐口等项目，除综合钻探、地震等手段取得的地质资料进行构造分析研究以外，还运用地震资料研究煤层厚度和结构变化趋势、河流冲刷带、圈定煤层可采边界、上覆松散层含水层分布等，同时，深入分析煤质资料，研究煤质特征和分布规律，从而大大提高了研究程度。
（二）综合勘查方法的运用
《煤、泥炭地质勘查规范》（DZ/T0215—2002）规定了综合勘查方法运用的基本原则：煤炭地质勘查工作应根据地质目的、经济效果和地形、地质条件、物性条件的不同以及各种勘查手段的特长，因地制宜地配合、组合选用。
在中国西部地质工作研究程度较低的地区，宜先用遥感方法进行矿产资源综合调查，选择有利含煤区块进行地质填图、施工物探工程和钻探工程。在中国南方和西南暴露煤田和半隐伏煤田宜先开展地表地质工作，进行地质填图、施工坑探工程和钻探工程。在中国北方隐伏煤田以物探为主、钻探验证。
1）暴露煤田和半隐伏煤田应在充分利用地质填图（有条件时还应开展航天、航空遥感地质填图）辅以槽探、井探、浅钻和地面电法做好地面地质工作的基础上，再采用钻探、测井和其他手段完成各项地质任务。
2）凡地形、地质和物性条件适宜的地区，应以地面物探（主要是地震，也包括其他有效的地面物探方法）结合钻探为主要手段，配合地质填图、测井、采样测试及其他手段进行各阶段的地质工作。地震主测线的间距：预查阶段一般为2～4km；普查阶段一般为1～2km；详查阶段一般为0.5～1km；勘探阶段一般为250～500m，其中初期采区范围内为125～250m或实施三维地震勘查。
3）凡不适于使用地震勘查的地区和裸露、半裸露地区，应在槽探、井探、浅钻、地面物探和地质填图的基础上开展钻探工作。
煤矿地质勘查程度及开发利用
(一)以往地质勘查工作
1956年,华东煤田地质勘探局第一普查队在本区进行普查,填绘了1∶5万地质图,施工钻孔11个,提交了《昌临区概查报告》。
1957年8月,山东省工业厅勘探队对五图煤田进行了勘探,施工钻孔10个,提交了《五图煤田地质勘探报告》,但该项工作时间短,工程量少,难以对煤田进行全面评价,报告未审批。
1960年5月山东省煤炭管理局勘探局121队提交了《五图煤田地质勘探最终地质报告(详查)》,由山东省煤炭工业管理局技术委员会于1961年5月复审,1962年7月下达复审意见书。复审意见书结论为:“该地区的勘探工作就中煤组而言,其煤的用途、构造的控制、水文地质条件的了解以及储量的探明程度基本上可以满足小井报告的要求,同意批准中煤组储量。油页岩的勘探工作,由于对层数、厚度、品位等基本要素缺乏了解,仅按 ‘组’估算,远景储量尚达不到最终勘探的要求,应根据国家需要的缓急进行补充勘探。”《五图煤田地质勘探最终地质报告(详查)》提交中煤组储量(B+C1+C2)778.5万t,油页岩储量(C2级)富矿(焦油产率≥5%)29017.5万t,贫矿(焦油产率4%～5%)13265.3万t,合计42282.8万t。复审批准中煤组储量(B+C1+C2)700.5万t。
1958～1962年,山东省地质局、北京地质学院在该区进行了1∶20万地质测量工作。
1962年,山东省地质局进行了1∶5万地质测量工作。
2004年12月,昌乐县五图煤矿有限责任公司委托山东正元地质资源勘查有限责任公司编制《山东省昌乐县五图煤矿资源储量检测地质报告》,山东省评审中心批准。检测报告深入研究了前人资料,指出五图矿区深部煤层具有较大经济价值,可进行详查。
2006年12月,山东正元公司依据原山东省煤炭管理局地质勘探局121队1960年提交的《五图煤田地质勘探最终地质报告(详查)》、五图煤矿开采资料及2006年的钻探成果,编制了《山东省五图煤田五图煤矿深部详查报告》。提交褐煤二号资源量(332+333)2704.7万t。其中:控制的内蕴经济资源量(332)742.8万t,推断的内蕴经济资源量(333)1961.9万t,伴生油页岩资源量:推断的内蕴经济资源量(333)27212.9万t。
(二)开发利用
褐煤主要由1985年投产的五图煤矿开采,另外曾有三处集体煤矿开采老矿区残留资源。五图煤矿设计生产能力30万t/a,2013年产煤9.21万t,实现工业总产值1256万元。
朱刘煤矿于1976年投产开采,设计生产能力为15万t/a。所产煤主要用作能源、炼焦和化工原料。2013年停产,在办理关闭手续。
我国煤炭勘查的几个前沿问题
针对煤炭地质勘查研究存在的问题，可以看出，我国煤炭地质勘查虽然研究成果较多，但是由于手段多样化、技术的差异性、区域地质条件不均性以及实际操作的差别造成了以上存在的几个问题，综合分析来看，我国煤炭地质勘查技术与方法仍需加强以下几个研究方向：
1.煤炭地质勘查阶段划分研究需要重新厘定
我国现行的勘查阶段划分仍然沿袭前苏联的四分法。但是，从目前情况看，勘探阶段对矿井地质条件的查明程度与安全高效矿井建设的需求依然有很大差距，难以满足市场经济条件下煤炭工业建设规划需要。实际上，煤炭地质勘查是为矿井建设和生产服务的，勘查技术主要进展、矿井开采地质条件综合勘探效果更多的体现在矿井生产实践验证中。因此，包括建井和生产阶段的补充勘探是勘查工作的继续，无疑属于煤炭地质勘查范畴。建议将煤炭地质勘查工作划分为5个阶段，制定补充勘探阶段的工作程度、技术标准，并将其纳入重新修订的煤炭地质勘查规范中去。
《煤、泥炭地质勘查规范》中，要求煤炭地质勘查遵循以煤为主、综合勘查、综合评价的原则。但是，在煤炭资源地质勘查手段、工程量布置和控制程度等方面上，均是以钻探手段为主要依据，按照几类（针对构造复杂程度）几型（指煤层稳定程度）确定勘探类型，对最终阶段即勘探（精查）阶段的要求也仅是“详细查明先期开采地段内落差等于和大于30m的断层、详细查明初期采区内落差等于和大于20m（地层倾角平缓、构造简单、地震地质条件好的地区为15～10m）的断层”。
深部煤炭资源的赋存条件，一般情况下要比浅部复杂；新建矿井多为高产、高效矿井，综合机械化生产对煤矿地质工作提出了更高要求，包括查明断距3～5m的断层、幅度5m左右的褶曲、陷落柱和采空区的空间分布等。因此，现行规范对于深部煤炭资源地质勘查的手段比较单一、勘查精度要求整体偏低。
如何提高勘查精度，从规范上提高精度要求，成为当代煤炭勘查工作解决的前沿问题。
2.加快煤炭空白区勘查，满足优质煤炭基地建设和矿井生产接替需要
我国西部煤炭地质勘查空白区相对于东部较多，其勘查程度低，开发工作滞后，经济可采储量严重不足，具有重要的勘查潜力。因此，煤炭地质勘查要以新的成矿理论为指导，采用先进的勘查技术手段和设备，对该类型地区进行研究，及时准确地发现新的煤炭资源，为国家经济安全发展提供新型能源基地。
3.加大深部煤矿床精细勘探技术研究
由于勘查程度低，对深部煤炭资源赋存状况和地质条件掌握程度差。从已进入深部生产的矿井看，随着采煤深度增加，高水压、高地温、高地压、高瓦斯问题日趋严重，地质构造愈来愈复杂。未来深部矿井均是高产高效矿井，为开发利用深部煤炭资源，将开发风险降低到最低限度，必须掌握煤矿区、矿井、尤其是采区、工作面的地质条件。为此，以物探方法为先导，配合基础地质勘查手段，结合其他勘探手段，提高深部煤岩层精细构造和灾害源探测能力与精度。
4.加快资源勘查、矿井建设、煤气安全开采一体化和环境保护四位一体化研究步伐
煤炭地质勘查是煤气共采的基础。煤田勘查坚持统筹规划、协调开发的原则，从普查阶段开始就将煤层气勘查评价与煤勘查有机结合起来，统一部署、同时设计、同时组织施工，进行一体化勘探、综合评价。对煤层气有利区块开展试井和小井网勘探。煤炭科学研究总院西安研究院研发的地面钻孔煤层绳索取心装备和煤层气含量快速测定技术，大大降低了逸散气的体积，通过实验室适当加温和连续解吸，以提高煤层气解吸速率，在几小时至几天内可以获得煤层气含量。与自然解吸法相比，其结果准确率超过90％。同时，煤炭科学研究总院西安研究院根据我国煤田地质条件和储层物性特征，对从美国引进的煤层气注入/降压试井设备进行改进，配合无污染钻井液，减少了试井工程对储层的伤害，提高了煤层原位瓦斯含量、成分、储层压力、渗透率和原地应力的测试精度。借助自主研发的开放式煤层气试井软件，实现了煤层气工程设计、数据处理、结果分析、报告生成的自动化。
5.与煤伴生的微量元素勘查研究
20世纪50～70年代，煤地质工作者对与煤伴生的U、Ge、Ga等有用元素进行过调查。80年代以来，随着人们对资源开发中环境保护问题的日益重视，查明煤中有害元素种类、含量及分布特点，研究它们的地球化学特性等成为煤炭地质勘查的重要任务之一。赵峰华根据环境质量标准确定了22种与环境密切相关的、需要特别关注的元素，并通过燃煤产物淋滤实验研究了它们的赋存机制。煤炭科学研究总院煤化工研究院对我国不同时代、不同地区的441个煤矿1018个煤样进行了31种微量元素抽样调查，全面地展示了大中型煤矿高硫煤中微量元素分布的基本特征。窦廷焕等研究了东胜－神府煤田16个精查矿井中有害微量元素时空分布，并评价了其环境意义。中国煤田地质总局、原地矿部等一些单位相继完成了全国主要煤矿区煤的物质组成、元素组成、微量元素时空分布规律、赋存状态、富集因素和成因类型调研工作。2000～2003年，中国煤田地质总局与中国矿业大学合作，将煤岩学、煤化学和微量元素地球化学理论与洁净煤技术有机结合起来，开展了中国洁净煤地质研究。通过煤矿开采和煤加工、洗选、燃烧试验，筛分出煤中11种潜在有毒有害元素作为环境评价指标，得出了它们在煤中的危险丰度；研究了潜在有害元素，特别是As和Hg在煤炭资源开发利用全过程中的迁移、富集、转化、再分配，及其对环境与人类健康的影响，为优化洁净煤技术，改善环境质量提供了科学依据。同时，与煤伴生的有益元素成因与成矿机理研究取得较大进展。代世峰等总结了华北和黔西若干煤中微量元素地球化学特征，研究了铂族元素丰度、配分模式及来源。代世峰还研究了内蒙古乌干达煤矿9＃煤层黄铁矿杆状菌落，指出菌藻类等低等生物对Cu、Ni、Zn元素富集有重要贡献。李宏涛等采用多种分析方法，发现东胜煤田砂岩型铀矿床中磁铁矿－黄铁矿－方解石间具有成因联系，认为球状次生磁铁矿是烃类和微生物共同作用的结果，对本区铀矿和油气勘探具有重要的启发作用。樊爱萍等将煤盆地演化与成矿作用结合起来，指出东胜煤田砂岩物性受成岩过程和成岩环境控制，氧化－还原、酸性－碱性过渡带有利于铀元素在直罗组砂岩中富集成矿，这与周巧生等、杨殿忠等对吐哈盆地与侏罗纪煤有关的砂岩型铀矿床成矿作用的研究结论相似。
6.物探手段探测能力和精度急待提高
高产高效矿井建设是以丰富的资源优势、可靠的开采地质条件和先进的采煤设备为前提。随着煤矿生产机械化、集中化水平的提高，生产能力与规模的不断扩大，矿井生产对地质条件的查明程度提出了更新更高的要求。因此，无论是深部资源勘查还是浅部生产矿井补充勘探，精细查明影响矿井生产的主要地质因素是解决采掘方式与地质条件之间彼此适应的问题。据不完全统计，浅部勘探即使地震地质条件适合，三维地震勘探解释H（落差）10m脆性断层的验证准确率达90％以上，H＝5～10m脆性断层的验证准确率为75％～80％，H＝3～5m断层的验证准确率仅30％～40％。对于地震条件复杂的地区，探采对比准确率更低。层滑断层和H≤3m的脆性断层基本上属于三维地震勘探的盲区。因此，三维地震技术对构造的探测精度和可靠性不能完全满足现代化矿井生产的要求。
煤炭大数据应用有哪些
主要由以下三点作用： 第一，对大数据的处理分析正成为新一代信息技术融合应用的结点。移动互联网、物联网、社交网络、数字家庭、电子商务等是新一代信息技术的应用形态，这些应用不断产生大数据。
