浅论如何定量预测煤层厚度

摘要：本文对现存的煤层厚度探测方法进行了阐述与分析，并结合当前的实际需要，对其未来的发展提出自己的思考和认识。

关键词：煤层厚度；预测；地质分析；钻探；地球物理勘探

Abstract: in this paper, the existing thickness of coal seam detection methods discussed and analyzed, and combining the actual need, for its future development put forward one's own thinking and understanding.

Keywords: coal thickness; Predictions; Geological analysis; Drilling; Geophysical exploration

中图分类号：P183文献标识码：A 文章编号：

〇、引言

当前，煤炭在我国的能源结构中仍然占首要地位，而且这种状况在短期内不会改变。因此，煤炭生产在我国国民经济中具有举足轻重的作用，煤层厚度的定量预测也已成为能源勘探迫切需要解决的课题之一。然而煤层厚度的变化却是煤矿中常见的地质现象，如其厚度预测误差过大，必将给煤矿生产带来很大的影响。根据资料统计，如果实际煤厚比设计煤厚变薄lO％～20％，煤炭产量就会下降35％～40％。因此，煤层厚度定量预测在煤矿的设计和实际生产中都有重要的意义。

一、地质分析法

（一）地面分析

在地面利用地质分析法预测煤厚时，必须结合当前矿区的地质资料，查明影响煤层厚度变化的主要因素，总结煤层厚度变化规律。

(1)根据分析要求，选择矿区含煤岩系有代表性的露头、剖面，进行沉积相、煤相分析，并进行岩相古地理的分析，总结出矿区的聚煤规律。

(2)在区域大地构造基础上，分析断层、褶皱和岩浆活动对区内煤厚影响规律。

(3)对同一矿区来说，地质构造运动影响煤层厚度变化基本规律不变。因此井田勘探时，可以根据邻近井田的煤层厚度变化和地质构造的关系，来推测本井田的煤层遭遇同样地质构造的煤层厚度变化规律。

（二）井下分析

煤层厚度变化受控于原始泥炭沼泽的地形以及成煤后遭受的地质变动情况，所以，在进行煤层厚度预测时，一是首先了解矿井内的成煤古地理环境、地质构造、煤系组成、含煤性变化及岩溶暗河发育情况；二是根据已经掌握煤层厚度变化规律，进行煤厚变化原因分析，进一步圈定煤层厚度变化范围；三是煤层顶、底板以及构造的展布特征都可能会控制煤层的厚度变化，在进行煤厚预测时，顶、底板的岩性和分布特征、区内构造以及它们与煤层厚度变化之间的关系是分析的主要内容。煤层厚度和煤层形态的变化往往是多种地质因素联合、叠加的结果。在研究煤厚变化和煤层形态时，要善于分析各种地质因素的表现形式和对煤层的影响程度、范围及特征，追索各种地质因素的内在联系，并从中找出主导因素。

二、钻探法

（一）地面钻探法

由于钻探工程可以从孔内取出岩芯，因此钻探工程是直接取得地下深部实物资料的唯一手段，是普查找矿和探明矿产储量的主要方法之一。在钻孔钻进煤层时，应特别注重煤芯的采取率，注意取全煤层的顶底板；通过岩(煤)芯的观察、鉴定、分析，可以了解煤层的空间位置、埋藏深度、厚度、产状、分布规律。然而利用钻孔探测煤层厚度变化时，一个钻孔反映横向信息有限，往往通过数学插值方法、人工神经网络方法、小波分析方法实现无钻孔区域煤厚信息。因此，虽然钻探是最直接、最直观、最有效的一种推测方法。但精度有限，尤其是复杂地质条件下往往难以满足实际需求。

（二）井下钻探、巷探

1、厚煤层的探测

一般在掘进巷道的探煤厚工作中，缓倾斜煤层利用钻探结合溜煤眼、钻探结合联络斜巷，急倾斜煤层利用钻探与煤门相结合；在回采工作面的探煤厚工作中，通常利用煤电钻探测。

2、煤厚变化的探测

（1）煤厚复杂变化的探测。一般是在开拓、开采过程中，充分利用生产巷道作探巷，辅以井下钻探，以边掘边探、边探边掘边采的方法进行。

（2）煤层分叉、尖灭的探测。煤层分叉形式很多，但根据分叉后的稳定情况，可分两种，一种是煤层呈多层次稳定分叉，一般采用沿主煤层掘进结合井下钻探分层；另一种煤层呈稳定程度不同的分叉，通常利用主分叉布巷道结合钻探及巷探。

（3）煤层底凸薄化的探测。利用钻探控制掘进前方底凸位置及利用底板倾角推测掘进前方底凸位置。

三、地球物理勘探

（一）地震勘探

目前，相关研究人员从理论上讨论了煤层反射波的形成机制，提出了多种煤层厚度的解释方法，得出了它的多种地震属性(包括波形、振幅与频率)随煤层厚度的变化规律，为利用煤层反射波的地震属性参数进行厚度定量预测提供了理论依据。这些方法有各自的假设前提及使用范围，归纳起来有以下3类：

(1)直接预测方法。根据薄层理论及煤层反射波形成机理推导出直接计算厚度公式，进而求取煤层厚度的方法。

(2)振幅法。利用时间域与频率域上反射波振幅或能量与薄层厚度成准线性的关系来估计厚度。实际上，影响地震波振幅与能量的因素有很多，而这种准线性关系，只有一定前提和条件才能成立，因此在应用中常遇到不少问题。

(3)统计分析法。利用反射波运动学与动力学某些特征参数与厚度的统计关系，预测薄层的厚度变化。这类方法主要有人工神经网络预测法、地质统计法等。

（二）井下电磁法探测

1、巷道煤层天然电磁波探测

目前，针对巷道迎头前方煤厚变化，有学者提出可以利用巷道煤层超前探测仪探测迎头前方100 m内煤层厚度。

巷道煤层超前探测仪接收的是天然电磁波场源地电部分中的二次场。地电部分中的二次场，是指地下不同电性层的地质体，在地磁脉动作用下所激发的辐射场，以漫辐射的形式对外传播。当仪器在迎头超前探测时，如果煤层是水平的，那么煤层中的分子(原子)的辐射量基本是相同的，不同的是距掌子面的距离不同，辐射量的衰减程度不同；当煤层有一定倾角时，只要仪器的传感器法线方向与煤层厚度的中心线延伸方向一致，其探测机理就同煤层是水平的一样；当穿越煤层后，物质成分发生了变化，其分子(原子)的辐射量也就发生了变化，这样，仪器接收的数据经过软件程序处理后，便可识别煤层厚度的变化。

2、无线电波透视法

无线电波透视法是利用探测目标与周围介质之间的电性差异来研究确定目标置形态、大小及物性参数的一种矿井物探方法。通过在工作面的运输巷、回风巷、切眼分别激发接收电磁波，然后对电磁信号进行分析处理，便可探测工作面内异常信息。电磁波在地下岩层中传播时，由于电阻率不同，它们对电磁波能量的吸收有一定的差异，电阻率较低的岩层具有较大的吸收作用。在探测煤层厚度变化过程中，在发射机和接收机之间，电磁波穿透煤层的途径中，存在着煤厚变薄区(煤层被低阻岩层替代)时，电磁波能量就会被其吸收或完全屏蔽，信号显著减弱甚至收不到，形成透视异常(或称“阴影区”)。交换发射机和接收机的位置，若测得同一异常的“阴影区”，便可确定为异常区域。若为无阴影区域则判定煤厚厚度相对稳定。

四、煤层厚度预测方法分析与认识

总体来讲，预测煤层厚度变化方法分为地面和井下两个方面，而每一个方面具体又分为：地质分析法和钻探(巷探)法。

无论地面还是井下预测，基础的地质分析法充分结合前期勘查资料，重点分析断层、褶皱和岩浆活动对区内煤厚影响规律，可有效反映区域信息，但对局部资料把握有限。

地面探测煤层厚度传统的钻探方法，对于单个钻孔，若取芯完整，煤厚数据是准确的，然而在任何勘探区内，钻孔的数目是有限的，孔距一般在数百米以上，内插出的煤层厚度显然具有一定误差；井下钻探或者巷道能真实反映目标介质周边信息，但针对较大区域可靠性仍然一般。

地球物理勘探手段对煤层厚度的探测具有方便、快捷的优势，但同时存在探测精度差异较大的劣势；地球物理测井精度高，但只能代表一孔之见；地震为目前预测煤厚最常用、有效的手段，具有精度相对较高，信息丰富的特点，但在复杂地形、地貌条件下效果较差；电磁法在煤田勘探中主要用于探测目标岩层赋水性，而对于煤层厚度探测是一种尝试，还需加强基础理论、现场试验研究。

通过上面分析可知，单一地质、钻探、物探方法针对煤层厚度敏感性不尽相同，且单一方法均存在缺陷。在实际探测过程中，需运用数理统计、模糊数学方法融合多元信息，准确预报煤层厚度，以便满足应用需求。

五、结束语

地质、钻探勘探方法在矿井探测煤层厚度中发挥着巨大的指导作用，为煤矿高效安全生产提供了重要的技术保障。但必须面对现实，认真总结和分析技术优缺点，探索煤层厚度探测新方向。