新時代煤炭地質勘查技術及發(fā)展方向思考

趙 平

(中國煤炭地質總局，北京 100039)

習近平總書記在十九大報告中指出：“推進能源生產和消費革命，構建清潔低碳、安全高效的能源體系”，“建設生態(tài)文明是中華民族永續(xù)發(fā)展的千年大計。必須樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策，像對待生命一樣對待生態(tài)環(huán)境，統(tǒng)籌山水林田湖草系統(tǒng)治理，實行最嚴格的生態(tài)環(huán)境保護制度，形成綠色發(fā)展方式和生活方式，堅定走生產發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展道路，建設美麗中國，為人民創(chuàng)造良好生產生活環(huán)境，為全球生態(tài)安全作出貢獻”，這是新時代煤炭地質勘查技術研究遵循的指導思想。

我國是一個“富煤、少氣、貧油”的國家，全國2 000 m以淺煤炭資源總量5.82萬億t，保有資源儲量1.94萬億t[1]。煤炭作為我國主體能源的地位不可撼動[2]，2017年我國煤炭消費量占能源消費總量的60.4%[3]。我國以煤炭為主的能源結構在短時間內不會發(fā)生根本性變革，預計到2020年煤炭消費比重仍將維持在58%左右[4]。

煤炭地質工作經過65a的勘查基本查清了我國煤炭資源的家底，支撐了國民經濟發(fā)展和大型煤炭基地建設，保障了國家能源安全。21世紀以來，煤炭地質工作由單一找礦發(fā)展為煤炭開發(fā)提供全產業(yè)鏈地質保障服務，取得了一系列創(chuàng)新成果[5]。形成了適應中國煤炭地質特點和煤炭工業(yè)要求的煤炭地質綜合勘查理論與技術新體系[6]。

1 煤炭地質勘查技術的新進展

1.1 煤炭地質綜合勘查理論

以煤為主、綜合勘查、綜合評價是新時代煤炭地質勘查的新特征。在新形勢下，煤炭地質科技工作者提出了 “探煤為主、同步探氣、協(xié)同勘查、綜合評價”的多能源協(xié)同勘查理論[7]，研究建立了含煤盆地多能源疊合成藏模式。在地質勘查工作中，將煤系作為一個系統(tǒng)進行整體研究、立體勘查、綜合評價。做好煤和煤系氣及其它共伴生礦產資源等的協(xié)同勘查，不僅可以節(jié)約勘探時間，提高開發(fā)效率和效益，更重要的是改變了單純勘查煤炭資源的傳統(tǒng)模式，實現(xiàn)了煤系多目標多能源礦產綜合勘查。這一理論有效指導了我國煤與煤系多能源資源潛力評價與協(xié)同勘查，在西北地區(qū)取得了很好的找礦效果。

1.2 煤炭地質綜合勘查技術新體系

煤炭地質勘查已經形成了針對不同地域、不同地質和地球物理條件，空天地一體的勘查技術和方法，建立了具有中國特色的“中國煤炭地質綜合勘查技術新體系”[6]。該體系涵蓋了煤炭資源勘查、礦井建設、煤礦開發(fā)、采后治理等多個方面，主要包括煤炭資源遙感地質填圖、高精度地球物理勘查技術、快速精準地質鉆探技術、煤炭資源勘查信息化技術、煤礦區(qū)環(huán)境遙感監(jiān)測與治理技術、煤層氣勘查開發(fā)技術、煤炭測試與化驗技術等，有力推動了我國煤炭資源勘查技術的跨越式發(fā)展，為新時代中國煤炭地質勘查事業(yè)綠色、持續(xù)、高效發(fā)展奠定了基礎。

1.3 綠色煤炭資源評價技術

我國現(xiàn)有能源體系存在著發(fā)展不平衡、不協(xié)調、綜合效率不高的問題。針對國家推進生態(tài)文明建設，構建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系的要求，國內一些學者提出了“綠色煤炭資源”評價的理念[1，8-9]。綠色煤炭資源是指在當前先進技術條件下，資源稟賦條件適宜，能夠實現(xiàn)安全高效開采、生態(tài)環(huán)境友好，適宜清潔高效利用，具有經濟競爭力的煤炭資源。目前初步建立了綠色煤炭資源評價指標體系[8]，開展了綠色煤炭資源評價。綠色煤炭資源評價技術及指標體系既考慮了資源本身的賦存條件、稟賦特征，更考慮了資源的開發(fā)條件和利用難度，以及環(huán)境影響等相關問題，對綠色煤炭資源開發(fā)與利用具有重要指導作用。

1.4 礦井水害勘查防治與礦山災害救援鉆探技術

我國已經形成了系統(tǒng)的礦區(qū)地下水勘查和礦井水害類型劃分的理論和技術體系[10-11]，實現(xiàn)了礦井水隱蔽致災精細探測和災害異常區(qū)塊的主動改造，運用多分支水平井注漿加固煤層頂底板技術，實現(xiàn)了水害防治。煤礦頂板突水的預防方法目前主要以限厚開采及預疏降為主，在研究導水裂縫帶高度及含水層富水性的基礎上，采用防治方法預防頂板突水水害，已取得了很多成功的案例，形成了大型地表水體下采煤防治水等關鍵技術。在底板水害防治技術方面，已經形成了帶壓開采、疏水降壓、底板改造等多項關鍵技術。

礦山災害救援鉆探技術最新進展主要包括地面快速垂直孔鉆進技術、救援鉆孔定向鉆進技術、救援鉆孔護壁技術、救援孔準確定位技術，能夠在地下含水層、破碎地層、礦山采空區(qū)、松散地層及流沙層、堅硬砂礫巖層等各種復雜地質條件下快速、準確、安全鉆進及成孔。救援鉆孔分為小口徑地面探測孔，主要是實現(xiàn)地面快速觀測、信息傳遞及營養(yǎng)液的輸送；大孔徑救援孔則是實現(xiàn)井下被困人員快速提升。中國煤炭地質總局特勘中心在我國多起礦難中運用該技術成功實現(xiàn)了救援。

1.5 煤礦區(qū)環(huán)境治理與生態(tài)修復技術

近年來我國在采礦對地表生態(tài)環(huán)境影響的預測與診斷技術取得突破，提出了礦區(qū)沉陷變形、GPS/InSAR/數字近景攝影/三維激光掃描等監(jiān)測關鍵技術[12]，提出了一套實時、自動、精準提取礦區(qū)植被退化、土地覆被變化、水資源變化等生態(tài)環(huán)境災害信息的技術方法，建立了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境災害預報預警、生態(tài)保護與恢復決策支持系統(tǒng)[13]。

針對西部高強度開采產生的植被退化、土地資源破壞、水土流失加劇等生態(tài)破壞問題，研究植被品種篩選與快速繁育、礦區(qū)植被快速恢復、生物多樣性的穩(wěn)定等技術；針對東部礦區(qū)潛水位較高、大面積塌陷積水區(qū)的濕地生態(tài)恢復問題，研究防止洪澇侵襲，控制沉陷水位，塌陷積水區(qū)規(guī)劃與疏浚、水污染控制工程、水生生態(tài)群落選育與構建工藝、生態(tài)與旅游開發(fā)模式等立體化修復技術[14-15]。這些技術的研發(fā)成果將為礦山環(huán)境修復治理提供保障。

2 新時代煤炭地質工作面臨的形勢與任務

2.1 新時代煤炭地質工作面臨的形勢

在習近平新時代中國特色社會主義思想的指引下，黨和國家各項事業(yè)開啟了新征程。生態(tài)文明建設納入了“五位一體”的總體布局，“四個全面”的戰(zhàn)略布局正在穩(wěn)步推進，創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享五大發(fā)展理念正在深入貫徹，綠水青山就是金山銀山的理念已經全面融入建設美麗中國的進程。

國家開展礦業(yè)權出讓制度改革試點，實行礦業(yè)權競爭性出讓、開展礦產資源權益金制度改革、正式取消地質勘查資質等舉措，為地勘市場發(fā)展提供了前所未有的機遇。煤炭地質單位作為煤炭行業(yè)的技術服務商和工程承包商，一直處于整個行業(yè)的上游，煤炭行業(yè)的去產能和供給側結構調整更是沖擊傳統(tǒng)煤炭地質單位，這對我國的煤炭地質勘查工作無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)，也倒逼傳統(tǒng)煤炭地質單位依靠科技創(chuàng)新實現(xiàn)轉型升級。

2.2 新時代煤炭地質工作的主要任務

(1)保障國家能源安全，實現(xiàn)“兩個一百年”奮斗目標

煤炭是國家的主體能源，能源有效供給是實現(xiàn)“兩個一百年”奮斗目標的物質保障。煤炭地質工作需緊緊圍繞“兩個一百年” 的奮斗目標，依據2035年和21世紀中葉兩個時間節(jié)點國家對低碳綠色能源的要求，將保障能源的供給安全、經濟安全、生態(tài)環(huán)境安全和科技安全作為首要任務。

(2)推進綠色煤炭資源勘查評價，構建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源勘查與評價體系

煤炭是清潔的資源，完全能夠實現(xiàn)綠色開發(fā)與利用。豐富綠色煤炭資源的內涵，推進綠色煤炭資源開發(fā)與科學利用，改變社會上一些對煤炭“污染嚴重”的認識。因此，新時代煤炭資源勘查工作重心主要面向建立綠色煤炭資源勘查、開發(fā)、利用、修復的技術理論體系和尋找新的綠色煤炭資源基地兩個方面?？辈楣ぷ饕蕴嵘G色資源勘探比重，綠色資源儲量梯級進補，擴大綠色資源總量為重點，支撐綠色煤炭資源開發(fā)、生態(tài)文明建設與新型能源體系的建立。

(3)確立煤炭不僅是燃料，更是原料的理念

煤炭是我國重要的一次能源，也是煤化工的基礎原料。煤炭作為能源燃料要改變分散式、粗放式的燃煤方式，最大限度的減少顆粒物及二氧化碳等污染物的排放，實現(xiàn)綠色、潔凈利用。另一方面，煤炭是主要的化工原料，國內已經形成具有自主知識產權的煤制油、煤制烯烴、煤制天然氣、煤制乙二醇等新型煤化工產業(yè)競相發(fā)展的格局。以實現(xiàn)煤炭資源利用、轉化效益和附加值最大化。因此，開展煤質精細研究與煤的綜合利用研究是保障煤炭既作為能源燃料又作為煤化工原料被充分利用的基礎。

(4)樹立大地質觀，構建“地質+”，助力國家生態(tài)文明建設

國家經濟建設、社會進步與地質工作息息相關，新時代生態(tài)文明建設作為“五位一體”發(fā)展戰(zhàn)略的重要一環(huán)，生態(tài)建設和環(huán)境治理必將成為地質工作的重點。煤炭地質工作應積極研究服務于“大地質”事業(yè)的關鍵技術，積極適應國家強化對礦產、森林、草原、濕地、農田、湖泊等自然資源的管理形勢，加快地質工作由單一找礦向“山水林田湖草?！弊匀毁Y源一體化調查轉變，打破傳統(tǒng)的地質調查和評估工作，構建地質工作與“山水林田湖草海”資源調查相適應的工作體系，搭建“地質+” 平臺，提供用武“大空間”。

3 煤炭地質勘查技術發(fā)展方向

3.1 綠色煤炭資源勘查評價與綠色安全開采的地質保障技術體系

新時代煤炭地質勘查一方面要進一步開展煤、煤系、煤盆地共伴生礦產資源的協(xié)同勘查，另一方面要緊隨煤炭開發(fā)技術革命，把礦山地質保障工作作為煤炭地質工作的重要發(fā)展領域，建立綠色煤炭資源勘查評價與綠色安全開采的地質保障體系，勘查與煤炭精細利用的技術標準體系[16]。煤炭地質工作要發(fā)揮自身優(yōu)勢，既打好資源勘查的運動戰(zhàn)，又要打好礦井地質保障的陣地戰(zhàn)，積極為煤礦提高“科學產能[2]”做好保障，由資源保障為主向資源保障和安全生產保障并重轉變，由以煤為主向煤、水、氣、工、環(huán)并重轉變；由地面地質向地面地質和井下地質并重轉變。在勘查技術方面加大空天遙感數據、高精度多維地球物理勘探數據、精細鉆探數據以及樣品測試化驗[17]數據的高度融合，實現(xiàn)復雜地質體透明和可視化解譯。

3.2 服務于煤和煤系氣等共伴生礦產資源協(xié)同勘查與開發(fā)的地質保障技術

煤與煤系氣(煤層氣、煤系頁巖氣、煤系致密砂巖氣等)同源共生[18]，煤系氣賦存于煤層及附近巖層中，我國潛在資源量初步預計在90萬億m3以上。煤炭開發(fā)會破壞煤系氣資源，造成資源的浪費、破壞環(huán)境、影響煤礦安全生產。此外，煤中還發(fā)育鎵、鍺、鋰等“三稀”金屬礦產，煤系中還發(fā)育有鈾礦、黏土礦、鋁土礦等其他礦產，資源潛力也很大。

目前煤系多能源礦產與共伴生礦產勘探開發(fā)由不同單位完成，一方面是多單位多次進場勘查，另一方由于任務和目標不同造成資料相互保密，無法實現(xiàn)礦區(qū)、井田內多礦產綜合勘查、綜合評價，最終造成無法綜合規(guī)劃、綜合開發(fā)利用的局面。新時代煤炭地質單位要充分發(fā)揮自身長期研究煤和煤盆地地質的優(yōu)勢，按照國家建設節(jié)約型社會的要求，進一步加大創(chuàng)新，建立煤系多能源礦產與其它共伴生礦產探采一體化地質保障技術體系，實現(xiàn)煤、煤系、煤盆地多種礦產綜合勘查、協(xié)同開發(fā)，由資源勘查向開發(fā)地質延伸，打通上下游，延長產業(yè)鏈。

3.3 關閉礦井和采煤沉陷區(qū)綜合治理與利用技術體系

關閉礦井與煤礦采空沉陷區(qū)治理是城市發(fā)展和生態(tài)文明建設的新方向，也為煤炭地質工作提供了新的領域。以往由于對關閉礦井與采煤沉陷區(qū)的綜合治理與空間利用重視不夠，加之煤炭去產能，又有一大批煤礦被關閉[19]。煤炭地質隊伍要重點開展對典型關閉礦井與重點采煤沉陷區(qū)的研究調查，建立對不同資源稟賦、不同地質條件、不同開采方式、不同自然環(huán)境、不同投資方式、各種環(huán)境地質問題的多元化治理模式，形成基于多因素條件的關閉礦井和采煤沉陷區(qū)綜合治理、環(huán)境再造與資源利用的技術體系。

3.4 構建“地質+”平臺服務生態(tài)文明建設的地質保障體系

地質與人們的日常生活、行為聯(lián)系緊密，要研究地質學與人們改造自然活動的關系，擴大地質工作的服務領域。構建“地質+”平臺，打破行業(yè)壁壘，重塑煤炭地質產業(yè)結構關系，拓展產品和技術邊界，服務生態(tài)文明建設。應著力從以下四個方面進一步重視和加強“地質+”：一是加強為煤炭綠色開發(fā)和精細利用以及災害評估、調查、監(jiān)測、治理、預警等方面相結合的地質基礎工作；二是拓展服務于“山水林田湖草?！辟Y源管理與調查的地質工作；三是全面支撐城市、城鎮(zhèn)建設的地質基礎工作，建立城市地質工作體系，主動服務城市開發(fā)建設；四是服務西部生態(tài)脆弱區(qū)、缺水地區(qū)的生態(tài)保護和資源開發(fā)利用。

3.5 適應“一帶一路”地區(qū)的能源與礦產地質保障體系

“一帶一路”倡議是國家行為，礦業(yè)開發(fā)是重頭戲，既對所在國當地經濟發(fā)展具有重要推動作用，也對國內礦產資源開發(fā)結構調整和稀缺資源的補充具有重要意義，其基礎建設和礦業(yè)開發(fā)將帶動測繪、勘查等許多基礎性研究與建設項目。深入研究“一帶一路”沿線國家和地區(qū)地質特征，助力我國地質勘查技術走出去，發(fā)揮國內煤炭地質隊伍的特色和優(yōu)勢，形成適應“一帶一路”地區(qū)的能源與礦產地質保障體系，服務沿線國家經濟建設，共同構建人類命運共同體。

3.6 落實“互聯(lián)網+”行動，培育發(fā)展新動能

在大數據和共享經濟的背景下，互聯(lián)網產業(yè)已經成為創(chuàng)新和發(fā)展的高地。建立煤炭地質云平臺，實現(xiàn)資料共享、遠程控制，勘查工程施工遠程指揮是新時代煤炭地質工作謀求發(fā)展的新動能。借助“互聯(lián)網+”實現(xiàn)煤炭地質勘查關鍵技術特別是關鍵核心技術和產品升級換代，應從三個方面開展工作：一是建立煤炭地質云平臺，完成煤炭資源各項成果數字化、立體化、可視化，建立集展示、交易、交流、合作、共享于一體的科技平臺；二是面向政府，面向社會，面向礦山企業(yè)提供基于大數據的、精準的、個性化的全方位地質工程技術解決方案，全方位迎合市場、客戶要求；三是地質勘查工程向智能化、高端化、服務化、綠色化邁進，借助人工智能實現(xiàn)遠程指揮、快速反應、場景模擬、果斷決策，形成設備與人員，現(xiàn)場與中心，數據與平臺的互聯(lián)、互動、互補的操控體系。

4 結論

我國的能源稟賦特征注定在相當長的時間內能源仍以煤炭為主。新時代煤炭地質工作大有可為。關鍵是找準定位，把握方向，重點在創(chuàng)新驅動上做文章，樹立“大地質”的理念，著力打造綠色煤炭資源勘查評價與綠色安全開采的地質保障技術體系、煤和煤系氣等共伴生礦產資源協(xié)同勘查與開發(fā)的地質保障技術、“地質+”服務生態(tài)文明建設的地質保障技術體系、關閉礦井和采煤沉陷區(qū)綜合治理與利用技術體系、“一帶一路”地區(qū)的能源與礦產地質保障技術體系，全面推進“互聯(lián)網+”行動，培育發(fā)展新動能，實現(xiàn)煤炭地質勘查關鍵技術和核心產品升級換代。

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