煤矿的地质勘查
(一)地质勘查阶段划分
地质勘查阶段划分又称勘探程序，是根据地质工作探索性的特点，以及煤田地质勘探与煤炭工业建设程序相适应的原则而划分的。通常分为找煤、普查、详查、精查四个阶段。
找煤是在煤田预测或区域地质调查的基础上进行，主要任务是寻找煤炭资源，并对工作地区有无进一步工作价值作出评价。普查是在找煤的基础上或在已知有勘探价值的地区进行，主要任务是对工作地区有无开发建设的价值作出评价，为煤炭工业的远景规划和下一步的勘探工作提供资料。详查是在普查基础上，根据煤炭工业规划的需要，选择资源条件较好，开发比较有利的地区进行，主要任务是为矿区总体设计提供地质资料，其成果要保证矿区规模、井田划分不致因地质情况不准而发生重大变化，并要对影响矿区开发的水文地质条件和其他开采技术条件作出评价。精查一般在矿区开发总体设计的基础上进行，主要任务是为矿山初步设计提供地质资料，其成果要满足选择井筒、水平运输巷、总回风巷的位置和划分首采区的需要，保证井田境界和矿井设计能力不致因地质情况不准而发生重大变化，保证不致因煤质资料不准而影响煤的既定工业用途。
煤田地质勘探一般按以上四阶段循序进行，同时提交各阶段报告。但在下述条件下程序可以简化：①找煤区和普查区工作范围没有大的变动，并且接续施工时，可以不提交找煤报告，直接进入普查阶段；②普查区和详查区工作范围无大变动且接续施工时，可以不提交普查报告，直接进入详查阶段；③在煤炭资源条件较好，煤层比较稳定，构造不太复杂的暴露煤田，可以在大比例尺地质填图的基础上直接进入普查甚至详查阶段；④不需要作矿区总体设计的矿区，及面积不大的孤立井田，可以由普查直接进入精查。若地质条件复杂，虽进行较详细的地质工作也不能达到精查程度时，则提交详查最终(详终)或普查最终(普终)地质报告；⑤老矿井深部、生产矿井之间，以及不涉及井田划分的地区，可一次勘探完毕。
各勘查阶段一般工作方法如下：
1.找煤阶段
可以分为暴露区找煤、半隐伏区找煤及隐伏区找煤三种情况。
暴露区找煤一般是在煤田预测或区域地质调查发现含煤岩系出露良好的地区内进行，主要工作内容是相应比例尺地质填图，在局部掩盖地段施工一定工程及访问生产井和老窑。填图前实测地层剖面以确定填图单位，剖面间距为4000～8000m。地质填图比例尺为1∶25000～1∶50000，揭露整个含煤岩系的主干槽间距为1000～2000m，并配合揭露构造现象的短槽，不适合探槽的部分则以探井或探巷揭露之。
半隐伏区找煤要在做好地质填图工作的同时，结合区域地质规律，推断含煤岩系的可能分布范围，然后以物探方法圈定，以钻孔验证，找煤总景线间距为6000～8000m。
隐伏区找煤需用物探方法探查煤系分布范围，了解基岩埋藏深度及大致起伏形态，再以钻孔验证。物探和钻探工作配合的方式有：①重力-电法-钻探法；②电法-钻探法；③电法-地震-钻探法。
找煤阶段工作程度要求是：①初步查明含煤地层时代及地层层序，了解含煤岩系分布范围；②初步了解构造形态；③初步了解煤类；④初步了解自然地理条件和水文地质情况；⑤计算煤炭D级储量。
2.普查阶段
同样可分为三种情况。
暴露煤田普查的地质填图比例尺一般为1∶25000～1∶10000，并以钻孔构成普查阶段的勘探线，其线距小于4000m。
半隐伏区煤田普查应注意研究含煤地层与上覆及下伏地层的关系，当二者为整合或假整合，则由出露部分岩层推断含煤岩系分布范围，再用电法加以圈定，同时按层序关系布置初期普查钻孔，逐步形成普查阶段勘探线及选择其基本线距。当二者分属不同构造层，应注意研究不整合面的产状以及其与含煤地层的关系，据此分析煤系赋存状况后，先以重力法或磁法了解覆盖层下的基岩起伏情况，选择其中有希望地段开展电法工作，最后再布置钻孔。
隐伏煤田普查与上述不同之处主要是首先直接使用物探方法，圈出含煤地层分布范围之后，再于覆盖层较薄处布置钻孔验证，然后逐步形成普查阶段勘探线。
普查阶段工作程度的要求是：①查明地层层序和含煤地层时代，并进行详细划分；②初步查明构造形态，了解构造复杂程度，控制可能影响矿区划分的主要构造；③详细了解可采煤层层数、厚度和分布范围；④了解可采煤层的煤质特征，初步确定煤种；⑤初步了解老窑、生产矿井的分布、采空范围和水文情况；⑥了解区内火成岩分布及岩性和产状；⑦了解对煤层开采可能有主要影响的含水岩层的富水性，地下水的补给排泄条件，指出矿区供水水源的方向；⑧初步了解瓦斯及地温；⑨了解其他有益矿产的赋存状况；计算C+D级煤炭储量，其中C级大于20%～30%。
当构造复杂，煤层极不稳定，虽以250m的基本线距仍然只能计算C级储量的井田，其勘探程度可以为普查最终。这种情况一般只适用于一个井田，其工作程度要求可参照普查阶段，但应有所加强，主要是需控制初期采区内的主要构造，适当控制初期采区煤层的可采边界等。
3.详查阶段
详查勘探区的范围为矿区，其选择原则应是先富后贫、先近后远、先浅后深、先易后难，选择资源条件好，开发有利的地段进行地质勘探工作。
首先编好详查勘探设计，在上级主管部门批准设计后即行组织野外施工，地质填图比例尺视矿区范围选择1∶10000及1∶25000，在隐伏区需根据物探成果及普查阶段所获得资料编制相应比例尺的基岩地质图。有条件的地区仍应充分使用槽井探工程，其密度为普查阶段的1/2。隐伏区的物探工作密度亦应按此加密。要以较密集钻孔形成几条主导勘探线，详细揭露含煤地层及构造形态，再据以指导其他基本线距内的工程施工，基本线距的选择前提是确定勘探类型。本阶段的水文地质工作要综合运用钻孔简易观测、水文地质测绘、抽水试验、长期观测与采样、水文物探等多种手段，综合分析各种资料。本阶段对开采技术条件的研究应有所加强，要对一定比例的钻孔岩心进行工程地质观测；采取煤层顶底板岩样进行物理力学性质试验；在不少于三条勘探线上系统采集各可采煤层瓦斯煤样，初步划出二氧化碳-氮气带的下界，推测氮气-沼气带与沼气带分界；在地温异常区及可能出现高温的地区，要选择50%的钻孔进行简易测温，在2～4个钻孔进行近似稳态测温，但在普查阶段未发现地温异常，周围矿区未发现高温矿井时，本阶段也可不作测温工作。
详查阶段工作程度要求：①查明矿区构造形态，控制影响井田划分的构造；②初步查明可采煤层的层数、厚度、结构和可采范围，控制主要可采煤层的露头位置；③了解古河床、古隆起、陷落柱等对煤层的影响范围；④初步查明可采煤层煤质特征，确定煤类，初步确定风化带界线，评价煤的利用方向；⑤初步查明直接充水含水层的水文地质特征，含水阌朊翰阒涓羲愕那榭觯恢苯印⒓浣映渌阌氲乇硭咧涞乃α担涣私馍靶∶嚎蟮挠克俊⒗弦さ幕纯鲆约岸怨┧吹乃俊⑺首鞒龀醪狡兰郏虎?了解主要可采煤层顶、底板的工程地质特征，煤层的瓦斯成分和含量，详细了解恒温带的深度、温度、地温梯度及其变化，划出一、二级高温带的范围；⑦了解其他有益矿产赋存情况，作出初步评价；⑧计算B+C+D级煤炭储量，其中B+C级储量不少于70%，B级储量一般为20%～30%，且分布合理。
当为详查最终时，对工作程度要求有所增加，主要是需查明初期采区内的主要构造，对井田边界构造要加密控制。在第一水平内，对主要可采煤层的可采边界要加密控制，还要控制其露头位置。
4.精查阶段
精查工作要在详查基础上，依照矿区开发总体设计的划分，分井田进行。
精查阶段地质填图比例尺为1∶5000，在隐伏区需根据物探资料编制相应比例尺的基岩地质图。除继续充分使用地表轻型山地工程外，钻孔和物探测线资料也是完善地质图的主要内容和依据。
精查阶段中对煤质、水文地质、开采技术条件的工作程度均在详查基础上进一步加强，除此之外最重要的是正确分析勘探类型和合理确定勘探程度，以便在满足规定程度的前提下节省勘探工程量，提高效率、降低成本。要根据不断获得的各项新资料、新成果，分析井田构造复杂程度和煤层稳定性，以便在详查阶段已经形成的基本勘探线距基础上，最终确定勘探类型及其工程密度。不同井型矿井对勘探程度的要求不尽相同，它以各级储量的比例来表示(表2.2.33)。
勘探深度以井口标高或主要煤层露头线平均标高为起算点，一般地区为600～800m，在覆盖层厚，井型又大的情况下为800～1000m，老矿区外围及深部为1000～1200m。
精查阶段工作程度要求是：①查明井田边界断层或褶曲，在第一水平及首采区内，井田边界构造线的位置控制在250m以内；②查明第一水平及首采区内落差大于30m的断层；③查明煤层产状，对第一水平内煤层底板等高线变化急剧处要予以检查控制；④查明可采煤层层数、厚度、结构，主要可采煤层的可采范围，对首采区内局部可采煤层的可采范围也要通过加密控制予以阐明；⑤查明主要可采煤层的露头位置，隐伏区的首采区内，隐伏露头在勘探线上的位置控制在150m以内；⑥对第一水平内古河床、古隆起、陷落柱等要控制其对主要可采煤层的影响范围；⑦查明可采煤层煤质特征，划出其煤类界线，确定风、氧化带界线，火成岩对煤层、煤质的影响；⑧水文地质除需在详查阶段基础上进一步充实、加密控制外，还要基本查明直接充水含水层向矿井充水的途径，预计第一水平或首采区的涌水量，对在开采过程中可能引起大量突水的层位和地段进行评述，同时还要对可能引起的环境地质问题提出防治建议；⑨详细了解各主要煤层的瓦斯成分，含量及分布，以及煤的自燃与煤尘爆炸危险性；详细了解主要可采煤层顶、底板工程地质特征，了解主要井巷位置岩层的工程地质条件；初步查明恒温带的深度、温度，地温梯度及其变化，一、二级高温区的分布范围；详细了解有工业价值的其他有益矿产的品位、厚度及分布范围，并作出评价；计算A+B+C级煤炭储量，其中A+B级储量比例符合规定的程度要求。
表2.2.33精查阶段不同井型对各级储量的要求
(二)勘查类型
勘查类型集中反映了不同地质条件下煤田地质勘探方法的特点，同时它也是煤矿地质勘探规范的核心部分。该规范曾历经多次变易，现行规范由煤炭工业部1980年颁布试行，全国储量委员会1986年正式颁布实行。规范中对勘探类型采用单项因素相对分类法，按照矿区或井田地质构造的复杂程度分为三类或四类；按照煤层的稳定程度划分为三型或四型。
简单构造包括：①产状接近水平，很少有波状起伏；②缓倾斜至倾斜的简单单斜、向斜或背斜；③为数不多和方向单一的宽缓褶皱。中等构造包括：①产状平缓，沿走向和倾向均发育宽缓褶皱，或伴有一定数量的断层；②简单的单斜、向斜或背斜，伴有较多断层，或局部有小规模的褶曲或倒转；③急倾斜或倒转的单斜、向斜或背斜，或为形态简单的褶皱，伴有稀少断层。复杂构造包括：①受几组断层严重破坏的断块构造；②在单斜、向斜或背斜的基础上，次一级褶曲和断层均很发育；③紧密褶皱，并伴有一定数量的断层。极复杂构造包括：①紧密褶皱，断层密集；②形态复杂、特殊的褶皱，断层发育；③断层发育，受火成岩的严重破坏。
稳定煤层包括：①厚度变化很少，变化规律明显；②结构简单；③全区可采或基本全区可采。较稳定煤层包括；①厚度有一定变化，规律性较明显；②结构简单至复杂；③全区可采或大部分可采，可采范围内厚度变化不大。不稳定煤层指厚度变化很大，无明显规律，结构复杂至极复杂，主要包括：①厚度变化很大，具突然增厚、变薄现象，全区可采或大部分可采；②煤层呈串珠状、藕节状，一般连续，局部可采，可采边界线不规则；③难分层对比，但可进行层组对比。极不稳定煤层包括：①厚度变化极大，呈透镜状、鸡窝状，一般不连续，很难找出规律，可采块段分布零星；②无法进行分层对比，层组对比也有困难。
规范规定了不同构造类别和不同煤层型别探求各级储量的基本工程线距，当二者不一致时，则以其中最复杂一种确定之。
构造类别线距和煤层型别线距分别见表2.2.34和表2.2.35。
表2.2.34构造类别线距
表2.2.35煤层型别线距
(三)勘探工程布置
各种勘探工程通常按一定的排列组合形式进行布置，以利于对各个工程所获得的地质信息进行分析和对比，也利于编制各种综合性图件。在煤田勘探中，此种布置有勘探线和勘探网两种系统。
1.勘探线
各种勘探工程布置在一组与地层走向或主要构造线方向基本垂直的剖面内，这是煤田勘探使用最多的一种布置方式。由于这个方向揭露地层全，煤层产状及埋深的变化也最大，因此能正确反映构造形态。包括实测剖面、槽探揭露剖面、物探测线在内，尽量和钻孔布置在同一直线上，以利各项资料互相验证和补充。根据用途不同，勘探线又分为基本勘探线、主导勘探线和加密勘探线。
基本勘探线是为全面控制勘探区地质情况而布置的，其线距依勘探规范和勘探类型而确定，一般比较规则和均匀。主导勘探线一般在勘探初期布置，在线上布置较密的勘探工程，以揭露完整的含煤岩系剖面和控制勘探区的主要构造形态，为其他的工程布置提供依据和指导。加密勘探线为辅助线，为查明局部地质异常而布置，如产状急剧变化处，煤层隐伏露头位置，煤层变薄、分岔、尖灭处，可采边界，断层延展等等。
2.勘探网
勘探工程布置在两组不同方向勘探线的交点上，构成网状布置形式。适用于地形条件简单，煤层产状水平或近似水平，构造线方向不明显的波状褶皱地区。勘探网采用均匀、等距布置，便于编制不同方向的剖面图。勘探网按形态可分为正方形网、矩形网及菱形网等种，以适应不同的地质条件。
(四)勘查手段
当前煤田勘探工作使用的勘探技术手段主要包括下列各种：
1.遥感地质
主要用于区域性构造研究和寻找隐伏煤田，在一定条件下，对查找浅层地下水的富水带和地下径流带也有明显效果。
2.地质填图
据规范规定，找煤阶段地质填图比例尺为1∶50000或1∶25000，普查和详查阶段为1∶25000或1∶10000，精查阶段为1∶10000或1∶5000。在填图工作中通常以探槽、探井或浅钻对局部被表土掩盖地段进行揭露，或以电法对地层界线、煤层露头线和主要构造线进行控制，以保证地质填图的精度。另外，现已普遍采用的航空摄影相片地质填图工作效率高，而且在划分地层，解释构造方面也具有一定优势。
3.坑探工程
煤田地质勘探中常用的坑探工程包括探槽、探井、探巷，以及清理小煤窑等。探槽一般沿岩层倾向布置，呈倒梯形，槽底宽度0.6m，槽底深入基岩0.3m，最大深度不超过3m。探井的断面可以为矩形、方形或圆形，断面面积一般为1～2m2，深度为5～20m。探巷多在精查阶段使用，为在风氧化带以下采取煤样而开掘巷道。
4.钻探工程
是煤田地质勘查各阶段使用最广泛的勘探手段，一般多为直孔，视需要也可以打斜孔或定向孔。在找煤和普查阶段基本均为取心钻进，详查及精查阶段视地质条件可适当使用一部分无岩心钻进。每个钻孔都有明确的地质目的和要求，对其施工质量有一套严格的标准和规定，并据以进行验收。
钻进过程中必须不断破碎岩石、清除岩粉和维护井壁，此三者即为钻进三要素。目前煤田勘探中所使用的钻进方法，按施加外力的方式，可分为冲击钻进，回转钻进、冲击回转钻进等；按碎岩工具可分为硬质合金钻进，钻粒钻进、金刚石钻进等；按钻具特征可分为单管钻进、双管钻进、绳索取心钻进等；按冲洗介质可分为清水钻进、泥浆钻进、泡沫钻进等；按冲洗介质循环方式可分为正循环钻进、反循环钻进、局部反循环钻进等；按钻孔方向可分为直孔钻进、水平孔钻进、定向孔钻进等。
5.煤田地球物理勘探
分为地面物探和地球物理测井两个方面。
煤田地面物探目前应用磁法、重力、电法和地震四种。磁法和重力多在找煤和普查阶段使用，可以在隐伏煤田圈定含煤岩系范围，寻找含煤盆地，研究基底起伏等，也可以用以探测陷落柱，老窑采空区及确定煤层燃烧带。煤田电法应用范围较广，可以圈定隐伏煤田含煤岩系的分布，研究地质构造和解决水文地质、工程地质的有关问题。按所观测电磁场场源不同，可分为主动场源法和被动场源法两类，前者借助人工供电产生地下电场和磁场，其供电的强度、波形和延续时间可以人工控制，针对不同地质问题加以调整；后者是观测地球表面天然存在的电场或磁场，其强度、频率和时间均不能改变。主动场源法包括电阻率法(又可分为电测深法和电剖面法)，频率电磁测深法(包括可控源声频大地电磁法)，瞬变电磁法，激发极化法，无线电波透视法和地质雷达法(分地面和矿井两种)。被动场源包括自然电场法、甚低频电磁法和音频大地电场法。
煤田地震勘探近10年中有突破性发展，不仅广泛应用于煤田普查、详查、精查各个阶段，而且在煤矿开发阶段也被应用并取得明显效益。在较长一段时间内煤田地震勘探基本上是借鉴石油地震勘探的方法和技术，近15年来高分辨地震勘探和槽波法地震勘探的兴起，才进入了具有煤田地质特色的地震勘探阶段。煤田地震勘探有三个主要特点，一是目的层是煤层，而煤层是连续性很好的强反射层；二是勘探深度较浅，多在1200m以内，有利于获得较高的分辨率；三是精度要求高。目前在地面勘探中可以查明数百米深度范围内落差大于10～15m的断层，深度误差在2%左右。在井下勘探中可以检测到工作面前方落差大于1/2煤层厚度的断层，还可以研究陷落柱、煤层冲刷带和变薄带，划分新生界含水层和隔水层，确定煤系下伏石灰岩的岩溶发育、隔水层厚度等。
煤田地球物理测井在煤田地质系统的应用已有40余年，目前已成为和钻探相配套的必不可少的勘探手段。按钻孔中测量的岩石物理性质，可以分为电测井、放射性测井、声波测井、温度测井、倾角测井等多种方法系列，每个系列中又包括若干方法和派生方法。一般情况下煤田测井可识别厚度在0.1m以上的煤层和夹矸，还可用来识别岩层的岩性、位置和厚度，含水层的位置和厚度，断层破碎带的位置，岩层的产状等。通过给定的模型，可以计算岩层的岩性成分，以及煤中纯煤、灰分、水分等部分的含量。
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