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前 言
在我国一次能源结构中，煤炭占 60%～70%，是我国的基础能源和重要原料。
我国是煤炭资源大国，煤与煤层气资源丰富。煤田地质工作是煤炭工业健康发展的基
础，贯穿煤炭工业的始终，是保障地质找煤、矿井设计、煤矿安全高效生产的基础工作，
地质保障技术作为煤炭安全高效绿色开采的关键技术被列为矿井的五大保障体系之一。煤
矿地质保障技术涵盖煤田地质、水文地质、矿井地质、地球物理勘探、钻探技术等诸多学科。
煤炭科学研究总院作为我国最早开展煤田地质勘探方法、技术、装备和推广应用的研究开
发机构，在煤田地质勘查与矿井地质保障技术方面做出了巨大贡献，本书为煤炭科学研究
总院 60 年来所取得成就的总结与回顾。
煤田地质勘查的主要任务是应用煤田地质学及相关地质理论，采取有效、先进的勘查
技术手段，查明区内地层、含煤地层、煤质及煤类、构造、水文地质条件、共（伴）生矿
产及其他开采技术条件，估算不同勘探类别的煤炭资源量。历经 60 年的发展，煤炭科学研
究总院已经形成了较成熟的勘查技术体系和工作流程；在煤炭资源勘查的基础上，已开展
煤与煤层气综合勘查技术，在煤炭勘查的各阶段开展煤层气勘查工作，两种资源协调开发，
为煤炭建设远景规划，煤矿区总体发展规划、矿井初步设计、煤层气产业发展提供依据。
随着技术进步，煤炭资源勘查逐步向深部推进。针对深层煤矿床，煤炭科学研究总院建立
其地质 - 地球物理综合判识标志，并形成其综合勘查类型及其量化标准，构建深层煤矿床
精细、快速、综合勘查模式，为深部煤炭资源安全高效开发提供技术保障。
煤矿地质工作是煤田地质勘查工作的延续，其主要任务是研究煤矿地质特征及其变化
规律，开展地质类型划分 ；查明影响煤矿安全生产的各种隐蔽致灾地质因素，做好相应的
预测预报工作 ；进行地质补充调查与勘探、地质观测、资料编录和综合分析，解决煤矿安
全生产中的各种地质问题 ；估算和核实煤矿煤炭资源或储量及煤矿瓦斯（煤层气）资源或
储量，掌握资源或储量动态，为合理安排生产提供可靠依据 ；调查煤矿含煤地层中共（伴）
生矿产的赋存情况和开采利用价值。其中瓦斯地质是煤矿地质工作的重要内容。煤炭科学
研究总院在矿井地质条件评价、瓦斯参数的测试和评价、矿井瓦斯地质编图、矿井瓦斯赋
存规律研究基础上，参与完成《矿井地质规程》《露天煤矿地质规程》《煤矿地质工作规定》
的编写，正逐步向瓦斯强化抽采的防治技术方向发展，已形成高压水射流割缝煤层强化抽
采技术、抽采钻孔机械造穴瓦斯抽采技术、井下煤层水力压裂瓦斯强化抽采技术，为煤矿
建设、瓦斯防治和地面煤层气开发提供技术支撑。
煤岩学工作是煤田地质勘查与矿井地质工作研究的基础工作，其主要研究内容包括煤
的物质成分、结构、性质、成因及合理利用。煤炭科学研究总院开展煤岩鉴定分析和煤岩煤田地质勘探 与 矿井地质保障技术
viii
特征评价、显微煤岩组分分类技术和分析等工作，制定了包括烟煤的宏观煤岩类型划分等
在内的一批国家和行业标准，开展了煤岩学的炼焦配煤技术、液化用煤资源分布及液化配
煤方案的研究；在煤的镜质体反射率测试方面，已研制出两大系列共 4 款型号显微镜光度
计产品，实现了平台自动扫描、自动聚焦控制，可视化测量，观察、调试、测量同步进行，
提高了煤岩检测精度和工作效率。
地球物理勘探技术是利用地下煤岩层某一物理性质存在的差异，通过仪器观测由此引
起的地球物理场的变化，经后续的计算机处理、室内解释后，以探查煤岩层赋存状态、地
质构造及不良地质体等问题的一门交叉学科，已经发展成为包括地震、电磁法、测井及其
综合探测等多个技术系列，并采用地面、井下、井 - 地联合等方式，在煤炭资源的赋存状态、
开采地质条件探查等方面发挥了独特的作用。以地面高分辨率二维、三维地震和瞬变电磁
法探测技术为代表，煤炭科学研究总院西安研究院（以下简称西安研究院）开展煤矿采区
采前地面地球物理综合探测，预先查明影响煤矿安全高效开采的煤层赋存状况、地质构造
条件、富水异常区及陷落柱、老空区、火烧区等不良地质体 ；在煤矿井下地球物理探测技
术与装备方面，西安研究院、重庆研究院等开展的煤矿井下直流电法、瞬变电磁法、无线
电坑透、音频电穿透、地质雷达、槽波地震、瑞雷波探测等，在掘进工作面、回采工作面
前方或内部的水、火、瓦斯、顶板、煤尘等灾害地质的超前探测方面，发挥了重要的作用。
煤矿井下钻探技术在煤矿瓦斯抽采、水害防治等方面发挥着重要作用。20 世纪 80 年
代初，开始研发以常规回转钻进方法为基础的井下近水平长钻孔钻进技术装备。研制了
ZDY（MK）系列钻机及配套的钻具和钻头，奠定了煤炭科学研究总院在国内煤矿井下钻探
技术与装备方面的领先地位。2005 年以来，国内煤矿井下近水平孔随钻测量定向钻进技术
受到广泛关注，先后研制了随钻测量定向钻进钻机、钻具和仪器等成套系列产品，广泛应
用于瓦斯抽采、探放水工程、软煤钻进等领域，并在陕西煤业化工集团有限责任公司、山
西晋城无烟煤矿业集团有限公司、神华宁夏煤业集团有限公司等矿业集团成功应用。2008
年，根据煤层气勘探和开采的新需求，开始研制地面车载钻机，已研制出 60t 和 100t 两种
产品，在地面煤层气开发和矿山大直径钻孔施工中得到广泛应用。
本书共分四篇，包括地质勘查技术、地球物理勘探技术与装备、钻探技术与装备和煤
层气勘探与资源评价技术，共 16 章，由张群担任主编。其中第一篇地质勘查技术由 3 章构成，
由张培河和晋香兰统稿。第二篇地球物理勘探技术与装备由 4 章组成，由程建远和张鹏统稿。
第三篇钻探技术与装备由 5 章组成，由田宏亮和刘桂芹统稿。第四篇煤层气勘探与资源评
价由 4 章组成，由李彬刚和晋香兰统稿。
由于编写时间仓促及编者的水平所限，本书存在的不足，恳请读者批评指正。
张 群 2017.6
第一篇 地质勘查技术
第1章 煤炭地质勘查技术方法 ……………………………………… 005
1.1 含煤地层划分与对比 ……………………………………………………005
1.2 含煤地层沉积环境分析 …………………………………………………008
1.3 盆地构造演化 ……………………………………………………………018
1.4 聚煤规律研究方法 ………………………………………………………023
1.5 成煤系统分析 ……………………………………………………………028
1.6 煤炭资源评价方法 ………………………………………………………030
1.7 煤炭资源勘查方法 ………………………………………………………036
1.8 煤与煤层气综合勘查技术 ………………………………………………042
1.9 深部煤炭资源综合勘查技术 ……………………………………………046
1.10 石煤、泥炭与煤的伴生矿产评价 ……………………………………054
第2章 矿井地质与煤矿地测信息技术 ……………………………… 064
2.1 矿井地质观测与综合分析 ………………………………………………064
2.2 隐蔽致灾因素探查 ………………………………………………………068
2.3 矿井地质类型划分 ………………………………………………………081
2.4 矿井地质阶段划分及工作内容 ………………………………………087煤田地质勘探 与 矿井地质保障技术
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2.5 煤矿井下煤层密闭取心技术 ……………………………………………089
2.6 矿井构造评价技术 ………………………………………………………092
2.7 煤矿地测信息技术 ………………………………………………………096
第3章 煤岩分析方法与技术 ………………………………………… 102
3.1 煤岩组分分类和分析方法 ………………………………………………102
3.2 煤岩分析仪器与标准物质 ………………………………………………124
3.3 煤岩炼焦配煤技术及应用 ………………………………………………133
3.4 液化用煤煤岩学预测方法及应用 ………………………………………139
3.5 煤地质学上的扫描电子显微镜分析技术 ………………………………143
第二篇 地球物理勘探技术与装备
第4章 煤炭地面地球物理探测技术 ………………………………… 151
4.1 二维地震勘探技术 ………………………………………………………151
4.2 煤矿采区三维地震勘探 …………………………………………………154
4.3 高密度全数字三维地震勘探技术 ……………………………………157
4.4 高分辨自动地电阻率探测技术 ………………………………………160
4.5 瞬变电磁法探测技术 …………………………………………………163
4.6 电磁频率测深技术 ……………………………………………………168
4.7 孔间无线电波透视技术 ………………………………………………172
4.8 煤矿采区磁法勘探 ……………………………………………………175
第5章 煤矿井下地球物理探测技术 ………………………………… 180
5.1 煤矿井下直流电法探测技术 …………………………………………180
5.2 煤矿井下槽波地震探测技术 …………………………………………187
5.3 煤矿井下无线电波透视技术 ……………………………………………195
5.4 煤矿井下瑞雷波探测技术 ……………………………………………202
5.5 煤矿井下地质雷达探测技术 …………………………………………205
5.6 煤矿井下瞬变电磁探测技术 …………………………………………209
5.7 煤矿井下音频电透探测技术 …………………………………………215
第6章 煤矿井下物探仪器与装备 …………………………………… 218
6.1 水文物探仪器 …………………………………………………………218xi
目录
6.2 构造探测仪器 …………………………………………………………222
6.3 水文监测系统 ……………………………………………………………229
6.4 钻孔测量系统 ……………………………………………………………249
第7章 综合物探技术在采空区精细探查中的应用 ………………… 259
7.1 采空区地面综合物探技术及应用 ……………………………………259
7.2 积水采空区综合物探工程实例 ………………………………………262
第三篇 钻探技术与装备
第8章 回转钻进技术与装备 ………………………………………… 273
8.1 常规回转钻进技术与装备 ………………………………………………273
8.2 稳定组合钻进技术与装备 ………………………………………………293
第9章 随钻测量定向钻进技术与装备 ……………………………… 301
9.1 基本原理 …………………………………………………………………301
9.2 技术特点 …………………………………………………………………305
9.3 适用条件 …………………………………………………………………306
9.4 钻进装备 …………………………………………………………………306
9.5 应用实例 …………………………………………………………………318
第10章 碎软煤层钻进技术与装备 ………………………………… 328
10.1 螺旋钻进技术与装备 …………………………………………………328
10.2 中风压钻进技术与装备 ………………………………………………335
10.3 煤矿井下空气套管钻进技术与装备 …………………………………338
10.4 筛管护孔技术与装备 …………………………………………………341
10.5 梳状定向钻孔瓦斯治理技术 …………………………………………344
第11章 坑道绳索取心钻进技术与装备 …………………………… 350
11.1 基本原理 ………………………………………………………………350
11.2 技术特点 ………………………………………………………………350
11.3 适用条件 ………………………………………………………………350
11.4 钻进装备 ………………………………………………………………351
11.5 应用实例 ………………………………………………………………353
xii 煤田地质勘探 与 矿井地质保障技术
第12章 地面钻进技术与装备 ……………………………………… 355
12.1 地面煤层气开发钻井技术与装备 ……………………………………355
12.2 地面大直径孔钻进技术与装备 ………………………………………374
第四篇 煤层气勘探与资源评价
第13章 煤层气地质研究及资源评价 ……………………………… 381
13.1 煤层气成藏机制研究 …………………………………………………381
13.2 煤层气选区评价 ………………………………………………………396
13.3 煤层气数值模拟与产能预测技术 ……………………………………404
13.4 煤层气可采性评价方法 ………………………………………………414
第14章 煤层气测试技术 …………………………………………… 422
14.1 煤层气含量测试 ………………………………………………………422
14.2 煤的等温吸附测试方法 ………………………………………………428
14.3 煤层气试井技术 ………………………………………………………431
第15章 煤层气资源勘探开发技术 ………………………………… 444
15.1 煤层气资源勘探开发方法和工艺流程 ………………………………444
15.2 低煤阶煤层气地面勘探开发技术 ……………………………………466
15.3 碎软煤层煤层气开发技术在突出煤层增透消突中的应用 …………473
15.4 碎软煤层顶板分段压裂水平井煤层气强化抽采技术 ………………483
第16章 煤层气开发经济评价技术 ………………………………… 491
16.1 煤层气开发经济评价方法 ……………………………………………491
16.2 煤层气开发经济评价指标 ……………………………………………497
16.3 煤层气开发经济评价应用 ……………………………………………499
主要参考文献 ………………………………………………………… 506
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