關(guān)鍵詞：煤層厚度；預(yù)測；地質(zhì)分析；鉆探；地球物理勘探 
當(dāng)前，煤炭在我國的能源結(jié)構(gòu)中仍然占首要地位，而且這種狀況在短期內(nèi)不會(huì)改變。因此，煤炭生產(chǎn)在我國國民經(jīng)濟(jì)中具有舉足輕重的作用，煤層厚度的定量預(yù)測也已成為能源勘探迫切需要解決的課題之一。然而煤層厚度的變化卻是煤礦中常見的地質(zhì)現(xiàn)象，如其厚度預(yù)測誤差過大，必將給煤礦生產(chǎn)帶來很大的影響。根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，如果實(shí)際煤厚比設(shè)計(jì)煤厚變薄lO％～20％，煤炭產(chǎn)量就會(huì)下降35％～40％。因此，煤層厚度定量預(yù)測在煤礦的設(shè)計(jì)和實(shí)際生產(chǎn)中都有重要的意義。
一、地質(zhì)分析法
(一)地面分析
在地面利用地質(zhì)分析法預(yù)測煤厚時(shí)，必須結(jié)合當(dāng)前礦區(qū)的地質(zhì)資料，查明影響煤層厚度變化的主要因素，總結(jié)煤層厚度變化規(guī)律。
(1)根據(jù)分析要求，選擇礦區(qū)含煤巖系有代表性的露頭、剖面，進(jìn)行沉積相、煤相分析，并進(jìn)行巖相古地理的分析，總結(jié)出礦區(qū)的聚煤規(guī)律。
(2)在區(qū)域大地構(gòu)造基礎(chǔ)上，分析斷層、褶皺和巖漿活動(dòng)對區(qū)內(nèi)煤厚影響規(guī)律。
(3)對同一礦區(qū)來說，地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響煤層厚度變化基本規(guī)律不變。因此井田勘探時(shí)，可以根據(jù)鄰近井田的煤層厚度變化和地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系，來推測本井田的煤層遭遇同樣地質(zhì)構(gòu)造的煤層厚度變化規(guī)律。
(二)井下分析
煤層厚度變化受控于原始泥炭沼澤的地形以及成煤后遭受的地質(zhì)變動(dòng)情況，所以，在進(jìn)行煤層厚度預(yù)測時(shí)，一是首先了解礦井內(nèi)的成煤古地理環(huán)境、地質(zhì)構(gòu)造、煤系組成、含煤性變化及巖溶暗河發(fā)育情況；二是根據(jù)已經(jīng)掌握煤層厚度變化規(guī)律，進(jìn)行煤厚變化原因分析，進(jìn)一步圈定煤層厚度變化范圍；三是煤層頂、底板以及構(gòu)造的展布特征都可能會(huì)控制煤層的厚度變化，在進(jìn)行煤厚預(yù)測時(shí)，頂、底板的巖性和分布特征、區(qū)內(nèi)構(gòu)造以及它們與煤層厚度變化之間的關(guān)系是分析的主要內(nèi)容。煤層厚度和煤層形態(tài)的變化往往是多種地質(zhì)因素聯(lián)合、疊加的結(jié)果。在研究煤厚變化和煤層形態(tài)時(shí)，要善于分析各種地質(zhì)因素的表現(xiàn)形式和對煤層的影響程度、范圍及特征，追索各種地質(zhì)因素的內(nèi)在聯(lián)系，并從中找出主導(dǎo)因素。
二、鉆探法
(一)地面鉆探法
由于鉆探工程可以從孔內(nèi)取出巖芯，因此鉆探工程是直接取得地下深部實(shí)物資料的唯一手段，是普查找礦和探明礦產(chǎn)儲(chǔ)量的主要方法之一。在鉆孔鉆進(jìn)煤層時(shí)，應(yīng)特別注重煤芯的采取率，注意取全煤層的頂?shù)装澹煌ㄟ^巖(煤)芯的觀察、鑒定、分析，可以了解煤層的空間位置、埋藏深度、厚度、產(chǎn)狀、分布規(guī)律。然而利用鉆孔探測煤層厚度變化時(shí)，一個(gè)鉆孔反映橫向信息有限，往往通過數(shù)學(xué)插值方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、小波分析方法實(shí)現(xiàn)無鉆孔區(qū)域煤厚信息。因此，雖然鉆探是最直接、最直觀、最有效的一種推測方法。但精度有限，尤其是復(fù)雜地質(zhì)條件下往往難以滿足實(shí)際需求。
(二)井下鉆探、巷探
1. 厚煤層的探測
一般在掘進(jìn)巷道的探煤厚工作中，緩傾斜煤層利用鉆探結(jié)合溜煤眼、鉆探結(jié)合聯(lián)絡(luò)斜巷，急傾斜煤層利用鉆探與煤門相結(jié)合；在回采工作面的探煤厚工作中，通常利用煤電鉆探測。
2. 煤厚變化的探測
(1)煤厚復(fù)雜變化的探測。一般是在開拓、開采過程中，充分利用生產(chǎn)巷道作探巷，輔以井下鉆探，以邊掘邊探、邊探邊掘邊采的方法進(jìn)行。
(2)煤層分叉、尖滅的探測。煤層分叉形式很多，但根據(jù)分叉后的穩(wěn)定情況，可分兩種，一種是煤層呈多層次穩(wěn)定分叉，一般采用沿主煤層掘進(jìn)結(jié)合井下鉆探分層；另一種煤層呈穩(wěn)定程度不同的分叉，通常利用主分叉布巷道結(jié)合鉆探及巷探。
(3)煤層底凸薄化的探測。利用鉆探控制掘進(jìn)前方底凸位置及利用底板傾角推測掘進(jìn)前方底凸位置。
三、地球物理勘探
(一)地震勘探
目前，相關(guān)研究人員從理論上討論了煤層反射波的形成機(jī)制，提出了多種煤層厚度的解釋方法，得出了它的多種地震屬性(包括波形、振幅與頻率)隨煤層厚度的變化規(guī)律，為利用煤層反射波的地震屬性參數(shù)進(jìn)行厚度定量預(yù)測提供了理論依據(jù)。這些方法有各自的假設(shè)前提及使用范圍，歸納起來有以下3類：
(1)直接預(yù)測方法。根據(jù)薄層理論及煤層反射波形成機(jī)理推導(dǎo)出直接計(jì)算厚度公式，進(jìn)而求取煤層厚度的方法。
(2)振幅法。利用時(shí)間域與頻率域上反射波振幅或能量與薄層厚度成準(zhǔn)線性的關(guān)系來估計(jì)厚度。實(shí)際上，影響地震波振幅與能量的因素有很多，而這種準(zhǔn)線性關(guān)系，只有一定前提和條件才能成立，因此在應(yīng)用中常遇到不少問題。
(3)統(tǒng)計(jì)分析法。利用反射波運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)某些特征參數(shù)與厚度的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，預(yù)測薄層的厚度變化。這類方法主要有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測法、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法等。
(二)井下電磁法探測
1. 巷道煤層天然電磁波探測
目前，針對巷道迎頭前方煤厚變化，有學(xué)者提出可以利用巷道煤層超前探測儀探測迎頭前方100 m內(nèi)煤層厚度。
巷道煤層超前探測儀接收的是天然電磁波場源地電部分中的二次場。地電部分中的二次場，是指地下不同電性層的地質(zhì)體，在地磁脈動(dòng)作用下所激發(fā)的輻射場，以漫輻射的形式對外傳播。當(dāng)儀器在迎頭超前探測時(shí)，如果煤層是水平的，那么煤層中的分子(原子)的輻射量基本是相同的，不同的是距掌子面的距離不同，輻射量的衰減程度不同；當(dāng)煤層有一定傾角時(shí)，只要儀器的傳感器法線方向與煤層厚度的中心線延伸方向一致，其探測機(jī)理就同煤層是水平的一樣；當(dāng)穿越煤層后，物質(zhì)成分發(fā)生了變化，其分子(原子)的輻射量也就發(fā)生了變化，這樣，儀器接收的數(shù)據(jù)經(jīng)過軟件程序處理后，便可識別煤層厚度的變化。
2. 無線電波透視法
無線電波透視法是利用探測目標(biāo)與周圍介質(zhì)之間的電性差異來研究確定目標(biāo)體位置形態(tài)、大小及物性參數(shù)的一種礦井物探方法。通過在工作面的運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷、切眼分別激發(fā)接收電磁波，然后對電磁信號進(jìn)行分析處理，便可探測工作面內(nèi)異常信息。電磁波在地下巖層中傳播時(shí)，由于電阻率不同，它們對電磁波能量的吸收有一定的差異，電阻率較低的巖層具有較大的吸收作用。在探測煤層厚度變化過程中，在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間，電磁波穿透煤層的途徑中，存在著煤厚變薄區(qū)(煤層被低阻巖層替代)時(shí)，電磁波能量就會(huì)被其吸收或完全屏蔽，信號顯著減弱甚至收不到，形成透視異常(或稱“陰影區(qū)”)。交換發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的位置，若測得同一異常的“陰影區(qū)”，便可確定為異常區(qū)域。若為無陰影區(qū)域則判定煤厚厚度相對穩(wěn)定。
四、煤層厚度預(yù)測方法分析與認(rèn)識
總體來講，預(yù)測煤層厚度變化方法分為地面和井下兩個(gè)方面，而每一個(gè)方面具體又分為：地質(zhì)分析法和鉆探(巷探)法。
無論地面還是井下預(yù)測，基礎(chǔ)的地質(zhì)分析法充分結(jié)合前期勘查資料，重點(diǎn)分析斷層、褶皺和巖漿活動(dòng)對區(qū)內(nèi)煤厚影響規(guī)律，可有效反映區(qū)域信息，但對局部資料把握有限。
地面探測煤層厚度傳統(tǒng)的鉆探方法，對于單個(gè)鉆孔，若取芯完整，煤厚數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的，然而在任何勘探區(qū)內(nèi)，鉆孔的數(shù)目是有限的，孔距一般在數(shù)百米以上，內(nèi)插出的煤層厚度顯然具有一定誤差；井下鉆探或者巷道能真實(shí)反映目標(biāo)介質(zhì)周邊信息，但針對較大區(qū)域可靠性仍然一般。
地球物理勘探手段對煤層厚度的探測具有方便、快捷的優(yōu)勢，但同時(shí)存在探測精度差異較大的劣勢；地球物理測井精度高，但只能代表一孔之見；地震為目前預(yù)測煤厚最常用、有效的手段，具有精度相對較高，信息豐富的特點(diǎn)，但在復(fù)雜地形、地貌條件下效果較差；電磁法在煤田勘探中主要用于探測目標(biāo)巖層賦水性，而對于煤層厚度探測是一種嘗試，還需加強(qiáng)基礎(chǔ)理論、現(xiàn)場試驗(yàn)研究。
通過上面分析可知，單一地質(zhì)、鉆探、物探方法針對煤層厚度敏感性不盡相同，且單一方法均存在缺陷。在實(shí)際探測過程中，需運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、模糊數(shù)學(xué)方法融合多元信息，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)煤層厚度，以便滿足應(yīng)用需求。
五、結(jié)束語
地質(zhì)、鉆探勘探方法在礦井探測煤層厚度中發(fā)揮著巨大的指導(dǎo)作用，為煤礦高效安全生產(chǎn)提供了重要的技術(shù)保障。但必須面對現(xiàn)實(shí)，認(rèn)真總結(jié)和分析技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)，探索煤層厚度探測新方向。