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行业动态
Industry dynamics
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    创新点       本文从绿色开采地质保障的内涵、研究思路、科学问题、技术问题等方面系统阐释了煤炭绿色开采地质保障理论与技术,突出深部煤炭资源开采扰动下的地质条件变化,强调煤炭开采活动与地质结构和地表生态环境变化的整体研究,关注地下采掘工程引起时空效应范畴的地质条件变化和生态环境演化之间的耦合机制。(1)厘定了煤炭绿色开采地质保障的内涵是从煤炭资源赋存地质条件出发,为实现煤炭资源安全高效开采、减缓和减小采掘工程对地质条件和生态环境损害,提供地质理论和技术支撑。(2)形成了煤炭绿色开采地质保障“开采前精细勘查、开采过程中有效减损、开采后恢复利用”的总体研究思路。(3)提出煤炭绿色开采地质保障的重大科学问题是采前煤系矿产资源综合勘查和三维建模、采中地质条件变化探测和减损、采后地表环境监测修复和采空区遗留资源综合利用。(4)以减小环境损害为前提,以煤炭安全高效开采为目标,构建了涵盖找煤、勘探、开采及采空区利用全过程的煤炭绿色开采地质保障技术体系。       作   者 王双明1,2,3,孙 强1,2,3,乔军伟1,2,3,王生全1,2,3       作者单位 1. 西安科技大学 煤炭绿色开采地质研究院; 2. 陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室; 3. 西安科技大学 地质与环境学院1  研究背景       我国能源资源“缺油、少气、相对富煤”的禀赋特征,决定了煤炭是我国的基础能源,是我国能源安全的战略保障。中国能源中长期(2030,2050)发展战略研究指出,受中国能源资源禀赋制约,煤炭的主体能源地位短期内难以发生改变,到2020年煤炭消费占比将维持在60%左右,2050年在40%左右。据前瞻产业研究院研究成果,今后一段时期我国煤炭年需求总量最低将保持在2%以上的增速。由于东部煤炭资源趋于枯竭,西部地区是今后中国煤炭工业生产的重点区域,但脆弱的生态环境严重制约着煤炭工业的可持续发展。贯彻绿色发展理念、推动煤炭绿色开采已成为新时代煤炭工业高质量发展的重大需求。       煤系及煤系矿产资源是近地表地质体的重要组成部分,在地质结构上承受着上覆岩体自重应力,维系着近地表地质体的稳定。煤系资源开采形成地下空间,导致开采区地质结构和应力场发生变化,对人类的生产、生活和生态环境造成了重大影响。在保障国家煤炭基础能源安全供应的前提下,最大限度地降低煤系资源开发活动对自然环境造成的影响,预防和减小煤炭开采对地质条件与生态环境损害,是今后煤炭资源开发面临的重大科学和技术难题。       前人在绿色煤炭、绿色勘查、绿色开采、绿色矿山等方面已开展了卓有成效的讨论和研究,内容集中在煤炭资源评价、高效开发、绿色矿山建设、矿山环境恢复治理等方面。笔者围绕煤炭资源勘查和开采全过程,以煤炭绿色开采为核心内容,以实现煤炭资源开采和生态环境保护协调发展为目标,提出煤炭绿色开采地质保障理论,构建绿色开采地质保障技术,服务于煤炭资源开采前、开采过程中、开采后(下文分别简称采前、采中、采后)全过程,为破解国家能源需求与环境保护之间矛盾提供战略思考。2  摘   要       受“缺油、少气、相对富煤”能源资源禀赋特点制约,煤炭一直是我国能源安全的基础保障。煤炭资源是地球演化过程形成的层状沉积矿产,是近地表地壳的组成部分,煤炭开采会对地质条件和生态环境造成损害。煤炭绿色开采地质保障从煤炭资源赋存地质条件出发,为实现煤炭资源安全高效开采、减缓和减小采掘工程对地质条件和生态环境损害,提供地质理论和技术支撑。       从绿色开采地质保障的内涵、科学问题、技术问题、研究思路4个方面系统阐释了煤炭绿色开采地质保障理论与技术。煤炭绿色开采地质保障突出深部煤炭资源开采扰动下的地质条件变化,强调煤炭开采活动与地质结构和地表生态环境变化的整体研究,关注地下采掘工程引起时空效应范畴的地质条件变化和生态环境演化之间的耦合机制。       总体研究思路是开采前精细勘查、开采过程有效减损、开采后恢复利用。采前实施空天地一体化精细勘查,查明煤系矿产资源空间赋存特征及维系地表生态系统的主要地质因素,构建涵盖煤系资源、地质条件、生态环境等要素的高精度三维模型,评价煤炭资源最佳利用方向和区域环境承载能力;采中进行地质条件损害探测、监测,揭示应力场、形变场、渗流场变化规律,研究煤系气、地下水运移和涌出特点,分析导致围岩动力灾害发生的地质因素,提出煤与瓦斯突出、水害、冲击地压等灾害超前预警理论及防控措施;采后进行采空区水体、有害气体、遗留资源的探测,巷道围岩、煤柱变形特征监测,研究煤-岩-水相互作用及采空区稳定性变化,开展地质条件及地表生态恢复演化过程研究,提出地下空间及遗留资源的综合利用理论与技术。煤炭绿色开采地质保障涵盖找煤、勘探、开采及采空区利用全过程,追求煤系矿产资源和生态环境保护协调发展。3 文中图片绿色开采的主要内容 煤田地质条件及开采响应煤炭绿色开采的内涵煤炭开采影响因素及其相互关系煤炭绿色开采地质保障总体研究思路煤炭绿色开采地质保障技术来源:王双明,孙强,乔军伟,等. 论煤炭绿色开采的地质保障[J]. 煤炭学报,2020,45(1):8-15.WANG Shuangming,SUN Qiang,QIAO Junwei,et al. Geological guarantee of coal green mining[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(1):8-15....
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    创新点       本文着眼于新时期我国煤炭地质勘查工作转型发展的重大问题,在系统研究煤及煤系资源协同勘查理论与技术的基础上,以实现资源勘查开发与生态环境保护和谐发展为目标,创新性的提出了煤炭生态地质勘查的理念、理论基础、基本架构和技术方法,明确了新时期煤炭地质勘查工作的发展方向和重点任务,为实现我国煤盆地多种资源协同勘查开发与资源开发利用过程中的生态环境保护,提供了理论指导和方法借鉴。       (1)提出了煤炭生态地质勘查的理念,即针对煤盆地呈固、液、气、元素“四态”赋存的矿产资源赋存特征、地表及地下空间关键层位、生态环境与其他自然资源系统评价,采用空、天、地一体化的多种勘查技术,开展多种资源勘查、开发利用与环境保护、利用、重塑并贯穿于煤炭资源勘查开发到矿山闭坑全过程的地质与生态勘查工作。       (2)构建了煤炭生态地质勘查基本架构,即将煤矿区划分为四个时区,根据不同时区煤系共伴生矿产资源的多样性特征以及资源开发与生态环境演变关系,选定不同目标因素协同勘查模式,优选绿色勘查工程技术,开展煤炭资源勘查、共伴生资源勘查、煤与水资源协同勘查、煤与重要关键层地质条件评价、环境与生态保护、修复与利用的地质保障,实现透明地质、生态地质、数字地质有机结合的勘查目标。       (3)建立了煤与煤系气、煤与煤系共伴生固体矿产、煤与金属元素矿产以及煤与水资源的双目标、三目标、四目标乃至多目标矿产资源及特殊地质条件的协同勘查模式,并优选遥感、快速精准钻探、高精度地球物理勘探等绿色勘查技术实现“空天地一体化”的协同应用。       作   者:王 佟1,2,孙 杰2,3,江 涛4,林中月1,张 博5,赵 欣3,谢志清3       作者单位:1. 中国煤炭地质总局;2. 西安科技大学 地质与环境学院;3. 中国煤炭地质总局 勘查研究总院;4 中国煤炭地质总局 浙江煤炭地质局;5. 中国矿业大学(北京) 煤炭资源与安全开采国家重点实验室1研究背景       煤盆地是沉积矿产的聚宝盆,煤系是煤盆地中一套含有煤层或煤线及有机质泥页岩的沉积岩系。近年来,随着勘查技术的进步在煤炭、煤层气资源勘查的同时,煤盆地内发现了相对丰富的砂岩型铀矿资源、镓、锗、锂等金属元素矿产资源,这些矿产资源的发现填补了国内找矿的空白。        国内学者对煤系共伴生资源提出了不同的分类方法,煤系共伴生矿产资源的研究主要针对煤层气、页岩气、砂岩气等煤系非常规天然气,煤系砂岩型铀矿等大宗固体矿产资源,以及煤中镓、锗、锂等稀有元素矿产资源。煤系非常规天然气的有机质来源、类型以及热演化程度与聚煤、煤化作用密切相关,已有学者将煤层气、煤系致密砂岩气、煤系页岩气等统称为“煤系气”,倡导煤与煤系气协同勘查开发。       我国煤系气资源中2000m以浅的煤层气资源约30.05万亿m3,鄂尔多斯、沁水、准噶尔、滇东黔西、二连等9个盆地的煤层气资源量均大于1万亿m3;煤系砂岩气初步估算资源量30.95万亿m3,约占我国天然气总量的60%;煤系地层中,炭质泥页岩发育面积广、有机质含量高,是页岩气重要的勘探层位。       此外,在山西等地还发现煤系灰岩气,在青海木里地区还发现了煤系陆域天然气水合物。煤系中发育多种类型固体矿产资源,主要包括油页岩、石墨、高岭土、铝土矿、耐火黏土等,如油页岩层在纵向上与煤层互层。松辽盆地、鄂尔多斯盆地、准格尔盆地中油页岩资源丰富,探明储量占全国的一半以上。       煤系石墨矿多为隐晶质石墨,矿体集中、易于开发,作为战略性新兴矿产,每年支撑着我国一半以上的石墨产量。煤系高岭土探明储量16.7亿t,占全国高岭土储量的一半以上。煤系铝土矿、耐火黏土时空分布规律与高岭土一致,也主要分布于我国煤系地层中。这些矿产资源或者分布广、品位高、储量大,或者战略价值极高。       煤系中分布丰富的沉积型铀矿和锗、锂、镓等金属元素矿产资源,富含的金属元素多达65种。内蒙古侏罗纪直罗组煤系地层中发现超大型铀矿,具备超大型铀矿的资源潜力。在准噶尔盆地黑岱沟煤矿发现超大型镓矿床,估算资源量6.34万t,镓平均含量44.8μg/g。内蒙古锡林郭勒盟胜利煤田发现煤层中锗金属含量达1600t, 占我国锗储量的30%。呼伦贝尔盟伊敏煤田大磨拐河组初步估算锗资源量4000t。       以往煤炭地质勘查工作基本为以煤为主,主要限于对煤系中煤层的控制,对煤盆地中其他矿产资源的勘查和勘查活动对区域生态环境的影响及其演化等问题的研究不足。这样的勘查方式不但遗漏了同构造单元内的其他矿产,甚至在同一勘查区内可能发生针对不同矿种的多次进场重复勘查,加剧了对地表和地下水等环境和生态的扰动问题。同时,煤炭开采利用引发的地表塌陷、水系破坏、大气与环境污染等生态地质问题更是时有发生。一方面使地表土壤、土地资源受到破坏;另一方面,会使上覆岩层中含水层受到破坏,进而导致区域生态系统退化。煤炭开采过程中排放的废气、废水及固废也对区域生态环境产生影响。2摘要       基于煤盆地矿产资源与生态环境地质特征,以实现煤盆地多资源协同勘查开发与资源开发中生态环境和谐为目标,提出了煤炭生态地质勘查的理念与基本构架。       煤炭生态地质勘查是指以煤炭地质基础理论和生态学理论为指导,针对煤盆地呈固、液、气、元素“四态” 赋存的矿产资源、地表及地下空间关键层位、生态环境与其他自然资源,采用空、天、地一体化的多种勘查技术,涵盖资源勘查、开发地质保障、资源开发与环境保护、资源综合利用、生态修复与生态系统重构并贯穿于煤炭资源勘查开发到矿山闭坑全过程的相关地质与生态勘查工作。       煤炭生态地质勘查是今后煤炭地质勘查工作的重要发展方向,核心理念是生态保护优先。基于煤炭生态地质勘查理念,以煤系矿产资源和水资源、地质关键层以及生态环境保护、监测、修复相关的主要地理要素、地质信息为对象,建立了煤炭生态地质勘查基本架构,分析了煤炭地质勘查工作向资源保障和环境保护与生态建设相结合的生态地质勘查方向转变的紧迫性。       研究认为:煤炭生态地质勘查要统筹好资源保障与生态环境的关系,超前规划布局,优选遥感、快速精准钻探、高精度地球物理勘探等绿色勘查技术“空天地一体化”协同应用。       根据煤盆地资源赋存特征选用煤与多种矿产资源的双目标、三目标、四目标、多目标协同勘查模式,同时在资源勘查、资源开采、采后修复全过程中注重地质关键层和生态环境信息的变化,实施环境保护与生态修复措施,并通过地质大数据分析技术,集成多维数据展示勘查成果,实现对煤系多种矿产资源、生态环境地质信息、开发地质条件的透明化、数字化。3文中图片煤炭地质勘查发展脉络煤炭生态地质勘查的基本架构4作者简介       来源:王佟,孙杰,江涛,等. 煤炭生态地质勘查基本构架与科学问题[J]. 煤炭学报,2020,45(1):276-284.WANG Tong,SUN Jie,JIANG Tao,et al. Basic configuration and scientific problems of coal eco-geological survey[J].Journal of China Coal Society,2020,45(1):276-284....