煤炭地质学“十三五”主要进展及展望

贾建称，巩泽文，靳德武，李泉新，吴 艳

煤炭地质学“十三五”主要进展及展望

贾建称1,2，巩泽文1,2，靳德武1,2，李泉新1,2，吴 艳2

(1. 煤炭科学研究总院，北京 100013；2. 中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077)

在简要分析煤炭地质学演变的基础上，重点回顾了“十三五”期间学科在基础理论研究、地质保障技术、煤岩检测技术方面的主要进展，同时指出面临的主要问题和未来一段时期的学科发展方向。认为“十四五”乃至更长一段时间内，煤炭地质学应围绕“提供充足绿色煤炭”和“减轻煤矿地质灾害”的煤炭工业发展目标，以攻克煤炭绿色勘查、精准智能开采和清洁高效利用中的关键地质理论和技术瓶颈为突破口，聚焦以下方面开展研究：①煤系矿产资源共伴生规律、协同勘探技术与开发地质条件精准评价方法；②智能物探仪器和钻探装备研制；③煤层中断层属性的叠前地震反演技术，槽波地震联合勘探技术、槽波雷达探测技术、高密度电法勘探技术的创新试验；④孔中、孔间、孔–巷、巷–巷等多方式立体探测与精细解释技术；⑤工作面煤/岩界面识别的多参数综合成像技术；⑥采动应力耦合叠加效应下煤矿动力地质灾害演化机理与微震监测和视电阻率法动态预警技术；⑦多源异构地质地理信息的深度融合与动态地质建模技术。

煤炭地质学；主要进展；煤系矿产资源；立体探测；精细解释；动态地质建模；智能开采；复合型人才

能源是人类生存和社会发展不可缺少的物质基础，能源的可持续发展对于世界和平和社会稳定至关重要[1]。中国是世界上最大的能源消费国，“富煤、贫油、缺气”的资源禀赋状况，决定了今后相当长一个时期内煤炭依然是国家能源生产与消费的主体[2-3]。煤炭地质学源于煤地质学、煤田地质学，是在人类认识、寻找和开发利用煤系矿产资源的工程实践中诞生，并在与地球科学和能源开发工程学的不断交流与渗透中丰富和发展起来的一门应用地质学科，带有显著的与时俱进色彩。2020年是“两个一百年战略目标”的承接年，也是全面推动煤炭工业转型升级和高质量发展的关键年。此时，明晰煤炭地质学科定位、目标任务、发展现状、需求导向、关键科学技术问题，对于科学制定学科战略布局和保障措施、推动煤系矿产资源安全绿色开发与高效清洁利用具有重要的现实意义。

1 “煤炭地质学”简要回顾

第一次工业革命之前，国外科考工作者将煤视为一种自然地理现象加以记述。现代蒸汽机的广泛使用，尤其是第二次工业革命期间，电力、冶金和炼钢等工业快速发展，欧洲一些发达国家对煤炭资源需求旺盛，在大规模开展煤炭地质调查实践中涌现出许多关于煤岩学、煤成因学、煤田构造等方面的系统性研究成果，标志着煤地质学从地质学中脱颖而出，成为一门相对独立的基础分支学科[4]。20世纪60年代末，板块构造学兴起并迅速渗透到能源领域，国外煤盆地的聚煤规律、煤岩学、煤化学，以及煤中微量元素赋存状态、迁移富集机制、资源潜力研究得到了较全面、系统的发展。受地球系统科学思维的启迪，21世纪初期，国外学者[5-6]将煤的形成、煤质及其环境效应，以及煤作为烃源岩的储集性能等煤地质学各分支学科置于煤盆地动力学演化的统一研究框架之中，从成煤系统角度分析与探索煤及共伴生矿物质和微量/有害元素的形成与赋存状态、富集规律，为煤系矿产资源精细勘查、评价和安全绿色开发提供新思路和新方法。煤层气成因、富集机理、资源评价和高产区预测及开发技术研究进展显著，煤炭液化、气化、煤燃烧过程中有害微量元素迁移、转化规律及其环境效应约束成为煤化学和煤工艺学研究的重点[7-9]。2011年以来，煤层气生成与赋存、煤储层物性特征、煤层气运移与开发地质条件动态评价研究，为多元化开发技术的形成提供了支持。煤系富有机质泥页岩的矿物学、岩石学、有机地球化学、生气(油)潜力及其与沉积环境关系、煤燃烧与地球环境关系研究成为新的研究热点[10]。因此，西方学者[11-12]使用的煤炭地质学(coal geology)由最初的煤岩学、煤成因学、煤化学向煤与油气地质和资源高效开采利用及环境保护等方面转变。《国际煤炭地质学》杂志[13]将其登载范围和目标表述为：刊登煤炭、石油/天然气烃源岩和页岩气资源的地质学和岩石学的基础和应用方面成果，目标是促进这些资源的勘探、开发和利用，提高环保意识以及资源有效管理技术。这在一定程度上反映了国际学术界对煤地质学的理解。

中国煤炭地质学的自主实践与理论研究已有百余年历史，工作内容由1949年前的含煤岩系、煤层与煤田构造等基本特征描述[4]、煤岩学与成煤古植物学研究[14]，拓展到20世纪60—80年代的煤成因、控煤构造、煤系沉积地质学、聚煤规律与聚煤模式、煤炭资源预测与潜力评价[15]。20世纪80年代以后，为了适应综合机械化采煤工艺的需求，煤炭地质学除研究煤及其共伴生矿产成因、赋存状态、煤炭资源数量、质量和分布以外，煤矿开采地质条件预测与综合评价技术、煤炭清洁高效利用技术受到重视[16-17]。曹代勇等[18-19]认为煤炭地质学属于经济地质学范畴，研究内容不仅包括煤的形成、聚集规律、赋存状态等基础理论，还超脱到煤炭资源(煤、煤层气及其他共伴生矿产)评价和勘查、开发地质、煤加工利用及其环境保护等工程技术问题，给出了“煤炭地质学”定义、研究内容与工作框架。

2 “十三五”主要进展

“十三五”期间，煤炭地质学科积极顺应中国经济新常态下新的发展理念，深度融合现代地球科学理论、方法与新一代信息技术，围绕建设“集约、安全、高效、绿色”的现代煤炭工业体系愿景，聚焦为煤系矿产资源安全绿色智能化开发和清洁高效集约化利用提供理论和方法的目标，进行资源一体化勘查与综合评价、开发地质条件精细探测、隐蔽致灾因素超前探查与治理的基础理论与技术创新，涌现出一批具有国际影响力的高水平研究成果。

2.1 应用基础研究

2.1.1 陆相断陷盆地聚煤作用的层序地层控制模式

陆相盆地活动性强，尤其是断陷盆地基底稳定性差，沉积中心迁移频繁，造成沉积相带窄、变化快、组合关系复杂，聚煤作用强度和煤层分布受盆地类型、覆水状况和沉积体系域控制。王东东等[20]、史鸣剑等[21]、郭彪等[22]认为，断陷盆地湖泊扩张体系域早期和晚期的聚煤环境优越，尤其是最大湖泛面到高水位体系域稳定加积期聚集的泥炭分布广、厚度最大、连续性好，并且具有穿时性；低水位体系域和高位体系域末端的聚煤环境较差；基底多幕式构造运动是造成断陷盆地泥炭堆积模式与K. Bohacs等[23]模型有较大差异的根本原因。这为陆相断陷盆地煤炭资源预测和煤系矿产勘探提供了理论依据。

2.1.2 煤系页岩气储层评价方法

我国埋深3 000 m以浅的煤系页岩气资源量(除东北地区)为32万亿m3，占页岩气地质资源量的30%[24]，主要集中在鄂尔多斯、塔里木、四川和南华北盆地[25-26]。与海相页岩相比，煤系泥页岩具有单层厚度小、总厚度大；总有机碳含量高(0.5%~30.0%)，吸附能力强；有机质成熟度低(介于0.5%~3.5%，平均1.75%)，以腐殖型干酪根为主；黏土矿物以伊利石、伊–蒙混层为主，含量较高；石英、长石等脆性矿物含量较低(40%以下)；孔隙率较高，纳米级孔隙发育，微孔和介孔对孔容和比表面积的贡献突出[25,27-29]等特点，因此，煤系页岩气储层评价的内容和方法与海相页岩气的应不同。傅雪海等[30]以生烃条件(总有机碳含量、有机质成熟度)和储层条件(厚度、埋深、气含量及脆性矿物含量)为评价指标，将山西省石炭–二叠纪煤系泥页岩划分为组合有利储层、组合较有利储层和组合不利储层。Peng Yanxia等[31]给出了煤系页岩气有利区和目标区评价的有机质热成熟度、生油门限、1+2单位气态烃产量、总有机碳含量的下限值。

2.1.3 煤系气及共伴生矿产资源协同勘查和一体化开发理论

煤系是多种矿产资源的载体，除与煤在成因上共生的煤层气，锗、镓、锂、铝、铁矿等金属矿床，高岭土、伊利石、隐晶质石墨等非金属矿床外，还伴生有煤系页岩气、致密砂岩气、油页岩、耐火黏土、硅藻土、膨润土，以及砂岩型铀矿、油气、化工矿产等。在特定情况下，煤系中共伴生矿产的实际价值甚至超过煤炭本身。继曹代勇等[32]提出煤系矿产资源分类后，李增学等[33]根据煤系矿产资源的“四位(固态、液态、气态和分散元素)一体(煤系载体)”赋存特征，提出煤系多形态矿产资源双协同勘查的基本思路、原则和理论体系，构建了煤系矿产资源协同勘查系统、勘查模式及实施方案。易同生等[34]将南方晚二叠世煤系气藏划分为源储一体型、源储紧邻型、下生上储型，指出不同组合类型气藏的最有利勘探层位和勘探区块。宁树正等[35]建立了煤系矿产资源一体化勘查与综合评价技术体系。

另外，一些学者开展了煤系气合采可行性和前沿技术探索。秦勇等[36]分析了滇东–黔西地区煤层群赋存条件下合采地质条件特点，提出了合采兼容性的跨度阈值及合采产层组分层均衡压裂改造的设计思路。张晧等[37]比较研究了叠置型煤系气田中不同压力体系下的合采地质条件及不同储层的产气特征，将煤系气合采工艺分为同压力体系合采、分压力体系合采及负压体系合采，认为同压力体系合采受压力系统影响而限制较大，分压力体系合采在合理构建井下空间前提下可满足任意情况下的煤系气合采作业，负压合采只适用于高产气低产水的条件。张芬娜等[38]建立了上部为煤层、下部为高压产气层条件下高效抽采煤系气的双管柱尺寸选取模型。秦勇等[39]将煤系气合层开采工艺归纳为分排、先分后合和合排三类基本模式，分析不同模式的适用性和局限性，为山西、川南、滇东等地煤系气资源合采提供了理论支持。

2.1.4 煤炭清洁高效利用机理研究

低碳经济和严格的环保政策推动煤的清洁利用研究，煤炭液化、气化、焦化成为煤化工工艺学和煤化学研究的热点和重点。吴浩等[40]揭示了低阶煤粒度、低温热解温度、升温速率、保温时间对半焦燃烧特性的影响规律与热解反应动力学机理，认为500℃时半焦的燃烧性能最好，为蒙陕地区低阶煤用作高炉喷吹煤提供了理论支撑。Chen Jingwei等[41]认为煤炭地下超临界水气化的能耗和能效要比联合循环气化系统的高，污染物排放少，工业化前景广阔。2016年启动的国家重点研发计划“煤炭清洁高效利用和新型节能技术”重点专项，从分子水平揭示了煤经合成气直接制低碳烯烃等高值化学品的催化机理与定向调控方法[42-43]，燃煤过程中砷、硒、铅等重金属的形态转化和迁移释放机理[44]，煤层底板灰分中碱性金属在生物气化中的复合催化作用机理[45-46]，燃煤有机污染物的生成机理及排放特性[47]等，形成了煤制油气用煤资源地质调查、采样测试与煤岩煤质相结合的工作方法，厘定并建立了液化、气化用煤的煤质指标与评价新方法，编制了全国煤制油气用煤资源分布图。煤和污泥等掺混后的燃料性能、结焦和结渣特性的试验研究[48]，为电厂和城市污泥环保处理提供了新途径。

2.1.5 煤层气储层评价与有利区预测

经过近30年的地面勘探与开发试验，我国煤层气资源家底已经清楚，但越来越多的开发工程表明，煤层气富集区并不一定是高产区，因此，煤层气开发工程与地质条件的适应性研究备受重视。王镜惠等[49]统计分析了沁水盆地南部煤层气井日产气量与储层含气性指数、煤层甲烷解吸效率指数、气水产出效率指数的关系，给出了高阶煤煤层气区单井产量800 m3/d和1 500 m3/d的煤储层产气能力指数阈值。部分学者[36,50]认识到压裂渗透率与煤层原始渗透率之间没有必然联系，强调煤体结构在储层压裂改造效果中的重要性。胡秋嘉等[51]、贾慧敏等[52]用流压回升伤害指数来表征井底流压回升对储层的伤害程度，认为凡尔漏失和气锁导致的抽油机系统排水效率降低是流压回升的主要原因，提出液压冲洗清除煤粉来防治固定凡尔漏失、机械振动清除煤粉来防治游动凡尔漏失、恒沉没工艺与气井间间断抽水工艺防气锁的方法。

作为一种边际资源，煤层气开发受市场经济条件约束。刘键烨等[53]以净现值为评价指标，建立了低油价背景下以盈利能力为导向的煤层气区块优选方法。

2.1.6 煤矿水害类型及煤层顶板复合含水层水患机理

随着煤炭开发重心向西部深埋矿区和东部老矿区深部延伸，水患成为威胁煤矿安全生产的主要类型。“一矿一策、一面一策”体现了我国煤矿水文地质条件复杂多变，“源头预防、区域治理、井上下联合治理”显示水患精准治理理念的重大转变。吕广罗等[54]研究大埋深巨厚煤层综放工作面顶板离层水涌突特征与机理，形成以地面直通式导流泄水孔与井下探放水孔相结合的疏放手段，以控制采高、推进速度、强化疏排为主的离层水综合防治技术体系，建立以监测孔水位+覆岩破断距+工作面来压+支架异常状态+围岩异常+瓦斯释放速率突增为核心指标的离层水涌突联合预测预报系统。陈红影[55]将全国矿井水害事故划分为7大类22亚类48细类，提出了不同类型水害危险性评价的关键因素。杨飞[56]将山西省较大以上采空突水事故划分为4亚类8细类，模拟研究了不同类型采空突水事故的发展规律和致灾机理，建立了老空水害成灾模式。

沉积控水理论持续深化，汪洋等[57]在剖析深埋侏罗纪煤层上覆含(隔)水层时空结构与富水性分区的基础上，采用沉积环境影响指数、砂岩厚度、导水裂隙带发育高度等6个评价指标，建立矿井涌(突)水风险评价方法，提出“上行开采低位截流”“工作面单侧截流” “工作面双侧截流”与“工作面方向调整截流”的顶板水源头治理模式。

2.2 矿井地质保障技术

煤矿6种灾害都与开采地质条件密切相关。煤矿现代化水平越高，矿井生产建设对地质条件的依赖程度就越强，煤炭精准智能开采对矿井地质条件的查明程度提出了新的更高要求。自20世纪90年代初国内学者提出煤矿安全高效生产地质保障系统概念以来，地质保障技术和手段日益先进，可靠程度愈来愈高。

2.2.1 定向钻进技术

钻探既是煤炭资源勘查的主要方法，也是查证煤矿隐蔽致灾因素、防治各类地质灾害的主要手段。地面大直径钻探技术、绳索取心定向钻进技术发展迅速，空气洗井技术、增阻堵漏技术、无机胶凝注浆固化技术、套管隔离技术等广泛应用于不同地质结构钻进情况下的洗井和防漏中，普通回转钻机离线式随钻同步抗磁测斜系统为瓦斯抽采钻孔、探放水钻孔的施工提供了技术支持，多矢量传感器组合校正方法为测量单元所有线性时不变误差的精准校正提供了保障，孔底单弯螺杆钻具力学模型和三维钻速方程为水平定向钻孔轨迹自动跟踪设计轨迹提供了理论依据[58-59]。中煤科工集团西安研究院有限公司研发的孔底螺杆马达定子旋转稳斜导向系统、小型化防爆型泥浆脉冲无线随钻测量系统、电磁波无线随钻测量系统和随钻测量地质导向系统，以及PDC定向钻进钻头与扩孔钻头等配套钻具、套铣打捞技术等，为复合定向钻进中钻孔轨迹精准控制提供了支撑，高韧性高强度外平钻杆、单弯螺杆马达满足了远距离定向钻进动力传递及泥浆脉冲信号稳定传输与排渣需求，ZDY12000LD、ZDY15000LD等大功率定向钻机扭矩和给进起拔力大、钻进及处理孔内事故能力强、工艺适应性广[60-62]。由此形成的煤矿井下近水平复合定向钻进成套技术与装备在神东煤炭集团有限公司保德煤矿先后创造了顺中硬(坚固性系数>1.5)低透气性煤层定向钻进主孔深度2 311、2 570、3 353 m，总进尺3 094、3 164、4 428 m的瓦斯抽采钻孔的孔深纪录。

高位大直径长距离定向钻进是软煤(0.8＜≤1.5)矿井采空区和工作面上隅角瓦斯抽采的有效技术。回转钻进二次成孔技术、滑动定向钻进技术(上升段)、旋转保直定向钻进技术(水平段)、扭转冲击钻进技术，以及大转矩高起拔力定向钻机配套的冲击螺杆马达、大扭矩螺杆马达、高压潜孔锤和高强度钻杆等，应用于黔西北、淮南、平顶山、焦作、晋城、高平、潞安、阳泉、鸡西、铁法等矿区，以及澳大利亚等一些高突矿井瓦斯抽采中，解决了沿采动裂隙带钻进难、成孔难、轨迹控制难、瓦斯抽采能力不足等难题，最大成孔深度1 026 m[63-66]。将“定向先导孔+正向分级扩孔+大孔开分支”工艺应用于山西高平矿区赵庄矿井1309工作面瓦斯抽采中，单孔最高抽采量达3.3万m3/d、单个钻场最高抽采量5万m3/d[67]。这与高抽巷瓦斯抽采能力相当，证明以孔代巷高效抽采瓦斯具有显著的技术经济效益。

针对沿极软(≤0.8)低渗煤层钻进容易发生喷孔、塌孔、卡钻、掉钻、埋钻等事故，成孔率和事故处理成功率低、轨迹控制难而遗留瓦斯抽采盲区和空白带的难题，研发了空气复合定向钻进技术、主孔探顶和侧钻开分支孔技术、中风压空气/氮气复合冲孔强排渣钻进技术，配套矿用有线地质导向随钻测量装置、空气螺杆马达、异形定向钻具、矿用空压机、孔口除尘器、空气流量与压力监控系统等，在贵州黔西青龙煤矿突出煤层(=0.37)中，施工完成253个顺煤层压风定向钻孔，95%钻孔达到设计孔深，单孔最大成孔深度385 m，累计进尺超过3万m，单孔瓦斯抽采纯量是普通回转钻孔的10倍以上[68]，实现了极软煤层定向钻进成孔深度和瓦斯抽采效果的重大突破。

同时，将定向钻进技术应用到碎软煤层顶板水平井、煤层顶/底板小曲率梳状钻孔瓦斯抽采工程中，采用泥浆护壁、清水钻进、螺旋钻杆+泥浆脉冲无线随钻测量复合定向钻进等技术，实施“沿顶/底板主孔钻进、分支孔导通煤层”工艺，在阳泉、韩城、黔西、高平等矿区和淮南顾桥矿的长距离定向钻进抽采瓦斯(煤层气)工程中，成孔率、钻孔速度、瓦斯抽采效率、经济效益比顺煤层的有大幅度提高，为高突矿井瓦斯治理提供了方案[69-72]。

另外，定向钻进技术广泛应用于超前弱化坚硬煤层和预裂复杂坚硬顶板中，卸压效果良好[73-75]。防治水方面，黄河北煤田邱集煤矿采用定向钻进注浆技术和井上下水文观测孔水压实时监控技术，在11煤层顶板施工梅花式和穿层式钻孔，6个主孔和25个分支孔总进尺12 011 m，累计注浆104 880 t，实现了对含水层裂隙及隐蔽导水通道的精准封堵，解放了6 000万t煤炭资源[76]。刘林[77]将定向钻进注浆加固煤层底板、构筑关键隔水层防断层活化、封闭不良钻孔再注浆封孔等技术应用于永夏矿区新桥煤矿隐蔽水害防治中，保证了南一采区安全回采。

2.2.2 地面三维地震勘探技术

三维地震勘探从仪器、设备到数据采集、处理与解释技术实现了全数字化和可视化。高密度全数字三维地震勘探不仅能够较精准地控制小型断层、褶皱、裂隙、煤层赋存状态、地层分界面、巷道位置，还通过增加空间采样率、减小面元尺度、拓宽方位角、增加覆盖次数，应用“人工智能蚂蚁追踪方法”降噪和叠前时间偏移技术，获得“高分辨率、高信噪比、高保真度”的三维数据体，再融合地质知识和地震属性自动提取技术、标准化处理技术及人工网络转化，实现对煤层厚度、采空区、下组煤、陷落柱、活断层的精准探测[78-80]。利用多源异构信息融合与反演技术，建立煤层含气量与波阻抗、声波时差之间的相关性，进而预测煤层气富集区，拓展了地震勘探成果的应用范围[81]。

2.2.3 矿井物探技术

槽波地震勘探主要进展体现在对煤层断层、煤层厚度、夹矸分布形态的探测上。Guo Changfang等[82]提出的遗传算法(GA)–同步迭代重构算法(SIRT)，廉洁等[83]提出的透射波速与煤层厚度关系式，将槽波勘探对煤层厚度预测的准确率提高到86%以上。蒋锦朋[84]将三维弹性波全波形反演方法引入槽波模型构建中，较精确地刻画了煤层中断层、夹矸、陷落柱等地质异常体。王增玉等[85]根据含夹矸煤层Love型槽波频散曲线特性和煤层PP波与PS波反射系数关系定量预测煤层夹矸厚度及位置。目前，反射槽波在探测采空区、煤层冲刷带及断层等地质异常的距离为煤层厚度的100倍，精度达90%以上；透射波法探测煤层厚度变化、断层与夹矸、陷落柱、废弃巷道等距离为煤层厚度的300倍。槽波与钻探、巷探及与其他物探技术结合，为超长工作面内地质异常体精准探查提供了技术支持。

将智能化芯片、人工智能算法等应用于瞬变电磁勘探中，使得矿井富水区预测、陷落柱采空积水区位置和范围的精准探测更加准确。邱长凯[86]使用非结构四面体网格刻画任意复杂的地电模型、矢量有限元求解主动源4种偶极子场源频率域或时间域后认为，基于总场的有限元离散算法准确度高、可靠性和通用性好，开发的代数多重网格预条件迭代求解器为电磁法勘探中大规模三维频率域电磁正反演模拟提供了处理工具。

第二代曲波变换技术广泛应用于露天煤矿边坡和地质灾害勘察中，提高了原始地质雷达信号中有效波的识别能力，为地质异常精细解释提供了方法[87-88]。矿井音频电透视技术与高密度电测深法组合，实现了对工作面内部隐伏陷落柱的综合探测[89]。孔中物探、孔间物探、孔–巷物探、巷间物探成为地质异常超前精细探测的主要方式，井上下结合、物探与钻探、物探与巷探、多种物探方法的综合探测为巷道安全掘进和工作面顺利回采提供了可靠的地质保障。

2.2.4 碎软煤层区煤层气(瓦斯)水平井分段压裂高效抽采核心技术

水平井分段压裂是针对致密低渗油气储层提出的人工强化改造增产技术措施，2013年引入大宁–吉县区块本煤层地面煤层气开发试验中，在中硬煤层区取得单井产量12 000 m3/d的佳绩[90]。碎软低渗煤层是由煤体结构与力学性质不同的多个煤分层组成，碎软或软硬叠合，各向异性显著，顺煤层施工水平井和分段压裂效果不佳。张群等[91]阐明了顶板岩层较脆性、碎软煤层相对塑性条件下，沿煤层顶板施工水平井和垂直煤层分段射孔与水力压裂时裂缝向煤层扩展机理，认为这种模式产生的压裂缝长度是碎软煤层中直接压裂的缝长的6.7倍。许耀波等[92]认为在软/硬煤复合煤层中，沿局部硬煤段不固井施工水平井分段射孔压裂能够形成复杂不规则的垂直裂缝，并扩展进入软煤分层中；将水平井分段压裂4个关键工艺应用于赵庄井田硬煤分层的煤层气开发中，单井产能达4 700 m3/d，是直井平均产能的15~20倍；将煤层顶板水平井分段压裂技术应用于赵庄井田碎软煤层区地面煤层气开发中，实现了单井产能6 400 m3/d、最高9 325 m3/d的佳绩。同时将其应用到黔北、黔西、阳泉、韩城等碎软低渗煤矿区井下瓦斯预抽中，大幅度提高了瓦斯抽采率和百米钻孔瓦斯抽采量[70-71,93]。

2.2.5 工作面三维地质模型

煤矿安全、智能开采迫切需要实现工作面开采地质条件和隐蔽致灾因素的透明化，以增强采掘设备全面自主地感知煤岩界面，提高智能分析与决策、自动精准控制与高效采煤能力。为此，依托现代信息技术和时态地理信息系统，融合煤炭地质勘查、地面三维地震勘探、井下钻探、矿井物探、随采地震勘探，利用采煤机截割信号、煤/岩电磁特性等多源异构地质信息，构建工作面三维地质模型，以实现工作面内部煤层厚度、煤体结构、地质构造、煤/岩界面等开采地质条件，以及富水区、瓦斯异常区等隐蔽致灾因素的精确定位与可视化和透明化。程建远等[94-96]、王峰[97]将工作面地质透明化建设视为一个不断逼近的动态过程，提出利用工作面“静态地质数据”和“动态地质数据”梯级构建三维地质模型的思路和关键技术，为采煤机自动截割提供了地质保障。

2.3 煤岩测试自动化

随着光学显微镜、显微数码相机和图像控制与处理技术的发展，镜质体反射率测试与煤岩显微组分精准识别进入图像分析阶段。王慧[98]采用曲波变换对煤岩显微图像中各惰质组分组的形态学或几何学参数进行纹理结构差异分析，实现了基于压缩感知的惰质组分的自动分类。赵俊国[99]发明了通过摄像机自动聚焦识别粉煤光片图像灰度值来判识煤岩组分的自动化检测及控制技术。宋孝忠等[100-101]针对壳质组与黏结剂间灰度重叠区的有效分割、显微组分组图像自动识别中的关键技术难题，以Leica DM 2500P型偏反光显微镜和具有数字图像采集功能的工业相机为基础，研发出具有自动扫描和聚焦驱动控制装置的煤岩显微图像采集系统，开发出粉煤光片中煤岩显微组分组图像的去噪预处理和自动分割与识别技术，形成了GKMC烟煤显微组分组图像法自动测定技术及装备系统，为煤岩显微组分组精准高效测定提供了技术与检测平台。

3 面临的主要问题

煤炭地质学是直接服务于煤系矿产资源绿色勘查、精准开发、清洁利用的应用基础科学。“十三五”期间，学科发展成就与研究成果，为推进煤炭行业科技进步、煤炭工业可持续发展做出了巨大贡献，但也面临一些问题。

1) 高度集成的创新性成果偏少

我国从事煤炭地质学研究的有生力量主要有煤炭地质勘查单位、煤矿企业地测部门、科研院所、相关高校。由于不同单位和个人多关注某一地区或某一领域的煤地质理论或(和)开发利用技术问题，研究视野较狭窄，且各行其是，与国内外同学科不同专业的交流较少，与地质学其他分支学科的深度融合不够。因此，能够一揽子解决某含煤区(矿区)开发地质条件与工程技术问题的多学科交叉与高度集成型研究成果较少。

2) 重技术研发、轻基础理论创新

煤矿安全高效开采领域每次重大的技术进步都离不开煤炭地质学相关理论创新的支撑。例如，煤岩塑性流变理论既深化了人们对韧性变形序列构造煤的生气能力、物理力学状态与变形规律的认识，为区域瓦斯治理、优选工作面支护方式提供了依据，又促进地球物理探测技术的进步。又如，煤岩水力压裂缝起裂机理与扩展规律认识的深化，推动了煤层气水平井分段压裂技术的进步，使曾被认为“煤层气开发禁区”的淮北碎软煤层区实现了单井最高产气量1 0754.8 m3/d、平均日产量9 505 m3的历史性突破[102-103]。然而，煤炭地质理论研究主要由相关高校感兴趣的科研团队承担，煤炭开发工作者仍坚持“容错法”开展安全开采工程领域的试验性探索。同时，大型相似材料模拟实验条件缺少统一的设计与操作标准等。因此，煤炭基础理论研究相对薄弱、分散，并与开发工程实践联系不紧密，产、学、研、用的深度融合不够。

3) 煤系矿产资源共采关键技术尚未取得实质性突破

我国煤系矿产资源协同勘查与储层评价研究有一定进展，但资源评价没有纳入开采地质条件，尤其是矿(储)层物性特征，成果难以支撑共探共采实践的需求。例如，近年来在鄂尔多斯盆地及其东缘、阜新盆地和滇东黔西地区开展的煤系“三气”同探共采试验中，多数气共采井产量低于分层单采和单层分采量[26,104]。煤系气共生机理、含气层开采地质条件评价、钻井轨迹优选、井身结构优化、裂缝扩展机理与压裂工艺优化、分层控压与合层排采等技术还没有系统研究，或无实质性突破，煤系气共采模式创新不够。同时，与煤共伴生的金属、非金属矿产共采理论与技术仍然处于探索之中。

4) 地质保障技术与装备水平不能满足煤炭智能化开采需求

煤矿智能化程度及井下作业人数体现了一个国家煤炭工业现代化水平和安全生产状况。2007年以来，我国煤炭智能开采技术及装备发展迅速，在一些煤层厚度稳定、起伏平缓、中小型断层稀少、煤层顶底板平整、无陷落柱和侵入岩干扰的低瓦斯矿井工作面初步实现了基于远程监控和人工干预相结合、以记忆截割技术为标志的智能化开采。然而，受煤岩自动识别技术尚未突破、采煤机滚筒自动调高能力有限的约束，智能化开采要求在采区设计和工作面回采之前能够提供一份精准再现采区或工作面内部结构与隐蔽地质异常体的煤层立体地质图，但目前的地质保障精度与装备水平尚不能满足复杂工作面的智能化开采。工作面透射槽波勘探可探测煤层厚度300倍长度范围内的煤层厚度(含夹矸)、直径10 m以上的陷落柱、落差大于1/2煤厚的断层等，但对异常类型和尺度的识别准确率低；反射槽波勘探对隐蔽采空区、冲刷带及断层等的解释平面误差为3~5 m，但难以准确判断断层落差及采空区规模[105]。因此，构建的采区或工作面三维地质模型精度低，多数情况下工作面开采仍然依赖人为经验判断。

4 展望

一门学科的生命力取决于其适应社会需要和科学技术发展要求的能力，而这些能力又取决于其继承发展的潜力和创新能力。“十四五”乃至未来一段时期，煤炭地质学应围绕“提供充足绿色煤炭”和“减轻煤矿地质灾害”的煤炭工业持续发展目标，以攻克煤炭绿色勘查、精准智能开采和清洁高效利用中的关键基础理论和共性技术瓶颈为主要突破口，强化煤炭科技创新和高端人才培养，为促进煤炭科技成果向现实生产力转化服务。

4.1 煤系矿产资源协同勘探与精准评价

时至今日，中国陆域煤炭、煤系主要矿产的层系和地域分布、资源潜力已基本清楚，但勘查程度较低，开采地质条件尚不清楚。应加强煤系矿产资源共生机理、赋存与分布规律、多手段协同勘探技术、开发地质条件精细探测技术和精准评价方法研究，形成以遥感资源航测技术、高精度地球物理勘探技术、定向钻进技术、一孔多用技术、地质勘查信息化技术为支撑的绿色煤炭综合勘查评价技术体系，提高煤系矿产资源评价的可靠性，为大型煤炭基地安全高效矿井建设和可持续发展提供保障。

4.2 煤系矿产资源友好共采理论与技术

煤系矿产资源种类多、潜力大、开发利用价值高。应加强不同叠置方式下煤系矿种的储(矿)层物性与开采环境耦合机理研究，创新地质环境约束下的资源协同开采模式；依托示范工程争取在共采方式、井身结构优化、压裂工艺、控压工艺和排采制度、多矿种协同开采技术、保护性开采与区域地质环境快速修复技术方面取得颠覆性突破。

4.3 煤炭智能化开采地质保障技术

煤矿智能化开采是煤炭工业高质量发展的核心巨系统支撑，实时感知煤/岩界面是准确控制割煤高度的前提。为了实现智能化建设各阶段目标，应着力研发智能化物探仪器和智能钻探装备，开发煤系裂隙带属性叠前地震反演技术、全数字高密度三维三分量地震勘探技术，开展槽波地震联合勘探、槽波雷达探测、高密度电法勘探试验，创新孔中、孔间、孔–巷、巷–巷联合探测技术，以及地面、井下、空中一体化多方位精细探测与综合解释技术，不断提升对煤层厚度、煤层结构、老孔、塌陷区、瓦斯富集区，导水裂隙带探测的准确性；深化煤岩界面识别的核、重、磁、声、光、电、地震、热力学等多物理参数综合成像技术研发，开展采场应力耦合叠加效应下煤矿动力地质灾害演化机理与微震监测和视电阻率动态预警技术，为智能工作面设计和精准开采提供可靠的地质保障。

4.4 工作面三维地质动态建模技术

工作面地质条件透明化是煤炭精准智能开采和清洁利用的基础保障，三维地质建模是实现透明工作面的关键技术。着力研发钻探、地面物探、工作面巷道和切眼、矿井物探、随采地震探测、激光扫描等多源异构地质地理信息的发掘技术，采动应力叠加下多场参量与多灾害源信息的全程感知与监测技术，聚焦多源异构信息融合系统平台的构建、大数据储集与插值化处理方法、三维地理地质数据库生成方法、多源异构信息融合效果评价，以及地质数据可视化重构方法、三维动态地质模型快速传输与透明显示技术、实时数据解释与共享技术等，精细建立工作面三维地质动态模型，实现工作面煤层赋存状态、煤岩界面与隐蔽致灾因素和致灾过程的精准再现，为煤炭智能精准开采提供“地质导航”。

[1] 贾建称，范永贵，吴艳，等. 中国煤炭地质勘查主要进展与发展方向[J]. 中国煤炭地质，2010，22(增刊1)：147–153. JIA Jiancheng，FAN Yonggui，WU Yan，et al. Main progresses and development direction of coal geological exploration in China[J]. Coal Geology of China，2010，22(Sup.1)：147–153.

[2] 谢和平，钱鸣高，彭苏萍，等. 煤炭科学产能及发展战略初探[J]. 中国工程科学，2011，13(6)：44–50. XIE Heping，QIAN Minggao，PENG Suping，et al. Sustainable capacity of coal mining and its strategic plan[J]. Strategic Study of CAE，2011，13(6)：44–50.

[3] 谢和平，吴立新，郑德志. 2025年中国能源消费及煤炭需求预测[J]. 煤炭学报，2019，44(7)：1949–1960. XIE Heping，WU Lixin，ZHENG Dezhi. Prediction on the energy consumption and coal demand of China in 2025[J]. Journal of China Coal Society，2019，44(7)：1949–1960.

[4] 缪富恩. 我国煤地质学发展的几个问题[J]. 科学通报，1963(4)：39–44. MIU Fu’en. Some problems in the development of coal geology in China[J]. Chinese Science Bulletin，1963(4)：39–44.

[5] MILICI R C，WARWICK P D，CECIL C B. Coal system analysis：A new approach to the understanding of coal formation，coal quality，environmental considerations，and coal as a source rock for hydrocarbon[EB/OL]. Http://gsa.comfex.com/ gsa/2001 AM/final program/session 596htm，2009.

[6] WARWICK P D，MILICI R C. Coal systems analysis：Geological society of America special paper 387[M]. Colorado：GSA Inc.，2005：1–8.

[7] 刘桂建，彭子成，王桂梁，等. 煤中微量元素研究进展[J]. 地球科学进展，2002，17(1)：53–62. LIU Guijian，PENG Zicheng，WANG Guiliang，et al. Study on trace elements in coal[J]. Advance in Earth Sciences，2002，17(1)：53–62.

[8] 陈祖兴，刘心中，翁仁贵. 煤中微量元素研究进展[J]. 能源与环境，2008(5)：4–6. CHEN Zuxing，LIU Xinzhong，WENG Rengui. Research progress of micronutrient in coal[J]. Energy and Environment，2008(5)：4–6.

[9] 张舒洁，陶秀祥. 煤中微量元素在分选过程中迁移规律研究进展[J]. 煤炭科学技术，2012，40(4)：120–124. ZHANG Shujie，TAO Xiuxiang. Study progress on migration law of coal trace elements in preparation process[J]. Coal Science and Technology，2012，40(4)：120–124.

[10] 宋党育，袁镭，白万备，等. 煤地质学研究进展与前沿[J]. 煤田地质与勘探，2016，44(4)：1–7. SONG Dangyu，YUAN Lei，BAI Wanbei，et al. Advance and frontier of coal geology[J]. Coal Geology & Exploration，2016，44(4)：1–7.

[11] WARD C R. Coal geology and coal technology[M]. London：Black Well Scientific Publications，1984.

[12] THOMAS L. Handbook of practical coal geology[M]. New York：John Wiley & Sons Ltd，1992.

[13] International Journal of Coal Geology editorial board. The International Journal of Coal Geology[M]. Elsvier(Science Director)，2018.

[14] HSIEN C Y. On the vegetable tissue and flora in the Chinese coals and their geological signification[J]. Bulletin Geological Society of China，1932，11(3)：267–300.

[15] 胡社荣，彭纪超，郝国强，等. 大地构造理论和中国4次煤田预测与潜力评价[J]. 煤田地质与勘探，2012，40(3)：1–5. HU Sherong，PENG Jichao，HAO Guoqiang，et al. Geotectonic theory and the fourth prediction or potential evaluation of China’s coalfields[J]. Coal Geology & Exploration，2012，40(3)：1–5.

[16] 关世桥. 中国煤地质学发展历程及其影响因素分析[J]. 中国煤炭地质，2011，23(1)：66–71. GUAN Shiqiao. Analysis of development course of coal geology and its impacting factors in China[J]. Coal Geology of China，2011，23(1)：66–71.

[17] 张泓，张群，曹代勇，等. 中国煤田地质学的现状与发展战略[J]. 地球科学进展，2010，25(4)：343–352. ZHANG Hong，ZHANG Qun，CAO Daiyong，et al. Status and development strategy of coal geology in China[J]. Advances in Earth Sciences，2010，25(4)：343–352.

[18] 曹代勇，王佟，王丹，等. 煤炭地质学：涵义与发展趋势[J]. 煤炭学报，2010，35(5)：765–769. CAO Daiyong，WANG Tong，WANG Dan，et al. Coal geology：Its meaning and development trend[J]. Journal of China Coal Society，2010，35(5)：765–769.

[19] 曹代勇，魏迎春，宁树正. 绿色煤炭基础地质工作框架刍议[J]. 煤田地质与勘探，2018，46(3)：1–5. CAO Daiyong，WEI Yingchun，NING Shuzheng. The framework of basic geological works for green coal[J]. Coal Geology & Exploration，2018，46(3)：1–5.

[20] 王东东，李增学，吕大炜，等. 陆相断陷盆地煤与油页岩共生组合及其层序地层特征[J]. 地球科学，2016，41(3)：508–522. WANG Dongdong，LI Zengxue，LYU Dawei，et al. Coal and oil shale paragenetic assemblage and sequence stratigraphic features in continental faulted basin[J]. Earth Science，2016，41(3)：508–522.

[21] 史鸣剑，邵龙义，王帅，等. 伊敏凹陷早白垩世含煤岩系层序地层与聚煤模式[J]. 煤炭学报，2019，44(11)：3491–3503. SHI Mingjian，SHAO Longyi，WANG Shuai，et al. Sequence stratigraphy and coal accumulation of the lower cretaceous in Yimin Sag[J]. Journal of China Coal Society，2019，44(11)：3491–3503.

[22] 郭彪，邵龙义，马施民，等. 海拉尔盆地群下白垩统层序格架内聚煤特征与成煤模式[J]. 煤田地质与勘探，2017，45(1)：14–19. GUO Biao，SHAO Longyi，MA Shimin，et al. Coal-accumulating and coal-forming patterns within sequence stratigraphy framework of Early Cretaceous in Hailar basins[J]. Coal Geology & Exploration，2017，45(1)：14–19.

[23] BOHACS K M，SUTER JR. Sequence stratigraphic distribution of coaly rocks：Fundamental controls and paralic examples[J]. American Association of Petroleum Geologists Bulletin，1997，81(10)：1612–1639.

[24] 傅雪海，德勒恰提·加娜塔依，朱炎铭，等. 煤系非常规天然气资源特征及分隔合采技术[J]. 地学前缘，2016，23(3)：36–40. FU Xuehai，Deleqiati JIANATAYI，ZHU Yanming，et al. Resources characteristics and separated reservoirs’ drainage of unconventional gas in coal measures[J]. Earth Science Frontiers，2016，23(3)：36–40.

[25] 姜杉钰，王峰. 中国煤系天然气共探合采的战略选择与发展对策[J]. 天然气工业，2020，40(1)：152–159. JIANG Shanyu，WANG Feng. Strategic choice and development countermeasures for the commingled exploration and exploitation of coal measure natural gas in China[J]. Natural Gas Industry，2020，40(1)：152–159.

[26] 甘云燕，张凯亮，姚海鹏. 内蒙古鄂尔多斯地区煤系气资源及其合勘共采潜力探讨[J]. 煤炭学报，2018，43(6)：1661–1668. GAN Yunyan，ZHANG Kailiang，YAO Haipeng. Discussion on potential joint mining of coal measures gases resources in Ordos area，Inner Mongolia[J]. Journal of China Coal Society，2018，43(6)：1661–1668.

[27] 左兆喜，张晓波，陈尚斌，等. 煤系页岩气储层非均质性研究：以宁武盆地太原组和山西组为例[J]. 地质学报，2017，91(5)：1130–1140. ZUO Zhaoxi，ZHANG Xiaobo，CHEN Shangbin，et al. Heterogeneity of shale gas reservoirs in coal measures：A case study of the Taiyuan and Shanxi Formations in the Ningwu Basin[J]. Acta Geologica Sinica，2017，91(5)：1130–1140.

[28] 谢卫东，王猛，代旭光，等. 山西河东煤田中–南部煤系页岩气储层微观特征[J]. 天然气地球科学，2019，30(4)：512–525. XIE Weidong，WANG Meng，DAI Xuguang，et al. Microscopic characteristics of shale gas reservoirs in middle and southern coal measures of Hedong Coalfield，Shanxi Province[J]. Natural Gas Geoscience，2019，30(4)：512–525.

[29] 张吉振 ，李贤庆，张学庆，等. 煤系页岩储层孔隙结构特征和演化[J]. 煤炭学报，2019，44(增刊1)：195–204. ZHANG Jizhen，LI Xianqing，ZHANG Xueqing，et al. Microscopic characteristics of pore structure and evolution in the coal-bearing shale[J]. Journal of China Coal Society，2019，44(Sup.1)：195–204.

[30] 傅雪海，张苗，张庆辉，等. 山西省域石炭二叠纪煤系泥页岩气储层评价指标体系[J]. 煤炭学报，2018，43(6)：1654–1660. FU Xuehai，ZHANG Miao，ZHANG Qinghui，et al. Evaluation index system for the Permo-Carboniferous mud shale reservoirs of coal measures in Shanxi Province[J]. Journal of China Coal Society，2018，43(6)：1654–1660.

[31] PENG Yanxia，GUO Shaobin，ZHAI Gangyi，et al. Determination of critical parameters for evaluating coal measure shale gas in China[J]. Marine and Petroleum Geology，2019，109：732–739.

[32] 曹代勇，秦国红，张岩，等. 含煤岩系矿产资源类型划分及组合关系探讨[J]. 煤炭学报，2016，41(9)：2150–2155. CAO Daiyong，QIN Guohong，ZHANG Yan，et al. Classification and combination relationship of mineral resources in coal measures[J]. Journal of China Coal Society，2016，41(9)：2150–2155.

[33] 李增学，王东东，吕大炜，等. 煤系矿产类型及协同勘查研究进展：兼论煤地质学一些概念的规范化问题[J]. 煤炭科学技术，2018，46(4)：164–176. LI Zengxue，WANG Dongdong，LYU Dawei，et al. Study progress on coal measure mineral type and coordinated exploration：Discussion on conception standardized issues of coal geology[J]. Coal Science and Technology，2018，46(4)：164–176.

[34] 易同生，高为. 六盘水煤田上二叠统煤系气成藏特征及共探共采方向[J]. 煤炭学报，2018，43(6)：1553–1564. YI Tongsheng，GAO Wei. Reservoir formation characteristics as well as co-exploration and co-mining orientation of upper permian coal-bearing gas in Liupanshui Coalfield[J]. Journal of China Coal Society，2018，43(6)：1553–1564.

[35] 宁树正，曹代勇，朱士飞，等. 煤系矿产资源综合评价技术方法探讨[J]. 中国矿业，2019，28(1)：73–79. NING Shuzheng，CAO Daiyong，ZHU Shifei，et al. Discussion on comprehensive evaluation technical method of coal resources[J]. China Mining Magazine，2019，28(1)：73–79.

[36] 秦勇，吴建光，张争光，等. 基于排采初期生产特征的煤层气合采地质条件分析[J]. 煤炭学报，2020，45(1)：241–257. QIN Yong，WU Jianguang，ZHANG Zhengguang，et al. Analysis of geological conditions for coalbed methane coproduction based on production characteristics in early stage of drainage[J]. Journal of China Coal Society，2020，45(1)：241–257.

[37] 张晧，綦耀光，张芬娜，等. 基于不同压力体系下煤系气合采工艺的适用性研究[J]. 煤炭科学技术，2017，45(12)：194–200. ZHANG Hao，QI Yaoguang，ZHANG Fenna，et al. Adaptability study on co-mining technique of coal measures gas based on different pressure system[J]. Coal Science and Technology，2017，45(12)：194–200.

[38] 张芬娜，张晧，綦耀光，等. 基于煤系气双管柱分压合采技术的适用性分析[J]. 煤炭学报，2017，42(10)：2657–2661. ZHANG Fenna，ZHANG Hao，QI Yaoguang，et al. Adaptability analysis on co-exploitation based on dual–tube technology in coal bearing gas[J]. Journal of China Coal Society，2017，42(10)：2657–2661.

[39] 秦勇，吴建光，李国璋，等. 煤系气开采模式探索及先导工程示范[J]. 煤炭学报，2020，45(7)：2513–2522. QIN Yong，WU Jianguang，LI Guozhang，et al. Patterns and pilot project demonstration of coal measures gas production[J]. Journal of China Coal Society，2020，45(7)：2513–2522.

[40] 吴浩，邹冲，何江永，等. 低阶煤热解条件对高炉喷吹半焦燃烧性能及动力学特性的影响[J]. 过程工程学报，2020，20(4)：449–457. WU Hao，ZOU Chong，HE Jiangyong，et al. Effect of low-rank coal pyrolysis conditions on combustion performance and kinetic characteristics of semi-coke for blast furnace injection[J]. The Chinese Journal of Process Engineering，2020，20(4)：449–457.

[41] CHEN Jingwei，XU Wenwen，ZHANG Feng，et al. Thermodynamic and environmental analysis of integrated supercritical water gasification of coal for power and hydrogen production[J]. Energy Conversion and Management，2019，198：111927.

[42] 王玲玉. 合成气制低碳烯烃催化剂的研究[D]. 杭州：浙江工业大学，2019. WANG Lingyu.The research of catalysts for syngas to lower olefins[D]. Hangzhou：Zhejiang University of Technology，2019.

[43] 邹成成. 合成气直接转化制烯烃催化剂研制及催化性能研究[D]. 厦门：厦门大学，2020. ZOU Chengcheng. Study on catalyzer and it’s performance for syngas direct conversion to olefins[D]. Xiamen：Xiamen University，2020.

[44] 马晓文，李建军. 燃煤电厂重金属污染与控制技术研究进展[J]. 四川化工，2019，22(1)：5–8. MA Xiaowen，LI Jianjun. Research progress of heavy metal pollution and control technology in coal-fired power plants[J]. Sichuan Chemical Industry，2019，22(1)：5–8.

[45] HUSSAIN M，TUF L D，YUSUP S，et al. Characterization of coal bottom ash and its potential to be used as catalyst in biomass gasification[J]. Materials Today：Proceedings，2019，16(Part4)：1886–1893.

[46] GUO Li，ZHAI Ming，WANG Zhentong，et al．Comparison of bituminous coal and lignite during combustion：Combustion performance，coking and slagging characteristics[J]. Journal of the Energy Institute，2019，92(3)：802–812.

[47] 徐静颖，卓建坤，姚强. 燃煤有机污染物生成排放特性与采样方法研究进展[J]. 化工学报，2019，70(8)：2823–2834. XU Jingying，ZHUO Jiankun，YAO Qiang. Research progress on formation emission characteristics and sampling methods of organic compounds from coal combustion[J]. CIESC Journal，2019，70(8)：2823–2834.

[48] 李德波，崔乘亮，蒋勇军，等. 煤和市政污泥掺烧的灰熔融特性研究[J]. 发电技术，2019，40(4)：347–354. LI Debo，CUI Chengliang，JIANG Yongjun，et al. Investigation of fusion characteristics in co-combustion of coal with municipal sludge[J]. Power Generation Technology，2019，40(4)：347–354.

[49] 王镜惠，王美冬，田锋，等. 高煤阶煤层气储层产气能力定量评价[J]. 油气地质与采收率，2019，26(4)：105–110. WANG Jinghui，WANG Meidong，TIAN Feng，et al. Quantitative evaluation of production capacity of high rank coalbed methane reservoir[J]. Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2019，26(4)：105–110.

[50] 赵家攀，张永琪，张帅，等. 煤体结构对煤层气井产能的影响及其对策[J]. 中国煤层气，2017，14(2)：9–12. ZHAO Jiapan，ZHANG Yongqi，ZHANG Shuai，et al. Effect of coal body structures on CBM wells’ production and solutions[J]. China Coalbed Methane，2017，14(2)：9–12.

[51] 胡秋嘉，贾慧敏，祁空军，等. 高煤阶煤层气井单相流段流压精细控制方法：以沁水盆地樊庄–郑庄区块为例[J]. 天然气工业，2018，38(9)：76–81. HU Qiujia，JIA Huimin，QI Kongjun，et al. A fine control method of flowing pressure in single-phase flow section of high-rank CBM gas development wells：A case study from the Fanzhuang-Zhengzhuang block in the Qinshui basin[J]. Natural Gas Industry，2018，38(9)：76–81.

[52] 贾慧敏，胡秋嘉，祁空军，等. 煤层气流压回升型不正常井储层伤害机理与治理[J]. 煤田地质与勘探，2019，47(4)：69–75. JIA Huimin，HU Qiujia，QI Kongjun，et al. Damage mechanism and countermeasures of reservoir with abnormal pickup of CBM flow pressure in well[J]. Coal Geology & Exploration，2019，47(4)：69–75.

[53] 刘键烨，罗东坤，王晓宇，等. 低油价下煤层气开发区块优选方法[J]. 煤炭工程，2018，50(11)：124–130. LIU Jianye，LUO Dongkun，WANG Xiaoyu，et al. Optimal selection method for coalbed methane development block under low oil price[J]. Coal Engineering，2018，50(11)：124–130.

[54] 吕广罗，李文平，黄阳，等. 综放开采煤层顶板离层积水涌突特征及防治关键技术研究[J]. 中国煤炭地质，2016，28(11)：55–61. LYU Guangluo，LI Wenping，HUANG Yang，et al. Coal roof abscission layer ponding water gushing and bursting characteristics and study on key technologies of prevention and control during fully mechanized mining[J]. Coal Geology of China，2016，28(11)：55–61.

[55] 陈红影. 我国矿井水害的类型划分与水文结构模式研究[D]. 徐州：中国矿业大学，2019. CHEN Hongying. Study on the type classification and hydrological structure model of mine water hazards in China[D]. Xuzhou：China University of Mining & Technology，2019.

[56] 杨飞. 山西省老空突水的水文地质结构模式与致灾机制[D]. 徐州：中国矿业大学，2019. YANG Fei. Goaf-water inrush models of hydrogeologic structure and its disaster-mechanism in Shanxi Province[D]. Xuzhou：China University of Mining & Technology，2019.

[57] 王洋，武强，丁湘，等. 深埋侏罗系煤层顶板水害源头防控关键技术[J]. 煤炭学报，2019，44(8)：2449–2459. WANG Yang，WU Qiang，DING Xiang，et al. Key technologies for prevention and control of roof water disaster at sources in deep Jurassic seams[J]. Journal of China Coal Society，2019，44(8)：2449–2459.

[58] 张旭辉. 随钻测量技术与钻孔轨迹控制技术的研究[J]. 现代矿业，2019，35(3)：32–34. ZHANG Xuhui. Research on measurement technology while drilling and drilling trajectory control technology[J]. Modern Mining，2019，35(3)：32–34.

[59] 刘宗伟. 矿用水平钻机钻孔轨迹测量与跟踪方法研究[D]. 太原：太原理工大学，2018. LIU Zongwei. Research on measurement and tracking method to trajectory for horizontal drilling machine in mine[D]. Taiyuan：Taiyuan University of Technology，2018.

[60] 赵建国，赵江鹏，许超，等. 煤矿井下复合定向钻进技术研究与应用[J]. 煤田地质与勘探，2018，46(4)：202–206. ZHAO Jianguo，ZHAO Jiangpeng，XU Chao，et al. Composite directional drilling technology in underground coal mine[J]. Coal Geology & Exploration，2018，46(4)：202–206.

[61] 李泉新. 煤矿井下复合定向钻进及配套泥浆脉冲无线随钻测量技术研究[D]. 北京：煤炭科学研究总院，2018. LI Quanxin. Research on technology of drilling combined rotary with direction and related mud pulse MWD[D]. Beijing：China Coal Research Institute，2018.

[62] 石智军，董书宁，杨俊哲，等. 煤矿井下3 000 m 顺煤层定向钻孔钻进关键技术[J]. 煤田地质与勘探，2019，47(6)：1–7. SHI Zhijun，DONG Shuning，YANG Junzhe，et al. Key technology of drilling in-seam directional borehole of 3 000 m in underground coal mine[J]. Coal Geology & Exploration，2019，47(6)：1–7.

[63] 赵建国，刘建林，董昌乐，等. 顶板高位大直径定向钻孔扩孔新技术探索[J]. 煤炭科学技术，2018，46(4)：40–45. ZHAO Jianguo，LIU Jianlin，DONG Changle，et al. New reaming technology for high position and large diameter directional drilling in roof[J]. Coal Science and Technology，2018，46(4)：40–45.

[64] 王鲜，许超，李泉新，等. 淮南矿区顶板复杂地层中高位定向钻孔钻进工艺研究[J]. 煤炭科学技术，2018，46(11)：145–150. WANG Xian，XU Chao，LI Quanxin，et al. Study on high-level directional borehole technology in complex roof stratum of Huainan mining area[J]. Coal Science and Technology，2018，46(11)：145–150.

[65] 方俊，刘飞，李泉新，等. 煤矿井下碎软煤层空气复合定向钻进技术与装备[J]. 煤炭科学技术，2019，47(2)：224–229. FANG Jun，LIU Fei，LI Quanxin，et al. Air compound directional drilling technology and equipment for soft-fragmentized seam underground coal mine[J]. Coal Science and Technology，2019，47(2)：224–229.

[66] 童碧，许超，王鲜，等. 淮南矿区复杂顶板高位定向孔复合排渣钻进技术[J]. 煤炭科学技术，2020，48(增刊1)：140–143. TONG Bi，XU Chao，WANG Xian，et al. Compound slag removal technology of high directional drilling for complex roof in Huainan mining area[J]. Coal Science and Technology，2020，48(Sup.1)：140–143.

[67] 司瑞江. 复杂地层大直径高位定向钻孔代替高抽巷瓦斯抽采可行性及效果分析[J]. 能源与环保，2019，41(8)：5–10. SI Ruijiang. Gas extraction feasibility and effect analysis of large diameter and high directional drilling in complicated strata instead of high drainage roadway[J]. China Energy and Environmental Protection，2019，41(8)：5–10.

[68] 梁道富，曹建明，代茂，等. 贵州青龙煤矿碎软煤层区域瓦斯递进式抽采技术[J]. 煤田地质与勘探，2020，48(5)：48–52. LIANG Daofu，CAO Jianming，DAI Mao，et al. Progressive gas extraction technology in broken soft coal seam of Qinglong coal mine，Guizhou Province[J]. Coal Geology & Exploration，2020，48(5)：48–52.

[69] 徐书荣，刘飞，梁道富，等. 底板梳状钻孔在碎软煤层瓦斯治理中的应用[J]. 探矿工程(岩土钻掘工程)，2019，46(7)：45–50. XU Shurong，LIU Fei，LIANG Daofu，et al. Application of comb type directional drilling in broken-soft coal seam floor for gas control[J]. Exploration Engineering(Rock & Soil Drilling and Tunneling)，2019，46(7)：45–50.

[70] 王建利，陈冬冬，贾秉义. 韩城矿区碎软煤层顶板梳状孔水力压裂瓦斯抽采工程实践[J]. 煤田地质与勘探，2018，46(4)：17–21. WANG Jianli，CHEN Dongdong，JIA Bingyi. Practice of gas drainage by hydraulic fracturing of roof pectination boreholes in broken soft coal seam in Hancheng mining area[J]. Coal Geology & Exploration，2018，46(4)：17–21.

[71] 李延军. 碎软煤层井下多点定向长钻孔水力压裂技术[J]. 煤矿安全，2018，49(6)：45–48. LI Yanjun. Long multi-point underground directional drilling hydraulic fracturing technology for low-permeability weak coalbed[J]. Safety in Coal Mines，2018，49(6)：45–48.

[72] 王鲜，李泉新，许超，等. 顶板复杂岩层无线随钻测量复合定向钻进技术[J]. 煤矿安全，2019，50(9)：88–91. WANG Xian，LI Quanxin，XU Chao，et al. Composite directional drilling technology for wireless measurement while drilling in roof complex rock formations[J]. Safety in Coal Mines，2019，50(9)：88–91.

[73] 翁明月，郝英豪，解嘉豪. 坚硬煤岩体“钻–切–压”一体化释能减冲技术研究[J]. 煤炭科学技术，2019，47(8)：84–88. WENG Mingyue，HAO Yinghao，XIE Jiahao. Study on “drilling-cutting-fracturing” integrated energy dissipation technology for hard coal rock mass[J]. Coal Science and Technology，2019，47(8)：84–88.

[74] 杨扬. 布尔台煤矿42107工作面强矿压显现规律及防治研究[D]. 徐州：中国矿业大学，2019. YANG yang. Study on the law of underground pressure appearance and prevention and control of No.42107 working face in Buertai coal mine[D]. Xuzhou：China University of Mining & Technology，2019.

[75] 魏宏超. 煤矿防治冲击地压大直径钻孔施工技术与装备[J]. 煤炭科学技术，2017，45(10)：140–143. WEI Hongchao. Technology and equipment of large diameter borehole construction applied to prevent and control pressure bump in coal mine[J]. Coal Science and Technology，2017，45(10)：140–143.

[76] 武善元，刘磊，陈军涛，等. 黄河北煤田定向钻进精准注浆防治水技术研究[J]. 煤炭科学技术，2019，47(5)：34–40. WU Shanyuan，LIU lei，CHEN Juntao，et al. Research on precise grouting to prevent water disaster technology in Huanghebei Coalfield[J]. Coal Science and Technology，2019，47(5)：34–40.

[77] 刘林. 新桥煤矿南一采区防治水技术研究[D]. 徐州：中国矿业大学，2019. LIU Lin. Study on water control technology in the South No.1 mining area of Xinqiao Coal Mine[D]. Xuzhou：China University of Mining & Technology，2019.

[78] 王树威. 全数字高密度三维地震勘探中地震属性预测煤层厚度的应用[J]. 能源与环保，2019，41(6)：51–56. WANG Shuwei. Application on seismic attributes forecasting coal thickness of all digital high density 3D seismic exploration[J]. China Energy and Environmental Protection，2019，41(6)：51–56.

[79] 孙小萍，丁清香，侯艳，等. 三维地震勘探在煤田采空区的探索与应用[C]//中国石油学会2019年物探技术研讨会论文集. 2019，1608–1611. SUN Xiaoping，DING Qingxiang，HOU Yan，et al. Probe and application of 3D seismic exploration in goaf of coalfield[C]//Anthology of geophysical exploration technology symposium in 2019，China petroleum society. 2019，1608–1611.

[80] 师素珍，谷剑英，郭家成，等. 顾桂矿区活断层三维地震解释及其发育特征研究[J]. 矿业科学学报，2019，4(4)：292–298. SHI Suzhen，GU Jianying，GUO Jiacheng，et al. Study on 3D seismic interpretation and development characteristics of active faults in Gugui mining area[J]. Journal of Mining Science and Technology，2019，4(4)：292–298.

[81] 袁兴赋，汪玉玲. 三维地震约束反演在煤层气储层含气量预测中的应用[J]. 能源技术与管理，2019，44(2)：9–11. YUAN Xingfu，WANG Yuling. Application of 3D seismic constraint inversion to prediction of gas content in CBM reservoir[J]. Energy Technology and Management，2019，44(2)：9–11.

[82] GUO Changfang，YANG Zhen，CHANG Shuai，et al. Precise identification of coal thickness by channel wave based on a hybrid algorithm[J]. Applied Sciences，2019，9(7)：1493.

[83] 廉洁，李松营，滕吉文，等. 槽波探测技术的多领域应用与试验[J]. 河南理工大学学报(自然科学版)，2017，36(5)：35–40. LIAN Jie，LI Songying ，TENG Jiwen，et al. Multi-field application and experiment of channel wave detection technology[J]. Journal of Henan Polytechnic University(Natural Science)，2017，36(5)：35–40.

[84] 蒋锦朋. 基于弹性波全波形反演的煤层异常体成像研究[D]. 武汉：中国地质大学(武汉)，2018. JIANG Jinpeng. Imaging coal seam anomalies based on elastic full waveform inversion[D]. Wuhan：China University of Geosciences(Wuhan)，2018.

[85] 王增玉，杨德义，曹志勇，等. 构造煤及夹矸对煤层 AVO 正演模拟结果影响分析[J]. 地球物理学进展，2018，33(2)：754–759. WANG Zengyu，YANG Deyi，CAO Zhiyong，et al. Analysis on the influence of tectonic coal and parting on AVO forward modeling of coal seam[J]. Progress in Geophysics，2018，33(2)：754–759.

[86] 邱长凯. 基于有理Krylov和代数多重网格的三维主动源电磁法矢量有限元正演研究[D]. 长春：吉林大学，2019. QIU Changkai. Three-dimensional vector finite-element forward modeling for controlled-source electromagnetics using rational Krylov and algebraic multigrid methods[D]. Changchun：Jilin University，2019.

[87] 张冠男. 基于第二代曲波变换的露天矿地质灾害GPR 强噪音去除研究[C]//第十六届沈阳科学学术年会论文集. 2019：1–5. ZHANG Guannan. Study on GPR strong noise removal of geological disaster in open-pit mine based on second generation curvelet transform[C]//Proceedings of the 16th annual scientific conference of Shenyang. 2019：1–5.

[88] HE Tao，SHANG Haili. Direct wave denoising of low-frequency ground-penetrating radar in open pits based on empirical curvelet transform[J]. Near Surface Geophysics，2020，18(3)：295–305.

[89] 邢修举，蒋齐平. 超宽综采工作面隐伏陷落柱探测技术研究[J]. 矿业安全与环保，2019，46(2)：66–69. XING Xiuju，JIANG Qiping. Research on detection technology of concealed collapse column in ultra-wide fully mechanized working face[J]. Mining Safety & Environmental Protection，2019，46(2)：66–69.

[90] 刘川庆，朱卫平，夏飞，等. 鄂尔多斯盆地大宁–吉县区块煤层气水平井分段压裂实践[J]. 天然气工业，2018，38(增刊1)：112–117. LIU Chuanqing，ZHU Weiping，XIA fei，et al. Put CBM horizontal well staged fracturing into Daning-Jixian block practice of Ordos basin[J]. Natural Gas Industry，2018，38(Sup.1)：112–117.

[91] 张群，葛春贵，李伟，等. 碎软低渗煤层顶板水平井分段压裂煤层气高效抽采模式[J]. 煤炭学报，2018，43(1)：150–159. ZHANG Qun，GE Chungui，LI Wei，et al. A new model and application of coalbed methane high efficiency production from broken soft and low permeable coal seam by roof strata-in horizontal well and staged hydraulic fracture[J]. Journal of China Coal Society，2018，43(1)：150–159.

[92] 许耀波，郭盛强. 软硬煤复合的煤层气水平井分段压裂技术及应用[J]. 煤炭学报，2019，44(4)：1169–1177. XU Yaobo，GUO Shengqiang. Technology and application of staged fracturing in coalbed methane horizontal well of soft and hard coal composite coal seam[J]. Journal of China Coal Society，2019，44(4)：1169–1177.

[93] 张东亮. 碎软低渗煤层顶板水平井条带瓦斯预抽技术[J]. 煤矿安全，2019，50(4)：72–76. ZHANG Dongliang. Strip gas pre-pumping technology in horizontal well of broken soft and low permeability coal seam roof[J]. Safety in Coal Mines，2019，50(4)：72–76.

[94] 程建远，朱梦博，崔伟雄，等. 回采工作面递进式煤厚动态预测试验研究[J]. 煤炭科学技术，2019，47(1)：237–244. CHENG Jianyuan，ZHU Mengbo，CUI Weixiong，et al. Experimental study of coal thickness progressive prediction in working face[J]. Coal Science and Technology，2019，47(1)：237–244.

[95] 程建远，覃思，陆斌，等. 煤矿井下随采地震探测技术发展综述[J]. 煤田地质与勘探，2019，47(3)：1–9. CHENG Jianyuan，QIN Si，LU Bin，et al. The development of seismic-while-mining detection technology in underground coal mines[J]. Coal Geology & Exploration，2019，47(3)：1–9.

[96] 程建远，朱梦博，王云宏，等. 煤炭智能精准开采工作面地质模型梯级构建及其关键技术[J]. 煤炭学报，2019，44(8)：2285–2295. CHENG Jianyuan，ZHU Mengbo，WANG Yunhong，et al. Cascade construction of geological model of longwall panel for intelligent precision coal mining and its key technology[J]. Journal of China Coal Society，2019，44(8)：2285–2295.

[97] 王峰. 基于透明工作面的智能化开采概念、实现路径及关键技术[J]. 工矿自动化，2020，46(5)：39–42.WANG Feng. Concept，realization path and key technologies of intelligent mining based on transparent longwall face[J]. Industry and Mine Automation，2020，46(5)：39–42.

[98] 王慧. 基于压缩感知的煤岩显微组分惰质组分类[D]. 马鞍山：安徽工业大学，2018.WANG Hui. Compressive sensing based classification of macerals of inertinite in coal[D]. Maanshan：Anhui University of Technology，2018.

[99] 赵俊国. 一种应用于煤岩自动化检测的焦距自动识别及控制技术：CN108344741A[P]. 2018–07–31. ZHAO Junguo. An automatic focus and control technology applied to coal automatic recognition：CN108344741A[P]. 2018–07–31.

[100] 宋孝忠，张群. 煤岩显微组分组图像自动识别系统与关键技术[J]. 煤炭学报，2019，44(10)：3085–3097. SONG Xiaozhong，ZHANG Qun. Automatic image recognition system and key technologies of maceral group[J]. Journal of China Coal Society，2019，44(10)：3085–3097.

[101] 宋孝忠. 煤岩显微图像假边界对显微组分组自动识别的影响[J]. 煤田地质与勘探，2019，47(6)：45–50. SONG Xiaozhong. Effect of false boundary of microscopic image on automatic identification of maceral group[J]. Coal Geology & Exploration，2019，47(6)：45–50.

[102] 贾建称，陈晨，董夔，等. 碎软低渗煤层顶板水平井分段压裂高效抽采煤层气技术研究[J]. 天然气地球科学，2017，28(12)：1873–1881. JIA Jiancheng，CHEN Chen，DONG Kui，et al. Research on the technology of high efficient to drainage CBM by multistage fracturing in horizontal well along the roof of broken soft and low permeability coal seam[J]. Natural Gas Geoscience，2017，28(12)：1873–1881.

[103] 李彬刚. 芦岭煤矿碎软低渗煤层高效抽采技术[J]. 煤田地质与勘探，2017，45(4)：81–84. LI Bingang. Technology of CBM extraction in the crushed and soft coal seam in Luling coal mine[J]. Coal Geology & Exploration，2017，45(4)：81–84.

[104] 申建，张春杰，秦勇，等. 鄂尔多斯盆地临兴地区煤系砂岩气与煤层气共采影响因素和参数门限[J]. 天然气地球科学，2017，28(3)：479–487. SHEN Jian，ZHANG Chunjie，QIN Yong，et al. Effect factors on co-mining of sandstone gas and coalbed methane in coal series and threshold of parameter in Linxing block，Ordos Basin[J]. Natural Gas Geoscience，2017，28(3)：479–487.

[105] 郭银景，巨媛媛，范晓静，等. 槽波地震勘探研究进展[J]. 煤田地质与勘探，2020，48(2)：216–227. GUO Yinjing，JU Yuanyuan，FAN Xiaojing，et al. Progress in research of in-seam seismic exploration[J]. Coal Geology & Exploration，2020，48(2)：216–227.

The main progress in the 13thfive-year plan and the prospect of coal geology

JIA Jiancheng1,2, GONG Zewen1,2, JIN Dewu1,2, LI Quanxin1,2, WU Yan2

(1. China Coal Research Institute, Beijing 100013, China; 2. Xi’an Research Institute Co. Ltd., China Coal Technology and Engineering Group Corp., Xi’an 710077, China)

Based on the brief analysis the evolution of “coal geology”, the main progress of discipline in basic theoretical research, geological guarantee technology, coal and rock detection during the 13th five-year Plan period is reviewed emphatically, meanwhile the main problems faced and the development direction in the 14th five-year plan period and even a longer period of time are pointed out. It is considered that coal geology should around the development goals of coal industry of “providing sufficient green coal" and "reducing geological disasters in coal mine”, taking the key geological theories and technical bottlenecks in green coal exploration, precise intelligent mining and clean and efficient utilization as breakthroughs in the future, the research work should focus on: ①Symbiosis law, collaborative exploration technology and accurate evaluation method of development geological conditions of coal measures mineral resources; ② Development of intelligent geophysical prospecting instrument and intelligent drilling equipment; ③Innovative experiment to detect coal seam fault attributes by pre-stack seismic inversion technology, joint exploration technology of channel wave seismic, channel wave radar detection technology, high density electrical exploration technology; ④Multi-mode stereo detection and fine interpretation technology of in-borehole, between-borehole, roadway-borehole and between roadway; ⑤Multi-parameter synthetic imaging technology for coal/rock interface recognition in working face; ⑥Evolution mechanism of coal mine dynamic geological disaster under coupling superposition effect of mining stress, micro seismic monitoring and dynamic early warning by apparent resistivity method; ⑦Depth fusion and dynamic geological modeling of multi-source heterogeneous geological and geographic information.

coal geology; main progress; coal measures mineral resources; stereo detection; fine interpretation; dynamic geological modeling; intelligent mining; compound talents.

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P618

A

1001-1986(2021)01-0032-13

2020-06-29；

2020-12-01

国家科技重大专项课题(2016ZX05045-002)，中煤科工集团西安研究院有限公司科技创新项目(2019XAYMS21)

贾建称，1965年生，男，陕西丹凤人，博士(后)，研究员，博士生导师，从事煤与煤层气(瓦斯)地质与高效开发技术研究. E-mail：jiajiancheng@cctegxian.com

贾建称，巩泽文，靳德武，等. 煤炭地质学“十三五”主要进展及展望[J]. 煤田地质与勘探，2021，49(1)：32–44. doi：10.3969/j.issn.1001-1986.2021.01.004

JIA Jiancheng，GONG Zewen，JIN Dewu，et al. The main progress in the 13thfive-year plan and the prospect of coal geology[J]. Coal Geology & Exploration，2021，49(1)：32–44. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021.01.004

(责任编辑 范章群)