瓦斯地质——解开煤矿瓦斯治理难题的密码

有效手段

瓦斯治理同时应完善应急救援管理

关于煤矿瓦斯突出机理，最重要的是在实验和理论研究中，把地质构造和构造煤考虑进去;关于瓦斯爆炸，最重要的是掌握瓦斯涌出量突然增加引起的瓦斯超限，科学监控，做好预防体系。任何事情都有它的规律，煤矿瓦斯治理工作预防到位，不发生事故、少发生事故最好，一旦发生事故，应建立瓦斯地质信息平台，做到实时预测预报，随时查清瓦斯地质原因，就可以做到快速决策，科学决策，切断链条，这是实现应急救援的关键的__步，也是完善煤矿瓦斯治理的有效手段。

首要任务

瓦斯地质理论研究：瓦斯的地质成因是复杂的，从宏观上涉及到板块构造和区域地质构造演化理论，从微观上涉及到煤的化学结构。瓦斯在煤层中的赋存状态与煤颗粒、煤分子之间的关系，经历过极其复杂的地质历史演化过程，涉及到复杂的区域地质学、煤田地质学、煤化学等知识;它的解吸、运移、流动规律涉及到流体力学等知识;它在煤炭开采过程中涌出和发生煤与瓦斯突出又涉及到地球动力学、构造地质学、岩体力学、采矿学等知识。瓦斯赋存分布控制着瓦斯含量、涌出量和煤层气资源量;地质构造复杂程度控制着煤与瓦斯突出危险性;构造煤的发育特征控制着瓦斯(煤层气)抽采和瓦斯防治的难度。实践证明，只有运用板块构造理论、区域地质构造演化理论、瓦斯赋存构造逐级控制理论才能揭示瓦斯赋存机理，才能揭示构造煤的发育规律，才能揭示煤与瓦斯突出的机理，才能揭示不同尺度范围的瓦斯地质规律，才能进行准确的瓦斯预测和有的放矢的防治瓦斯灾害以及瓦斯(煤层气)资源抽采。

瓦斯赋存构造逐级控制理论研究: 我国主要有5个地质时代的含煤地层，分布在中国的华北、华南、东北、西北、滇藏5大地区，分别受到太平洋库拉板块、菲律宾板块、西伯利亚板块、印度等板块多期次的构造作用。哪里易于发生煤与瓦斯突出，哪里瓦斯含量高、瓦斯资源量大，哪里煤层是低瓦斯赋存区，哪里构造复杂、煤层破坏严重、构造煤发育，哪里煤层瓦斯难抽采，哪里适合地面煤层气开发等，都是地质构造作用控制的。河南理工大学瓦斯地质研究所，在完成《1∶200万中国煤层瓦斯地质图》和平顶山、郑州、焦作、皖北、晋城等矿区矿井瓦斯地质规律与瓦斯预测研究、编制瓦斯地质图，提出了瓦斯赋存构造逐级控制理论。运用瓦斯赋存构造逐级控制理论编制《1∶200万中国煤层瓦斯地质图》在资料缺少的情况下，划定的“沁水煤田高瓦斯带、鄂尔多斯盆地东缘高瓦斯带”成为国家《煤层气(煤矿瓦斯)开发利用“十一五”规划》确定的煤层气开发基地。运用瓦斯赋存构造逐级控制理论，2004年在郑州大平煤矿“10·20”特大型煤与瓦斯突出事故中，在150米巷道被堵的情况下，推断出在距地表垂深达612米的岩石掘进工作面放炮，揭穿了倾向南西、走向北西、落差约为12米的逆断层的结论，与事故调查组的结论相吻合，为事故处理发挥了重要作用。

我国拥有丰富煤炭资源的同时也有着丰富的瓦斯(煤层气)资源。煤层中的瓦斯使得煤矿开采时会发生严重的瓦斯涌出、瓦斯突出灾害。虽然瓦斯(煤层气)是洁净能源，但是由于煤矿瓦斯有着复杂的地质演化历史，瓦斯面临防治难、抽采难的难题。

该理论体系运用板块构造理论和区域地质构造演化理论，研究区域地质构造和构造应力场演化历史及构造形迹分布特征，以此为基础研究矿区、矿井所在大地构造位置，地质构造演化及构造形迹分布特征。依据区域构造应力场、构造形迹控制矿区构造，矿区构造应力场、构造形迹控制矿井构造及采区采面构造，高级别构造应力场及构造形迹控制低级别构造应力场及构造形迹的规律，结合大量的瓦斯地质信息资料揭示瓦斯地质规律，对瓦斯赋存高低、瓦斯渗透性和煤与瓦斯突出危险性等进行预测和区、带划分。

瓦斯赋存分布和控制研究被列入国家重大专项。“全国重点煤矿区瓦斯赋存分布规律和控制因素”课题针对我国58个重点矿区地质构造复杂，瓦斯含量高，透气性低，构造煤发育，瓦斯灾害严重，瓦斯抽采难度大等特点，通过编制58个重点矿区的矿井、矿区瓦斯地质图，进而编制26个省(区)1：50万至1：100万煤矿瓦斯地质图，最终完成1：250万中国煤矿瓦斯地质图的编制，建立全国煤矿瓦斯地质信息平台，揭示全国重点煤矿区煤与瓦斯突出构造控制机理和瓦斯富集区抽采构造控制机理，阐明重点煤矿构造煤成因与分布，进行瓦斯(煤层气)分区分带和瓦斯(煤层气)开发类型的区块分级，解决我国煤层气和煤炭协调开发问题。此课题的立项标志着国家对瓦斯治理和利用的重视，也标志着该校瓦斯地质研究队伍已晋升国家队伍行列，研究实力达到国内领先水平。

关键因素

应用新技术、新装备、新成果

瓦斯地质研究具有前瞻性、指导性。瓦斯地质的进展需要进一步完善瓦斯地质理论，包括瓦斯地质规律、瓦斯赋存构造逐级控制、编制中国煤矿多级瓦斯地质图。编制煤矿多级瓦斯地质图具有深远的意义，在煤矿生产中，瓦斯突出危险区缩小的范围越小，意义越大。瓦斯地质图、瓦斯地质理论还需要进一步完善。现在研究瓦斯赋存构造逐级控制，运用板块构造理论、区域控制矿区、矿区控制矿井。瓦斯地质规律研究、瓦斯赋存构造逐级控制理论研究都需要进一步深入，这个方向意义重大。它指导了瓦斯预测的研究方向，使瓦斯防治工作做得更细。区域控制矿区、矿区控制矿井，逐步缩小控制范围，直到采区、采面，从而搞清楚瓦斯地质规律。但是在瓦斯地质理论的指导下还需要进一步开发新技术，例如瓦斯含量，同一个井田内构造煤发育的地带赋存的瓦斯含量大，回采时瓦斯涌出量明显增多。但实际上，构造煤取样测试时，由于构造煤解吸特别快，测出的瓦斯含量反而比原生结构煤小很多。这就使得瓦斯含量预测不准，并影响瓦斯涌出量预测，也就影响通风可靠性。从瓦斯地质规律来说，构造挤压的部位或煤突然变厚的部位、构造煤发育的部位，这些部位容易发生瓦斯突然涌出，就易于造成瓦斯涌出超限，也就易于造成瓦斯爆炸条件。所以可以通过编制瓦斯地质图、瓦斯地质信息化的方法随时掌握瓦斯地质的变动情况，实时监控瓦斯涌出量变化，就可以做到通风可靠。最重要的就是要随时掌握瓦斯地质信息。

理论支撑

编制煤矿瓦斯地质图

河南理工大学杨力生教授提出：“搞开采有个采掘工程平面图，搞地质有个煤层底板等高线图，搞通风有个通风系统图，搞瓦斯必须编制瓦斯地质图。”

瓦斯地质图是煤矿瓦斯地质资料最好的档案，既是多年来瓦斯预测、灾害防治、瓦斯抽采实践的高度集中，又是指导今后准确预测瓦斯资源量、涌出量、突出危险性的重要理论依据。编制煤矿瓦斯地质图，高度概括多年积累的瓦斯地质信息，把地质活动对瓦斯赋存的影响搞清楚，把无形的规律形象地反应在图纸上，把瓦斯治理的难点、重点搞清楚，瓦斯预测和治理才能有的放矢。大量的实践证明，瓦斯地质图是瓦斯治理研究、交流、决策的重要平台，是治理瓦斯、预防事故的基础。杨力生教授认为，全国煤矿瓦斯地质编图应为宝塔式的系列图，从编制采面、采区、矿井瓦斯地质图开始，然后汇总编制矿区、省(区、市)瓦斯地质图，最后编制中国煤层瓦斯地质图。各级瓦斯地质图有着不同级别的预测功能、管理功能。煤矿彩色瓦斯地质图高度概括、主题突出、层次分明、一目了然。

另外，编制瓦斯地质图，有助于实现煤炭与煤层气资源的协调开发。通过瓦斯地质图评估矿区瓦斯(煤层气)资源，有利于合理安排煤炭资源开采与煤层气资源开发之间的衔接，为实现煤炭与煤层气资源协调开发、实现煤炭企业与煤层气企业双赢提供技术支撑。

瓦斯预测意义重大，人命关天。随着开采深度的增加、地质构造复杂程度的变化和回采工艺的不同，瓦斯地质规律都在发生着变化。要确保煤矿安全生产，瓦斯地质规律研究、瓦斯地质图研究要服务于煤矿安全生产的全过程，必须设专职人员跟踪瓦斯地质信息，做到及时测试瓦斯地质参数，及时采集、整理瓦斯地质信息资料，不断完善对瓦斯地质规律的认识，及时修正瓦斯预测结果。编制瓦斯地质图，要求资料测试数据可靠、齐全，绝对不允许有误，要按照国家和行业颁布的标准和法规进行数据的测试和预测。瓦斯地质图是各级领导和煤矿企业进行安全生产管理和瓦斯治理研究的依据。通过编制煤矿各级瓦斯地质图可以开发瓦斯地质信息化平台，实现瓦斯治理决策的可视化。

瓦斯治理：不可忽视的因素是人

瓦斯治理需要靠理论奠基、规律掌舵、技术支撑、“人和”完善。近期我国煤矿瓦斯事故多发频发，事故类型多数是责任事故，凸显了一些地方政府及其有关部门对煤矿安全生产工作重视不够，没有正确处理好安全与生产、安全与发展、安全与效益的关系，打击非法违法生产不力，以及主体责任落实不到位，隐患排查治理不深入、防范措施不落实、现场管理混乱等问题，一些重大隐患得不到及时治理，最终酿成事故，教训极其深刻。充分说明了煤矿事故发生关键在人，只有领导的高度重视与职工素质的提高相结合，才能少发生，甚至于不发生事故。

20世纪80年代，焦作矿业学院杨力生、张子敏、陈名强、张克树在煤炭工业部技术司的领导下，到1986年全国共编制了500余幅矿井、125幅矿区和25幅省(区)瓦斯地质图。时过25年后，全国煤矿瓦斯地质图编制工作得到国家煤矿瓦斯防治部际协调领导小组的高度重视。2009年4月15日，国家能源局关于组织开展全国煤矿瓦斯地质图编制工作的通知，文件指出：“编制全国煤矿瓦斯地质图，旨在整理全国煤矿多年地质勘探和开采以及测试揭露的瓦斯地质资料，利用瓦斯地质和瓦斯治理研究成果，揭示全国煤矿瓦斯地质规律，为预防瓦斯灾害、利用煤层气资源提供基本依据。同时可以纳入教学和培训，普及瓦斯地质知识，提高广大煤炭企业防治瓦斯的技术水平。

2009年5月以来，除河南省之外全国25个省(区、市)发改委能源局、煤炭厅(局)先后都下发了“关于开展煤矿瓦斯地质图编制工作的通知”。2009年5月18日，河北省发改委下发了文件，5月20日，安徽省经信委下发了文件;同一天，新疆维吾尔自治区发改委下发了文件;6月8日，云南省发改委下发了文件“关于开展煤矿瓦斯地质图编制工作的通知”。陆续地，辽宁省煤炭工业局、陕西省煤炭工业局、山西省煤炭厅、湖南省发改委、江西省发改委、贵州省发改委等单位下发“关于开展煤矿瓦斯地质图编制工作的通知”。接着各省相继举办煤矿瓦斯地质图编制工作培训班。全国参加人数5000余人次。

2009年6月8日-9日，国家能源局在河南省焦作市河南理工大学召开了全国煤矿瓦斯地质图编制工作启动暨培训会议。会议的主要任务是动员部署全国煤矿瓦斯地质图编制工作，培训编图技术骨干人员。来自全国26个产煤省(区、市)发展改革委、煤炭行业管理部门、国有重点煤矿企业、有关高等院校和科研机构的代表、专家500余人参加了会议。国家能源局总工程师吴吟同志出席会议并作重要讲话。

2009年12月12日，国家煤矿安全监察局局长赵铁锤委托科技装备司复信指出：“煤矿瓦斯地质是煤矿瓦斯治理与利用的基础，40年来，河南理工大学坚持瓦斯地质研究，取得了可喜的研究成果，并且已经广泛应用于煤矿瓦斯治理工作，为我国煤矿瓦斯治理工作做出了贡献。《瓦斯地质学》这本著作，既有理论性，又有实践性，既对煤矿瓦斯治理工作具有一定的指导性，同时又是一本很好的防治瓦斯灾害教材。”

国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局高度重视瓦斯地质学科和煤矿瓦斯地质与瓦斯灾害防治国家重点实验室建设，骆琳、铁锤等领导同志做了重要批示，铁锤局长专题听取了河南理工大学关于申报瓦斯地质与灾害防治国家重点实验室建设情况汇报，并做了重要指示。目前，河南理工大学建设的“河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室”已被批准为省部共建国家重点实验室培育基地。这是我国__瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室培育基地。作为瓦斯综合防治的一项重要科技依托，该培育基地的建设对改善我国煤矿安全生产现状、构建和谐平安矿山具有重要作用。

重要基础

遵循瓦斯地质规律

所有的瓦斯现象都是受地质因素支配的。瓦斯地质规律研究是瓦斯地质的核心内容，揭示瓦斯与地质因素的内在联系就揭示了瓦斯地质规律。煤田地质理论、瓦斯赋存构造逐级控制理论、构造煤理论、水文地质理论、地球物理学理论等方法，可用于研究不同级别范围的地质单元瓦斯与地质因素的关系;研究不同含煤地层成煤条件下的瓦斯地质规律;研究不同区域、矿区到矿井、采区、采面的瓦斯地质规律等等。大量工程实践与瓦斯地质调查表明，低瓦斯矿井发生大型、特大型煤与瓦斯突出事故已不鲜见，特别是近几年，随着我国煤矿开采深度和强度的不断增加，低瓦斯矿井煤与瓦斯突出事故时有发生。2004年郑州煤炭工业集团大平煤矿“10·20”特大型煤与瓦斯突出引发瓦斯爆炸事故。煤层受大范围滑动构造破坏影响，滑动构造一方面使煤层进一步剪切破坏，另一方面又使得瓦斯释放，所以造成瓦斯风化带深度大。由于瓦斯风化带规律没有搞清，巷道掘进从低瓦斯带直接进入瓦斯突出危险区。2009年黑龙江鹤岗新兴煤矿“11·21”特大型煤与瓦斯突出引发瓦斯爆炸事故。煤矿开采的是白垩纪煤层，盖层基岩薄，煤层上覆主要是堆积的火山碎屑岩，厚度不均，瓦斯风化带深度大，规律性不明显，加之处于西伯利亚板块与太平洋板块两大动力学体系叠加地带，构造应力场强烈，巷道掘进由瓦斯风化带直接进入煤与瓦斯突出危险区。

中国煤矿区地质构造复杂多样，瓦斯地质规律极为复杂，因此低瓦斯矿井同样需要加强瓦斯地质规律研究。只有搞清楚了瓦斯地质规律，才能可靠地建立瓦斯含量预测、瓦斯涌出量预测、煤与瓦斯突出危险性预测、瓦斯资源量预测评价等模型。只有弄清不同区域范围的瓦斯地质规律，才能有助于制定瓦斯治理宏观的规划。

瓦斯地质规律研究是瓦斯预测和防治研究的基础。煤矿瓦斯(煤层气)是成煤作用的产物，现今煤层瓦斯的赋存和分布是煤层经历历次构造运动演化作用的结果，受各种复杂地质因素的控制。每次地质构造运动，不同构造应力场的作用，板块构造碰撞，区域构造挤压、剪切或拉张、裂陷，引起隆起或拗陷，都影响着瓦斯的生成和保存，同时形成一系列不同级别的断裂、褶皱或发生岩浆作用等，使区域及其不同矿区(煤田)、矿井、采区、采面的煤层、围岩发生不同程度的变形破坏，形成构造煤并引起水文、地应力等不同条件的变化。这一系列地质因素控制着煤层的瓦斯赋存状态和分布，如瓦斯含量、瓦斯压力、煤层渗透性等，从区域到矿区、矿井、采区、采面都存在着不同地质条件下的瓦斯赋存状态，存在着不同级别范围、不同地质条件的瓦斯地质规律。