我国瓦斯地质的发展与应用_袁崇孚

第22卷第6期煤炭学报V ol.22　No.6 1997年　12月JOURNAL OF CH INA COAL SOC IET Y Dec. 1997　我国瓦斯地质的发展与应用袁　崇　孚(焦作工学院)摘要　煤矿安全生产的需要,促进了我国瓦斯地质的发展.这一新兴学科如何向前发展是令人关注的问题.10多年来,瓦斯地质学科在服务煤矿生产实践中,在煤矿瓦斯地质编图、矿井瓦斯地质规律研究、瓦斯涌出量预测和突出危险性预测以及煤层气评价诸方面均取得了明显的应用成效.关键词　瓦斯地质　应用　学科发展中图分类号　TD712瓦斯地质是70年代后期在我国煤炭行业发展比较快的一个新领域.它是研究煤层瓦斯赋存、运移、分布,矿井瓦斯涌出和煤与瓦斯突出与地质因素的关系,并探明其规律性的边缘学科,是在吸收地质工程和安全技术工程两学科的相关理论,经过生产实践、科学研究和理论提炼,直接应用于资源、环境和煤矿安全生产的新学科.瓦斯地质研究的显著特点是密切联系生产实际,它把对煤矿瓦斯涌出和突出分布规律的研究与瓦斯的综合治理结合起来,提高了防治措施的针对性和有效性,更好地发挥了瓦斯防治措施的安全和经济效益.它把对煤层瓦斯生成和赋存规律的研究与煤层气资源的勘探和评价结合起来,提高了接替能源开发和利用的可行性.由于瓦斯地质的研究方向、方法和理论符合我国煤矿生产建设的客观需要,这门学科得到了比较快的发展,在煤矿生产建设的实践中取得了明显的成效.1　煤矿安全生产的需要促进了瓦斯地质的发展70年代煤炭院校的部分地质教师涉足矿井瓦斯与地质因素关系的调查研究,它们的介入提高了对瓦斯现象的认识[1],煤炭工业部科技局对这项研究给予了热情的支持,并纳入了部级科研计划.1978年在焦作召开了煤炭行业第一次瓦斯地质座谈会,交流和肯定了瓦斯与地质之间的关系,“瓦斯地质”的名称也为大家所接受.一些单位相继开展了这方面的研究,总结提出了一些规律性的认识和成果,瓦斯地质工作逐渐被引入煤矿瓦斯防治领域中.1983年煤炭工业部下发的煤技字1751号文件《关于加强瓦斯地质工作的通知》,明确指出了开展瓦斯地质工作的意义,进一步推动了瓦斯地质工作的开展.煤炭工业部科研项目“全国煤矿瓦斯地质编图”的实施促进了瓦斯地质工作的普及.瓦斯地质工作经历了由浅入深、由普及到提高的逐步深化过程.我国煤矿中高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井占全国统配及重点煤矿总数的46%以上,我国煤矿中发生过煤与瓦斯突出的矿井约250多对.随着开采深度的增加和开发强度的增大,以及一些新井的建设投产,矿井瓦斯涌出量呈明显上升趋势,突出矿井的数量和突出次数有所增加,突出矿井煤炭产量所占的比重也逐年有所增大.矿井瓦斯涌出和排放不相适应的情况在一些高瓦斯矿区表现严重,矿井瓦斯涌收稿日期:1997-04-28出和突出问题日趋严峻,已成为威胁矿井安全生产和制约生产能力提高的主要因素.面对上述严峻的事实,应该引起我们足够的重视和采取综合有效的瓦斯防治对策.开展瓦斯地质工作,加强对煤层瓦斯赋存和分布特征,以及矿井瓦斯涌出和煤与瓦斯突出规律的研究,是综合治理矿井瓦斯的重要内容.历年来在煤田勘探、煤矿生产和瓦斯抽放利用方面都还存在一些需要进一步研究和解决的瓦斯地质问题.(1)在煤田勘探阶段,由于测试手段和研究程度所限,尚不能准确地鉴别煤层的突出危险性,因而给矿井设计带来一定的盲目性.例如南方一些井田,勘探阶段时确定为低瓦斯矿井,基建时却发生了煤与瓦斯突出,因而被迫改变设计,致使通风系统和设备重新改造,增加了矿井投资,延缓了投产时间,还带来一系列不安全因素.(2)矿井生产阶段,由于对瓦斯涌出和突出的自然规律认识不够,对矿井瓦斯异常涌出和突出的发生尚缺乏预见性,如果管理措施未能及时跟上,易造成一些瓦斯事故的发生.(3)在突出矿井采取防突措施时还存在一刀切的问题.据国内外资料统计和瓦斯地质研究成果[2],在突出矿井发生突出的区域一般仅占采掘范围的10%～20%.在开采多煤层的突出矿井,不同的煤层存在有突出与无突出的区别,同一煤层存在着严重突出、一般突出与非突出的差异.因此掌握突出的发生和分布规律,有利于采用区别对待、分区管理的有针对性防治措施.(4)我国抽放瓦斯矿井约有146个,年抽放量达5.64×108m 3,我国煤层气资源量约3.46×1013m 3(2000m 以浅),每年从矿井中涌出(包括抽放)的瓦斯量约为6×109m 3,而被利用的瓦斯仅为[3]3.5×108m 3,无论是从保障矿井安全生产还是从瓦斯资源的开发利用以及减少大气污染诸方面考虑,进一步搞好煤矿瓦斯抽放是极为必要的.而研究煤层瓦斯赋存和分布特点及规律,对合理布置抽放钻孔、提高抽放效果和效率,都有着重要作用.开展瓦斯地质工作,打破了依靠单科瓦斯技术就瓦斯论瓦斯,步步设防、防不胜防的被动局面,突破了认识矿井瓦斯分布规律的难题,是煤矿生产向多学科性技术综合发展的产物.瓦斯地质工作使我们在综合治理和利用矿井瓦斯方面,多了一种手段、一条思路和一种解决问题的办法,它是煤矿安全生产一项迫在眉睫和势在必行的重要内容,是防患于未然的一条值得重视的途径.瓦斯地质的发展大致分为认识规律和应用规律两个阶段.认识规律阶段体现在瓦斯地质的普及和推广.采用瓦斯地质观点,研究矿区、矿井瓦斯地质规律,提高了认识水平和工作的主动性.应用规律是瓦斯地质工作提高和深化的阶段,在认识瓦斯地质规律的基础上,进行瓦斯地质区划,开展对瓦斯涌出和突出危险性的预测预报,通过实践检验,不断提高预测效果,它是应用规律解决实际问题的过程,由必然王国向自由王国的过渡.认识规律和应用规律反映了瓦斯地质逐步提高和完善的过程,它们之间互有穿插和渗透,也反映了瓦斯地质研究的进展和成效.2　瓦斯地质的基本观点瓦斯是地质作用的产物,瓦斯的形成与保存、运移与富集同地质条件有密切关系,瓦斯地质的基本观点是瓦斯的赋存和分布、瓦斯含量的变化受地质条件的影响和制约.目前比较一致的看法是:(1)煤层瓦斯和煤与瓦斯突出具有不均衡性分布和分区分带的特点瓦斯分布和突出分布的不均衡性表现为,在全国的不同省(区),同一省(区)的不同煤田,同一煤田的不同井田,同一井田的不同煤层以及同一煤层的不同块段内,煤层瓦斯含量、矿井瓦斯涌出量和瓦斯等级、煤层突出危险性和突出严重程度存在着大小、高低、有无和强弱的显著差异.全国煤矿瓦斯分布势态总体上表现有东高、西低、南高、北低的格局.其中,高瓦斯矿区和突出矿区、矿井,多集中分布在某些区域.煤层瓦斯在空间分布上存在着明显的分区分带现象,煤与瓦斯突出表现有严重突出、567第6期 袁崇孚:我国瓦斯地质的发展与应用568煤 炭 学 报 1997年第22卷一般突出和无突出的区域分布特点.(2)地质条件是影响瓦斯和突出分布的主导因素含煤岩系的沉积环境及其演化、煤盆地所处的大地构造位置及其构造特征、区域构造演化、煤化作用的程度等对瓦斯的形成和保存起着主导作用.地质构造及组合、煤层围岩及边界条件、煤厚大小及其变化、煤的结构及显微组成、煤的破坏类型及性能、煤层埋藏深度等,是影响瓦斯涌出和突出分布的主要地质因素,在不同区域、不同部位由于地质经历和地质条件的差异,在一定程度上控制着瓦斯和突出的分区分带.大量的实际资料和研究成果反映了瓦斯地质的基本观点,瓦斯地质在生产中获得的成效也证实了上述观点是符合客观实际的.3　瓦斯地质的研究方向瓦斯地质研究主要以煤与瓦斯突出机理研究、突出危险性预测、煤层瓦斯含量预测、矿井瓦斯涌出量预测、煤矿瓦斯地质评价和瓦斯灾害的综合治理、煤层气资源可采性评价以及瓦斯地质测试仪表的开发和应用等为主攻方向,目标是逐步实现瓦斯和突出预测理论科学化、预测指标定量化、预测仪表现代化、预测方法规范化.我国瓦斯地质工作近10多年来取得了较快的发展,表现在:(1)全国煤矿瓦斯地质编图工作业已完成.这是一项煤炭工业部重点攻关项目,全国有25个省(区)126个矿务局参加了该项工作[4],前后历经10余年.该项目工程巨大,意义深远,促进了瓦斯地质工作的普及和学科的发展.(2)用瓦斯地质观点开展煤与瓦斯突出预测研究,从“六五”期间开始至今已逐渐纳入煤炭工业部项目和国家科技攻关项目.通过在一些矿井的研究,取得了预测和实践效果,经受了生产实践的检验.(3)勘探、基建和生产阶段瓦斯涌出量预测的瓦斯地质方法已逐渐成熟.采矿与地质结合,静态条件和动态因素相叠加,探索了预测新方法.(4)在煤层气勘探评价方面,对瓦斯生成和赋存条件的研究取得了进展,在一些矿区取得了应用效果.随着科技进步,瓦斯地质学科也面临着上台阶的问题,制订学科发展方向的思路和设想是:(1)充分发挥瓦斯地质学科的优势,保持学科特色,完善瓦斯地质理论,初步形成坚实完整的瓦斯地质理论体系,是瓦斯地质学科发展的理论基础;充实完善现有瓦斯突出预测理论和方法,形成中国突出煤层瓦斯地质类型;逐步建立矿井瓦斯可抽性的瓦斯地质评价和煤层气资源评价的技术经济模式.(2)使瓦斯地质工作纳入瓦斯防治常规技术环节,逐步实现瓦斯地质工作制度化、规范化.做好科研成果的转化,不断拓宽瓦斯地质研究领域、服务领域和应用范围,促进瓦斯地质的应用.(3)加强测试手段研究,开发瓦斯地质预测仪器和仪表及瓦斯预测软件包,提高预测可靠性和可信度.(4)发挥瓦斯地质边缘学科的特点,加强多学科、多层次的横向联合,发展瓦斯地质研究技术队伍,培养实用型和高层次瓦斯地质专业技术人才,促进瓦斯地质学科产生新的飞跃.4　瓦斯地质在煤矿生产中的应用(1)瓦斯地质编图及应用瓦斯地质图是综合性图件,是系列图的组合.通过瓦斯地质编图,把无形的瓦斯气体用有形的内容综合体现在图纸上,使分散的信息整体化、系列化,把局部认识上升到整体认识.它反映了在地质背景下,瓦斯赋存和分布特点,是瓦斯地质规律的综合体现.全国煤矿瓦斯地质编图是一项创举,它总结了我国各大区域煤矿瓦斯形成的地质条件和分布特征,提出了中国煤矿瓦斯的空间分布特点和规律,综合反映了全国2000多对不同瓦斯等级矿井的瓦斯地质分区、分带,全面概括了全国煤矿瓦斯的区域性展布特征和瓦斯地质面貌.该项成果为我国煤田的勘探开发和决策、战略布局、煤矿设计、安全管理提供了技术依据,为我国煤炭工业积累了宝贵的资料.瓦斯地质编图工作为许多矿区、矿井带来了显著的效益.编图工作完成后,一些省(区)和局矿又进行了编图后的探索,不断修正、完善已编图件,坚持了填图制度,循序渐进不断总结,提高了矿井瓦斯管理水平,获得了明显的成效.(2)煤矿瓦斯地质规律和瓦斯地质专题研究煤矿瓦斯地质规律研究是矿井瓦斯地质工作的主体内容,研究煤矿床瓦斯地质相关因素及采掘工作面的瓦斯涌出和突出特征及瓦斯地质规律,为安全生产和采取有针对性的防治措施提供依据.我国煤矿地质条件丰富多彩,由于地质条件的特殊性多于普遍性,影响煤矿床瓦斯变化的主导地质因素有多种不同的类型,如以煤层围岩为主的矿井,以地质构造因素为主的矿井,以煤层厚度变化和煤结构破坏为主的矿井,以火成岩为主的矿井和以地下水因素为主的矿井等.以这些主导因素为重点,曾在不同区域开展过研究,提出了一些有价值的成果.瓦斯地质专题研究是使经验走向理论,从认识现象走向认识本质的关键.专题具有针对性和新颖实用性.如煤与瓦斯突出的构造地质定量研究,煤层围岩对瓦斯赋存影响的综合研究,煤体结构的宏观、微观、超微观研究,突出煤的有机岩石学研究,煤层气的地球化学研究,煤与瓦斯突出的构造物理学研究,瓦斯地质单元法的应用等.上述各项专题都有研究成果报道,许多方面都取得了进展.(3)矿井瓦斯涌出量预测和煤层突出危险性预测矿井瓦斯涌出量预测是新建或改扩建矿井、生产矿井新水平、新采区通风设计中不可缺少的重要环节,涌出量预测精度直接影响到通风方式、设备选型、巷道断面等一系列参数的合理确定.瓦斯地质数学模型法是具有我国特色的矿井瓦斯涌出量预测新方法,经在平顶山一矿和十矿、焦作冯营矿、大屯孔庄矿等进行实践应用,获得了显著的安全和经济效益.煤与瓦斯突出预测是突出矿井“四位一体”防治措施的组成部分.采用瓦斯地质理论和研究工作方法,分析煤与瓦斯突出的地质背景,研究影响突出的主要地质因素,筛选控制突出的各项指标,进行瓦斯地质区划,通过地质预测实现瓦斯突出区域预测,经在四川南桐鱼田堡矿、南桐矿,江西萍乡青山矿、丰城坪湖矿,平顶山八矿、十矿、十二矿,安阳龙山矿等突出矿井的研究和应用,经受了生产实践的检验.瓦斯地质理论用于突出区域预测取得了新的进展.用瓦斯地质观点开展突出危险性预测的研究工作方法,经实践取得了较可靠的预测效果,它对突出煤层的安全开采具有指导意义,对瓦斯突出的防治、提高矿井安全经济效益具有实际应用价值.(4)采用瓦斯地质理论和研究方法合理确定矿井瓦斯等级、分析瓦斯事故[5]矿井相对瓦斯涌出量的变化受矿井地质条件的影响.通过分析矿井瓦斯赋存特征,掌握矿井瓦斯涌出的特点和规律,有利于对矿井瓦斯等级的合理确定.采用瓦斯地质理论对一些瓦斯事故的分析和技术鉴定,不仅有利于认识事故发生的原因,吸取有益的经验教训,也为瓦斯事故的正确定性和公正处理提供了技术依据.(5)用瓦斯地质研究成果优化工程布置和开采工艺矿井瓦斯地质规律研究、瓦斯涌出量和煤层突出危险性预测的研究成果,对制定合理的采掘方案、优化生产布署、优化工程布置、有针对性地采取防治措施具有指导作用.如南桐鱼田堡矿通过瓦斯地质研究,分析了不同煤层的突出特点和规律,改选局部突出的6号煤替代不可采的3号煤为解放层,为开采多煤层矿井预防突出走出了一条新路.再如萍乡青山矿根据瓦斯地质区划的成果,优化采掘设计,采取以非突出煤层解放突出煤层的联合布置开拓方式,在严重突出区域采用盘区跳段、工作面跳采的方法,延长了瓦斯释放时间,不仅使瓦斯突出事故大幅度降低,也减少了大量的排放钻孔工程,加快了采掘工程的正常接替;焦作矿区焦西矿、李封矿在瓦斯地质规律研究的基础上,根据瓦斯集中涌出和突出569第6期 袁崇孚:我国瓦斯地质的发展与应用570煤 炭 学 报 1997年第22卷的区域性分布规律,在一些区段改双巷掘进为单巷掘进,缩短了采区、采面的准备时间;陕西韩城下峪口煤矿利用瓦斯地质预测成果,在没有解决瓦斯问题之前避免了一次在大瓦斯区内上综采的不合理安排所造成的损失.这方面的实例很多,不一一列举.(6)煤层气资源的综合评价和开发利用我国主要煤矿区对瓦斯的研究程度较高,对煤层的有关瓦斯参数进行了大量的测试和研究,积累了丰富的煤层瓦斯含量、瓦斯压力、煤层透气性和煤质、煤结构测试分析资料.以我国主要煤矿区为单元进行煤层气资源的评估,对近期煤层气的开发和利用具有指导意义.几年来在一些省(区)的高瓦斯矿区和矿井陆续开展了煤层气的勘探测试,这些地区大部分都具有编制瓦斯地质图和瓦斯地质分析的基础.针对矿区、矿井的瓦斯地质规律,选择适宜块段,对于合理布置实验井将会事半功倍,对减少盲目性,有的放矢、提高针对性有一定的指导意义和参考价值,一些矿区的实践已取得了较好的效果.5　结 语我国煤矿瓦斯地质工作实践表明,瓦斯地质工作是一项投资小、效果较大、可操作性较强的新方法,是一项适合国情的综合防治瓦斯灾害的新路子.随着瓦斯地质工作的普遍开展,瓦斯地质信息量不断增加,瓦斯地质学科得到了丰富和发展,在为煤矿生产服务的实践中正不断向成熟和完善的新水平前进.参　考　文　献1　陆国桢.“瓦斯地质”的回顾与展望.焦作矿业学院学报,1993(6):1～32　焦作矿业学院瓦斯地质研究室.瓦斯地质概论.北京:煤炭工业出版社,19903　王佑安.我国矿井瓦斯及其抽放综述.中国煤层气,1996(2):133～1374　杨力生.谈谈瓦斯地质研究成果和今后发展方向.瓦斯地质论文集.北京:煤炭工业出版社,1995.1～75　王同良.广西煤矿瓦斯地质学科研究进展.瓦斯地质论文集.北京:煤炭工业出版社,1995.29～39作者简介袁崇孚,男,教授,享受政府特殊津贴,全国煤炭工业劳动模范.1963年毕业于北京矿业学院,长期从事教学与科研工作.现任焦作工学院资源与环境工程系主任、中国煤炭学会瓦斯地质专业委员会学术秘书.先后主持承担完成10多项科研课题,获国家级、省部级奖励10次,主编、合作编写专著6本,发表论文40余篇.河南省焦作市焦作工学院资源与环境工程系,邮政编码:454000.DEVELOPMENT AND APPLICATION OF GAS-GEOLOGY IN C HINAYuan Chongfu(Jiaoz uo Institute o f Technology)A bstract　It is the need of mining security in production that brings about the development of g as-geolo-gy.It is widely noticed that how the new ly-founded subject will advance in the future.In China,w ith the ap-plication of the principles and theory of gas-geology,many achievements have been made in m any aspects in the past decade,including the results in mining production,mapping of gas-geology,prediction of gas out-brust danger and gas emission,as well as the appraisal of coalbed gas.Keywords　gas-geology,application,development of the discipline。