话说中国煤矿瓦斯气

关于一些煤矿发生爆炸的新闻频频出现，导致矿工重大伤亡、财产重大损失的元凶就是煤矿瓦斯气，亦称煤层气。随着我国天然气研究、开发与利用的发展，人们对煤矿瓦斯气的研究日益重视。认识到煤矿瓦斯是复杂的气体地质体，瓦斯地质研究是瓦斯灾害预测防治的前提和基础，瓦斯分布受其形成、赋存和地质演化及构造的控制。

1983年，我国著名煤田地质学家杨力生、张子敏等在煤炭工业部建立了“全国煤矿瓦斯地质编图”重大攻关课题，在全国开展瓦斯地质编图工作。系统地整理了建国30余年来全国煤矿积累的大量瓦斯地质资料，分析了全国煤矿瓦斯涌出、煤层瓦斯含量、发生煤与瓦斯突出灾害等大量的资料，完成了600余套矿井、125套矿区、25套省（区）瓦斯地质图。

中国煤矿瓦斯分布区域地质特征

（1）东北地区。大地构造归属于天山-兴安活动带，三叠纪以前几乎没有形成有价值的煤炭。印支运动以后，东北地区进入滨太平洋构造域发展阶段，燕山运动晚期至喜马拉雅运动早期，挤压作用逐步被拉张所取代，在大兴安岭-太行山链以东，郯庐至抚顺-密山断裂带以西形成了众多大小不等的地堑、半地堑式裂陷盆地，在裂陷盆地中广泛沉积了我国东北地区最重要的晚侏罗世-早白垩世含煤地层，煤炭资源量约2564亿吨，煤种主要以低、中变质烟煤为主。在大兴安岭隆起带上，受隆起作用，主要为褐煤和低变质烟煤控制的低瓦斯矿井、矿区。在黑龙江、吉林、辽宁中部和东部的含煤盆地，构造受挤压、剪切和岩浆热变质作用强烈，煤层以中、高度变质烟煤为主，并受大面积的低透气性火山碎屑岩覆盖作用，瓦斯生成、保存较好，多为高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井、矿区。

（2）华北地区。在大地构造上属华北板块。沉积了中国最丰富的石炭系-二叠系含煤地层，煤炭资源量约18778亿吨，煤种主要为中高变质烟煤和无烟煤，煤层瓦斯生成条件好。在华北板块北缘阴山-燕山东西向构造带的山间盆地中沉积了下-中侏罗统煤层，受西伯利亚板块与华北板块的相互作用，挤压、剪切和岩浆作用强烈，矿井多为高瓦斯、突出矿井。另一方面，华北板块受太平洋板块俯冲作用，由东至西不断隆起，使得东部、北部一些矿区缺失三叠系，以及燕山晚期之后出现的拉张、裂陷活动，影响了煤层瓦斯的保存条件。

（3）华南地区。在大地构造上属华南板块。主要为石炭系-二叠系含煤地层和上三叠统含煤地层，石炭系-二叠系含煤地层煤炭资源量约3249亿吨；上三叠统含煤地层煤炭资源量不足百亿吨，煤种主要为无烟煤和高变质烟煤。石炭系-二叠系含煤地层形成后，长期凹陷，连续沉积了三叠系、侏罗系和部分白垩系，煤层瓦斯生成和保存条件极为优越。华南地区的煤矿主要为高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井。在福建、赣南、粤东地区，受板块碰撞和大规模的岩浆作用，形成了大范围的超高变质无烟煤，吸附瓦斯能力低，普遍为低瓦斯。

（4）西北地区。东界贺兰山、六盘山，南界昆仑山、秦岭，西界和北界国境线。大地构造归属于天山-兴安活动带、昆仑-秦岭活动带和塔里木陆块。分布着大范围的下、中侏罗统含煤地层，煤炭资源量约30000亿吨，占全国煤炭资源量的48.39%，主要为中、低变质烟煤。中、新生代以来，由于受西伯利亚板块由北向南推挤和印度板块由南向北对挤，盆地大范围的隆起，使得煤层埋藏比较浅，浅部瓦斯大量被释放，目前多数矿井在浅部开采，多为低瓦斯矿井。但由于大多盆地南、北两侧受逆断层控制，构造以挤压作用为主，有利于深部瓦斯保存。

（5）我国滇藏地区主要受喜马拉雅期构造作用的控制，煤炭资源仅为11亿余吨，主要为晚第三纪含煤盆地的褐煤和低变质烟煤，目前全为低瓦斯矿井。

综观中国煤层瓦斯气的形成和分布规律，可以概括为以煤层瓦斯生成条件和保存条件为基础的高瓦斯赋存量和高瓦斯涌出量，构成了高瓦斯区、高瓦斯带、高瓦斯煤田(矿区)、高瓦斯矿井；建立在煤层高瓦斯赋存量基础上的以构造挤压、逆冲推覆作用为主，使得煤层结构破坏，发生强烈的韧塑性变形，从而形成一定厚度的构造煤，会引起矿井开采时煤与瓦斯突出危险。

中国煤矿瓦斯气特色

中国煤矿分为高瓦斯、低瓦斯和煤与瓦斯突出矿井；建立在高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井基础上构成了高瓦斯矿区；反之是低瓦斯矿区。依据区域地质背景和矿区瓦斯地质特征进行瓦斯分布大区、瓦斯带的划分。

在一个矿区内，有30%以上的高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井，煤层瓦斯含量在10m3/t以上，划定为高瓦斯矿区。

在同一区域构造背景条件下，同一大的地质构造单元控制的若干个矿区中，有30%以上的高瓦斯矿区，划定为高瓦斯带。

按照中国东北、华北、华南、西北、滇藏五大地区，在同一区域构造背景下的若干个瓦斯带中，有40%以上的高瓦斯带，划定为高瓦斯分布大区。

东北地区有2个瓦斯分布大区，其中高瓦斯分布大区1个、低瓦斯分布大区1个；有13个瓦斯带，其中高瓦斯带6个、低瓦斯带7个。其中有煤与瓦斯突出的矿区7个，占全国总数的8.9%；有煤与瓦斯突出矿井21对，占全国总数的7.6%。

华北地区有7个瓦斯分布大区，其中高瓦斯分布大区5个、低瓦斯分布大区2个；有27个瓦斯带，其中高瓦斯带13个、低瓦斯带14个。其中有煤与瓦斯突出的矿区23个，占全国总数的29%；有煤与瓦斯突出矿井67对，占全国总数的24.1%。

华南地区有7个瓦斯分布大区，其中高瓦斯分布大区4个、低瓦斯分布大区3个；有35个瓦斯带，其中高瓦斯带16个、低瓦斯带19个；其中有煤与瓦斯突出的矿区46个，占全国总数的58.2%；有煤与瓦斯突出矿井181对，占全国总数的66.3%。

西北地区有4个瓦斯分布大区，全为低瓦斯分布大区；有13个瓦斯带，其中高瓦斯带3个、低瓦斯带10个。其中有煤与瓦斯突出的矿区3个，占全国总数的3.8%；有煤与瓦斯突出矿井5对，占全国总数的2%。

中国煤矿瓦斯气的开发利用

瓦斯是生于煤层、储存于煤层或围岩中的气体地质体，现今煤层瓦斯的赋存状态和含量、涌出量高低分区分带规律是含煤地层经受复杂地质历史演化作用的结果，受到瓦斯生成、运移、保存条件等综合地质作用的控制，控制煤层瓦斯保存的地质作用更加重要，主要受到区域地质和矿区构造演化的控制。

由于煤的结构特殊性，以及煤田和煤矿开采的特殊性（比如露天开采、巷道开采，通风等条件），煤层中生成的瓦斯80％以上都逸散了。而煤矿瓦斯气的主要成分是燃烧能力很高的甲烷，燃烧热值极高，是一种良好的“清洁燃料”。目前，各国大力倡导“绿色能源”消费，世界上不论是能源生产大国还是小国都高度重视煤矿瓦斯气的开发利用。中国已经部署了几个“重大基础科学研究项目（973项目）”，专门对煤矿瓦斯气进行研究。

相信在不久的将来，煤矿瓦斯气这种令煤矿工人“谈气色变”的“老虎”一定会被“驯服”，成为造福人类的“绿色能源”和“清洁能源”。

作者：王大锐