礦難！瓦斯爆炸！
10月9日22時，江西省上饒縣楓嶺頭鎮(zhèn)傳來一聲巨響，該鎮(zhèn)永吉煤礦突發(fā)一起局部瓦斯爆炸事故。10名礦工被困井下，生死不明。
為什么煤礦瓦斯爆炸事故時有發(fā)生，有沒有辦法降伏瓦斯這只吃人的“氣老虎”？
謝和平院士
中國礦業(yè)大學(xué)林柏泉教授
科技日報記者第一時間聯(lián)系到中國工程院院士謝和平、國家安全生產(chǎn)專家組成員林伯泉教授等。他們表示，瓦斯爆炸事故多由人為操作等主觀因素引發(fā)，但是客觀原因不容忽視：我國大部分煤層構(gòu)造獨(dú)特，滲透性低，瓦斯難以析出，國家和煤礦應(yīng)加大科技投入，推進(jìn)煤與瓦斯共采，把瓦斯爆炸的概率降到最低。
井上是能源，井下是老虎
瓦斯是什么？
在科學(xué)家看來，這是一種與天然氣類似的清潔能源；在礦工看來，這就是“氣老虎”，在煤礦五大自然災(zāi)害中，其危害程度居首，被稱為“煤礦第一殺手”。
瓦斯其實是煤層氣的統(tǒng)稱，主要成分是甲烷（80%以上），以及少量的二氧化碳和氮?dú)狻?/span>
近年來，由瓦斯引起的突出、爆炸事故，在我國的煤礦重大事故中占大頭（如2013年全國煤礦死亡事故中，瓦斯爆炸事故占48.6%，煤與瓦斯突出事故占20%）。
“之所以瓦斯事故高發(fā)，無外乎人為操作的主觀因素和地層構(gòu)造等客觀原因?！敝x和平告訴記者，“由于我國含煤地層一般都經(jīng)歷了成煤后的強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動，煤層內(nèi)生裂隙遭到破壞，煤層滲透率普遍較低，這一特點(diǎn)決定了瓦斯會‘頑強(qiáng)’地吸附在煤炭中?！?/span>
“這就意味著，通過地面打井的等手段很難讓瓦斯有效析出。而在掘進(jìn)中，隨著煤層應(yīng)力改變，煤塊分崩離析，藏在煤中的瓦斯極易在短時內(nèi)大量涌出，若不能安全排出，爆炸、突出等惡性事故就會發(fā)生?！眹野踩a(chǎn)專家組成員、中國礦業(yè)大學(xué)教授林伯泉說。
但即使將瓦斯抽排井外，若不加以利用也是“禍害”：甲烷對臭氧層的破壞效應(yīng)是二氧化碳的21倍，大量排放瓦斯將引發(fā)嚴(yán)重的溫室效應(yīng)。
目前，我國探明的瓦斯儲量與天然氣相當(dāng)，約為36萬億立方，居全球第三。據(jù)估算，1立方瓦斯可發(fā)3度電，熱值與1.5公斤煤相當(dāng)。過去“一放了之”的瓦斯實際是白白浪費(fèi)的能源。
降伏“氣老虎”不容易
其實，對瓦斯進(jìn)行利用早有先例。
在山西晉城，出租車、公交車都用上了比天然氣還便宜的瓦斯氣；在遼寧撫順，有半數(shù)市民供暖、燒飯都是老虎臺煤礦瓦斯氣的功勞……
謝和平告訴記者，隨著時代發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，我國已提出并實施煤與瓦斯共采，實現(xiàn)雙能源科學(xué)開采。
2004年，我國開采瓦斯量19億立方，利用6億立方；2006年，國務(wù)院出臺了《關(guān)于加快煤層氣（煤礦瓦斯）抽采利用的若干意見》；2013年，增長到156億和66億立方。不難看出，越來越多的煤礦企業(yè)注重從氣中“吸金”。
但是，降伏“氣老虎”遠(yuǎn)比想象的困難。我國70%—80%煤層是微孔隙、低滲透、高吸附，瓦斯很難自己“跑”出來。而在美國，一般只需地面打井就能抽采多數(shù)瓦斯。
“在2000年，美國公司信心滿滿地進(jìn)軍淮南、淮北煤礦進(jìn)行瓦斯開采，結(jié)果鎩羽而歸。同時，引進(jìn)美、澳井下鉆機(jī)直接在煤層中打鉆孔抽采瓦斯的嘗試也收效甚微?！遍L江學(xué)者、中國礦大（北京）周宏偉教授如是說。
因此，弄清楚瓦斯在煤層中的采動應(yīng)力分布特征、瓦斯解析規(guī)律和釋放通道等理論與技術(shù)難點(diǎn)，才有可能化敵為友。
讓“氣老虎”化敵為友
永吉煤礦位于上饒縣楓嶺頭鎮(zhèn)坑口村，此處采煤已有80多年，礦井越挖越深，難度和危險可想而知。
“中國煤礦的最大特點(diǎn)是越挖越深，平均開采深度近500米，且每年以20—30米的速度增加，但是極限開采深度多少無人回答?！?/span>
謝和平不無擔(dān)憂地說：“同時，現(xiàn)有幾十種開采方式，哪一種開采動力學(xué)更高效、綠色和安全，也沒有系統(tǒng)研究。”
一邊是煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中占比近70%的巨大需求，一邊是1000米以下煤炭資源量占比達(dá)53%不利開采條件，矛盾突出。煤礦越挖越深，開采難度呈幾何級增加。
因此，想要把瓦斯科學(xué)、安全地開采出來，核心問題就是弄清開采卸壓過程中，煤巖體如何有效破裂、瓦斯如何有效解吸富集、如何實現(xiàn)針對性抽采等，進(jìn)而實現(xiàn)煤與瓦斯共采的有效性、針對性和時空協(xié)同性。
謝和平介紹，他帶領(lǐng)中國礦大、川大等承擔(dān)的973計劃項目《深部煤炭開發(fā)中煤與瓦斯共采理論》就是要解決這個問題。
他們研發(fā)出一種卸壓增透技術(shù)及裝備。其原理就是利用水射流的切割作用，在鉆孔內(nèi)壁上開挖出多條縫槽，使得煤層裂隙不斷增長擴(kuò)容，并連接成網(wǎng)，為瓦斯順利涌出“修橋建路”。
目前，研究成果已在河南平頂山、焦煤等成功應(yīng)用，鉆進(jìn)破煤效率提高4.5倍，煤層透氣性提高100—525倍，鉆孔抽采范圍提高3—10倍，抽采達(dá)標(biāo)需要的鉆孔數(shù)減少30%—40%，取得了顯著的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益。
來源于：科技日報
