礦難！瓦斯爆炸！
10月9日22時(shí)，江西省上饒縣楓嶺頭鎮(zhèn)傳來(lái)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(shí)有發(fā)生，有沒(méi)有辦法降伏瓦斯這只吃人的“氣老虎”？
謝和平院士
中國(guó)礦業(yè)大學(xué)林柏泉教授
科技日?qǐng)?bào)記者第一時(shí)間聯(lián)系到中國(guó)工程院院士謝和平、國(guó)家安全生產(chǎn)專(zhuān)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(guān)因素引發(fā)，但是客觀(guān)原因不容忽視：我國(guó)大部分煤層構(gòu)造獨(dú)特，滲透性低，瓦斯難以析出，國(guó)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(lái)，這是一種與天然氣類(lèi)似的清潔能源；在礦工看來(lái)，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(chēng)為“煤礦第一殺手”。
瓦斯其實(shí)是煤層氣的統(tǒng)稱(chēng)，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(lái)，由瓦斯引起的突出、爆炸事故，在我國(guó)的煤礦重大事故中占大頭（如2013年全國(guó)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(wú)外乎人為操作的主觀(guān)因素和地層構(gòu)造等客觀(guān)原因?！敝x和平告訴記者，“由于我國(guó)含煤地層一般都經(jīng)歷了成煤后的強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，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(huì)‘頑強(qiáng)’地吸附在煤炭中?！?/span>
“這就意味著，通過(guò)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(shí)內(nèi)大量涌出，若不能安全排出，爆炸、突出等惡性事故就會(huì)發(fā)生?！眹?guó)家安全生產(chǎn)專(zhuān)家組成員、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)教授林伯泉說(shuō)。
但即使將瓦斯抽排井外，若不加以利用也是“禍害”：甲烷對(duì)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(guó)探明的瓦斯儲(chǔ)量與天然氣相當(dāng)，約為36萬(wàn)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(guò)去“一放了之”的瓦斯實(shí)際是白白浪費(fèi)的能源。
降伏“氣老虎”不容易
其實(shí)，對(duì)瓦斯進(jìn)行利用早有先例。
在山西晉城，出租車(chē)、公交車(chē)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(tái)煤礦瓦斯氣的功勞……
謝和平告訴記者，隨著時(shí)代發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，我國(guó)已提出并實(shí)施煤與瓦斯共采，實(shí)現(xiàn)雙能源科學(xué)開(kāi)采。
2004年，我國(guó)開(kāi)采瓦斯量19億立方，利用6億立方；2006年，國(guó)務(wù)院出臺(tái)了《關(guān)于加快煤層氣（煤礦瓦斯）抽采利用的若干意見(jiàn)》；2013年，增長(zhǎng)到156億和66億立方。不難看出，越來(lái)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(guó)70%—80%煤層是微孔隙、低滲透、高吸附，瓦斯很難自己“跑”出來(lái)。而在美國(guó)，一般只需地面打井就能抽采多數(shù)瓦斯。
“在2000年，美國(guó)公司信心滿(mǎn)滿(mǎn)地進(jìn)軍淮南、淮北煤礦進(jìn)行瓦斯開(kāi)采，結(jié)果鎩羽而歸。同時(shí)，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(zhǎng)江學(xué)者、中國(guó)礦大（北京）周宏偉教授如是說(shuō)。
因此，弄清楚瓦斯在煤層中的采動(dòng)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(xiǎn)可想而知。
“中國(guó)煤礦的最大特點(diǎn)是越挖越深，平均開(kāi)采深度近500米，且每年以20—30米的速度增加，但是極限開(kāi)采深度多少無(wú)人回答?！?/span>
謝和平不無(wú)擔(dān)憂(yōu)地說(shuō)：“同時(shí)，現(xiàn)有幾十種開(kāi)采方式，哪一種開(kāi)采動(dòng)力學(xué)更高效、綠色和安全，也沒(méi)有系統(tǒng)研究。”
一邊是煤炭在我國(guó)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(kāi)采條件，矛盾突出。煤礦越挖越深，開(kāi)采難度呈幾何級(jí)增加。
因此，想要把瓦斯科學(xué)、安全地開(kāi)采出來(lái)，核心問(wèn)題就是弄清開(kāi)采卸壓過(guò)程中，煤巖體如何有效破裂、瓦斯如何有效解吸富集、如何實(shí)現(xiàn)針對(duì)性抽采等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)煤與瓦斯共采的有效性、針對(duì)性和時(shí)空協(xié)同性。
謝和平介紹，他帶領(lǐng)中國(guó)礦大、川大等承擔(dān)的973計(jì)劃項(xiàng)目《深部煤炭開(kāi)發(fā)中煤與瓦斯共采理論》就是要解決這個(gè)問(wèn)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(kāi)挖出多條縫槽，使得煤層裂隙不斷增長(zhǎng)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(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。
來(lái)源于：科技日?qǐng)?bào)
