礦難！瓦斯爆炸！

　　10月9日22時，江西省上饒縣楓嶺頭鎮傳來一聲巨響，該鎮永吉煤礦突發一起局部瓦斯爆炸事故。10名礦工被困井下，生死不明。

　　為什麼煤礦瓦斯爆炸事故時有發生，有沒有辦法降伏瓦斯這只吃人的“氣老虎”？

　　科技日報記者第一時間聯繫到中國工程院院士謝和平、國家安全生産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，但是客觀原因不容忽視：我國大部分煤層構造獨特，滲透性低，瓦斯難以析出，國家和煤礦應加大科技投入，推進煤與瓦斯共採，把瓦斯爆炸的概率降到最低。

　　井上是能源，井下是老虎

　　瓦斯是什麼？

　　在科學家看來，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稱，主要成分是甲烷（80%以上），以及少量的二氧化碳和氮氣。

　　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佔大頭（如2013年全國煤礦死亡事故中，瓦斯爆炸事故佔48.6%，煤與瓦斯突出事故佔20%）。

　　“之所以瓦斯事故高發，無外乎人為操作的主觀因素和地層構造等客觀原因。”謝和平告訴記者，“由於我國含煤地層一般都經歷了成煤後的強烈構造運動，煤層內生裂隙遭到破壞，煤層滲透率普遍較低，這一特點決定了瓦斯會‘頑強’地吸附在煤炭中。”

　　“這就意味著，通過地面打井的等手段很難讓瓦斯有效析出。而在掘進中，隨著煤層應力改變，煤塊分崩離析，藏在煤中的瓦斯極易在短時內大量涌出，若不能安全排出，爆炸、突出等惡性事故就會發生。” 國家安全生産專家組成員、中國礦業大學教授林伯泉説。

　　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是二氧化碳的21倍，大量排放瓦斯將引發嚴重的溫室效應。

　　目前，我國探明的瓦斯儲量與天然氣相當，約為36萬億立方，居全球第三。據估算，1立方瓦斯可發3度電，熱值與1.5公斤煤相當。過去“一放了之”的瓦斯實際是白白浪費的能源。

　　降伏“氣老虎”不容易

　　其實，對瓦斯進行利用早有先例。

　　在山西晉城，計程車、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，隨著時代發展和技術進步，我國已提出並實施煤與瓦斯共採，實現雙能源科學開採。

　　2004年，我國開採瓦斯量19億立方，利用6億立方；2006年，國務院出臺了《關於加快煤層氣（煤礦瓦斯）抽採利用的若干意見》；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注重從氣中“吸金”。

　　但是，降伏“氣老虎”遠比想像的困難。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採多數瓦斯。

　　“在2000年，美國公司信心滿滿地進軍淮南、淮北煤礦進行瓦斯開採，結果鎩羽而歸。同時，引進美、澳井下鑽機直接在煤層中打鑽孔抽採瓦斯的嘗試也收效甚微。”長江學者、中國礦大（北京）周宏偉教授如是説。

　　因此，弄清楚瓦斯在煤層中的採動應力分佈特徵、瓦斯解析規律和釋放通道等理論與技術難點，才有可能化敵為友。

　　讓“氣老虎”化敵為友

　　永吉煤礦位於上饒縣楓嶺頭鎮坑口村，此處採煤已有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是越挖越深，平均開採深度近500米，且每年以20—30米的速度增加，但是極限開採深度多少無人回答。”

　　謝和平不無擔憂地説：“同時，現有幾十種開採方式，哪一種開採動力學更高效、綠色和安全，也沒有系統研究。”

　　一邊是煤炭在我國能源結構中佔比近70%的巨大需求，一邊是1000米以下煤炭資源量佔比達53%不利開採條件，矛盾突出。煤礦越挖越深，開採難度呈幾何級增加。

　　因此，想要把瓦斯科學、安全地開採出來，核心問題就是弄清開採卸壓過程中，煤岩體如何有效破裂、瓦斯如何有效解吸富集、如何實現針對性抽採等，進而實現煤與瓦斯共採的有效性、針對性和時空協同性。

　　謝和平介紹，他帶領中國礦大、川大等承擔的973計劃項目《深部煤炭開發中煤與瓦斯共採理論》就是要解決這個問題。

　　他們研發出一種卸壓增透技術及裝備。其原理就是利用水射流的切割作用，在鑽孔內壁上開挖出多條縫槽，使得煤層裂隙不斷增長擴容，並連接成網，為瓦斯順利涌出“修橋建路”。

　　目前，研究成果已在河南平頂山、焦煤等成功應用，鑽進破煤效率提高4.5倍，煤層透氣性提高100—525倍，鑽孔抽採範圍提高3—10倍，抽採達標需要的鑽孔數減少30%—40%，取得了顯著的社會效益與經濟效益。