瓦斯地質課程教學內容探討

宮良偉，陳 雄，秦江濤

（重慶工程職業技術學院 礦業與環境工程學院，重慶 400037）

瓦斯地質學是一門邊緣學科，與它相近的學科有：煤層氣地質學、礦井瓦斯防治、煤層氣開采技術等。瓦斯地質學與這些相近學科的分工和關系尚欠文獻論述，加之目前的瓦斯地質教材及參考書的內容差別很大，對其研究內容和教學內容認識模糊。為此，本文從瓦斯地質學的研究對象和內容入手，闡述了該學科與相近學科的關系，給出了高校瓦斯地質課程教學內容的建議，可作為編寫瓦斯地質教材的參考，并給出了開設該課程的建議。

1 瓦斯地質學科的研究對象和內容的演變

討論高校瓦斯地質課程的教學內容，要基于瓦斯地質學科的研究對象和內容，還要根據高校相關專業背景和不同層次高校學生特點。

1.1 瓦斯地質早期文獻對瓦斯研究對象和內容的論述

我國最早論述瓦斯地質的書籍是1990 年出版的《瓦斯地質概論》[3]：“瓦斯地質學是從地質角度研究煤層瓦斯賦存、涌出、煤與瓦斯突出的自然規律，為煤礦建設和能源開發服務的新興邊緣學科”；其研究內容，一是瓦斯的形成，二是瓦斯賦存的地質條件，三是煤與瓦斯突出的地質條件、四是瓦斯危險性預測（瓦斯含量預測、瓦斯涌出量預測、瓦斯突出預測）。文獻[3]的具體內容包含三個方面：一是瓦斯地質概論（包括瓦斯地質基礎、影響瓦斯賦存的地質條件、控制煤與瓦斯突出的地質因素）；二是瓦斯地質研究工作方法（包括煤層瓦斯參數的測定方法、突出煤層煤體結構的研究工作方法、瓦斯地質圖的編制、瓦斯地質若干定量研究方法、瓦斯地質區劃）；三是勘探階段和礦井的瓦斯預測（包括勘探階段瓦斯含量的預測、礦井瓦斯涌出量預測、煤與瓦斯突出預測）。可以看出，早期的瓦斯地質學科僅僅為煤礦的瓦斯災害治理提供地質理論和依據，沒把瓦斯作為一種資源看待。

1.2 瓦斯地質學科的研究內容演變

隨著瓦斯地質學科研究的深入和瓦斯災害防治手段的進步，瓦斯地質研究趨向如下：一是微觀研究（如構造煤的分子結構和煤成烴的機理等）；二是宏觀研究（如區域煤層瓦斯分布、板塊構造運動對煤層瓦斯分布和煤與瓦斯突出的影響及其瓦斯賦存構造逐漸控制理論等）；三是瓦斯治理理念轉為瓦斯資源開發利用（如開始研究影響瓦斯抽采的煤層地質因素等）。2009 年出版的《瓦斯地質學》[1]最能反映瓦斯地質學科研究內容的演變，將其研究內容概括如下：一是瓦斯賦存機理的研究，二是構造煤和瓦斯突出煤體基礎理論研究，三是瓦斯（煤層氣）抽采地質控制理論研究，四是煤與瓦斯突出地質控制機理研究。這種變化反映了瓦斯地質研究的深入，反映了煤礦瓦斯治理理念的改變，要把瓦斯作為資源先行抽采。由于研究內容的演變，文獻[1]（與文獻[3]比）增加了下列內容：瓦斯賦存構造逐級控制理論、中國煤層瓦斯分布特征、瓦斯資源評價和抽采技術、瓦斯地質地球物理響應和煤礦瓦斯地質信息平臺；加深了如下內容：含煤盆地和瓦斯生成理論、煤層瓦斯賦存與煤儲層物性特征、煤體結構和構造煤、瓦斯地質規律和瓦斯預測、瓦斯地質圖。參考個別文獻[4][5]，也把煤和瓦斯突出防治作為瓦斯地質的內容。

2 瓦斯地質與其相近學科的關系與分工問題

瓦斯地質是交叉科學，利用地質觀點研究瓦斯需要地質科學作基礎（如煤田地質學、構造地質學、區域地質學、板塊構造學等）；涉及礦井瓦斯災害需要采礦科學作支撐（如采礦學、通風安全學等）；研究瓦斯突出煤體基礎理論需要巖體力學、流體力學、煤化學等。

2.1 瓦斯地質學與礦井瓦斯防治的關系和分工

1）瓦斯地質學是煤炭科技人員在瓦斯災害防治過程中發展起來的學科，瓦斯的防治離不開瓦斯地質。從專業背景和專業應用講，采礦、通風與安全、礦建等專業的學生將來的工作都要涉及到瓦斯治理工作，因此都應開設瓦斯地質課程；但實際上很多院校相關專業沒有開設該課程。主觀因素是，沒有充分認識瓦斯地質的重要性；客觀因素是，礦井瓦斯防治課程涵蓋了部分瓦斯地質學的內容，礦山地質課程有一章介紹瓦斯地質（瓦斯地質僅作為礦井地質的部分講解），但是其中介紹的瓦斯地質內容遠遠不能滿足瓦斯防治的需要。

2）礦井瓦斯防治課程的主要內容有：礦井瓦斯的基本知識、瓦斯涌出及其治理、瓦斯噴出及其治理、煤和瓦斯突出及其治理、礦井瓦斯爆炸及其治理、礦井瓦斯抽放、礦井瓦斯的檢測和監控。瓦斯地質是從對煤礦瓦斯災害的反思中產生的，它與礦井瓦斯防治課程要有部分內容重疊。例如它們都研究瓦斯涌出、煤與瓦斯突出，但側重點不同。瓦斯地質的側重點是：用地質的理論和方法研究瓦斯涌出、煤與瓦斯突出的預測、煤與瓦斯突出的地質控制條件、瓦斯地質區劃等，為瓦斯災害防治提供方法論。礦井瓦斯防治的側重點是：瓦斯災害的治理[6][7]，礦井瓦斯的治理方法不必在瓦斯地質中講授。再者，瓦斯地質和礦井瓦斯防治都涉及瓦斯抽采問題（主要是井下抽采），但瓦斯防治課程研究瓦斯抽采技術，而瓦斯地質僅研究影響瓦斯抽采的地質因素和瓦斯（煤層氣）資源評價；因此瓦斯抽采技術不宜作為瓦斯地質的內容。瓦斯地質與瓦斯防治的關系，很像礦井地質學與采礦學的關系。

2.2 瓦斯地質學和煤層氣地質學的關系和分工

1）瓦斯和煤層氣幾乎是同義詞，但瓦斯地質學和煤層氣地質學卻不是一回事。瓦斯地質學是人們與礦井瓦斯災害的斗爭中產生的。煤礦科技人員認識到瓦斯災害與地質因素密切相關，必須研究地質因素對瓦斯災害的影響規律，從而產生了瓦斯地質學，它是為礦井瓦斯防治服務的。而在油氣開采行業，煤層氣作為天然氣的補充，其勘探開發已有30 a 歷史的實踐及其理論研究，促進了煤層氣地質學的產生。煤層氣地質學是以研究煤層氣成分與形成、氣體在煤層內賦存與運移、煤層氣分布與富集，以及煤層氣資源勘探開發地質評價為主要內容，是界于煤炭地質學和天然氣地質學之間的邊緣學科[8][9]。煤層氣地質學的主要研究內容是：煤層氣的成因、煤層氣的組成成分和化學物理性質、儲氣層（煤層）組成和煤層的裂隙空隙結構系統及其地質控制、煤體的變形特性、煤層氣的賦存狀態、煤層的含氣性、滲透性、地球物理特性、力學性能、煤層氣的資源評價、開采技術等等。

2）瓦斯地質學和煤層地質學的共同點是：研究瓦斯（煤層氣）在煤層中的賦存、運移、分布和富集，以便于瓦斯的抽采。但瓦斯地質學側重于在煤礦建設和生產中研究瓦斯地質（所以與采礦密切關聯），為安全開采煤炭而把瓦斯作為資源先行開發。而煤層氣地質學是把瓦斯（煤層氣）作為一種非常規天然氣來研究其地面抽采的可能性和地質因素，不考慮煤炭開采問題，它是為煤層氣開發服務的。兩者的對比如表1 所示。所以，煤層氣地質學僅為煤層氣的開采（不考慮井下抽采）提供地質理論和方法；而瓦斯地質學既要為煤層氣開采（主要是井下抽采）提供方法論，又要為煤礦的瓦斯治理提供地質思路。因此瓦斯地質學在其教材內容的選擇上要考慮這些雙重任務，并以瓦斯治理地質理論為重點。

表1 瓦斯地質學與煤層氣地質學的對比

3 高校本科的瓦斯地質課程教學內容

高校本科的瓦斯地質教學內容的選擇，既要考慮瓦斯地質學科的研究對象和研究內容，又要考慮該學科與相近學科的關系和分工；既要選擇成熟的瓦斯地質理論，又要介紹些新理論和發展方向。本文結合文獻[1][3][4][10][11]，對高校本科的瓦斯地質建議教學順序和內容如下：

1）緒論：介紹瓦斯地質學的研究意義、研究對象、研究內容、研究手段和方法，以及瓦斯地質學的形成和發展趨勢。

2）煤層瓦斯與煤層特征：瓦斯的性質和生成理論、煤層瓦斯的賦存狀態與瓦斯吸附解吸特征、煤層瓦斯垂向分帶、煤儲層壓力特性、煤層孔隙和裂隙特征、煤層透氣性特征、煤層瓦斯的運移規律。

3）瓦斯賦存構造逐漸控制理論：地球的內部結構和板塊構造學說、中國古板塊的劃分、中國大陸的構造期和構造事件、中國區域構造及其演化、板塊構造與中國煤層瓦斯分布。

4）煤體結構和構造煤：煤體結構的特征和分類、煤體變形機理和構造煤分布、煤的變質作用、構造煤的特征。

5）控制瓦斯賦存和瓦斯突出的地質因素：含煤巖系沉積環境和巖性特征對瓦斯賦存的影響、地質構造對瓦斯賦存的影響、其他因素（煤的變質程度、煤埋藏深度、煤田暴露程度、水文地質、巖漿巖入侵等）對瓦斯賦存的影響、地質構造對煤與瓦斯突出的影響、煤層厚度及其變化與瓦斯突出的關系、構造煤和煤與瓦斯突出。

6）中國煤層瓦斯分布特性：1∶200 萬中國煤層瓦斯地質圖、不同含煤地層的瓦斯地質分布特性、煤層瓦斯區域分布特征、中國煤層瓦斯分區分帶特征、煤與瓦斯突出區域構造控制。

7）煤層瓦斯參數的測定方法和突出煤體結構的研究方法：煤層瓦斯含量的概念與測定、煤層瓦斯壓力的概念與測定、瓦斯放散初速度的概念與測定、煤的堅固性系數的概念與測定、煤層透氣性系數的測定、其他煤層瓦斯參數的測定方法、突出煤層結構的井下觀測、突出煤體結構的室內研究。

8）瓦斯地質區劃和瓦斯地質定量研究：瓦斯地質區劃、瓦斯地質變量、回歸分析法、判別分析法、因子分析法、數理化理論。

9）煤礦三級瓦斯地質圖：煤礦瓦斯地質圖的種類、圖例和內容、煤礦三級瓦斯地質圖編制統計表、采掘工作面瓦斯地質圖編制方法、礦井瓦斯地質圖編制方法、礦區瓦斯地質圖編制方法、礦井瓦斯地質圖說明書的變形提綱。

10）煤層瓦斯含量和礦井瓦斯涌出量預測：煤層瓦斯含量預測的前期工作、煤層瓦斯含量預測的方法、礦井瓦斯涌出概述、影響礦井瓦斯涌出量的主要因素、礦山統計法、分源預測法、瓦斯地質統計法。

11）煤與瓦斯突出預測：煤與瓦斯突出的分類和特性、煤與瓦斯突出的一般規律、煤與瓦斯突出預兆、煤與瓦斯突出機理、煤與瓦斯突出預測分類及預測原理、區域突出危險性預測、工作面突出危險性預測、煤與瓦斯突出預測新技術簡介。

12）瓦斯資源評價：中國煤層瓦斯資源量分布與開發、煤層氣儲量分級、資源量計算方法、煤層氣選區評價。

13）煤礦瓦斯地質信息平臺：煤礦瓦斯地質信息平臺概述、煤礦瓦斯地質信息平臺的組成與特點、煤礦瓦斯地質信息管理系統涉及開發和應用實例、煤礦瓦斯地質信息平臺的發展和應用前景。

4 結束語

本文給出了高校本科瓦斯地質課程教學內容和教學順序的建議，可供編寫相應教材參考。瓦斯地質學是為礦井瓦斯防治服務的、煤層氣地質學是為煤層氣開采服務的。因此，采礦、建井、通風與安全、礦山地質專業等應開設瓦斯地質課程。對煤層氣抽采專業，如果行業背景是煤礦院校，既要開設瓦斯地質課程、又要開設煤層氣地質課程；如果是油氣行業背景，不考慮井下抽采煤層氣，應開設煤層氣地質學。瓦斯地質教學內容不應加入“煤與瓦斯突出防治”和“煤層氣開采技術”等內容，它們是礦井瓦斯防治和煤層氣開采課程的內容。這就像礦井地質課程不應加入采煤學的內容一樣。瓦斯賦存構造逐漸控制理論是瓦斯地質學的基本理論，無論是高校本科還是高職高專的瓦斯地質都應含有這些內容。

[1] 張子敏.瓦斯地質學[M].徐州：中國礦業大學出版社，2009.

[2] 彭立世.瓦斯地質研究現狀及學科發展趨勢[J].煤炭學報，1997，12（13）：116-118.

[3] 焦作礦業學院瓦斯地質研究所.瓦斯地質概論[M].北京：煤炭工業出版社，1990.

[4] 程功林，李垚.瓦斯地質[M].北京：煤炭工業出版社，2009.

[5] 張子戌，張子敏，王兆豐.瓦斯地質與瓦斯防治進展[M].北京：煤炭工業出版社，2007.

[6] 俞啟香.礦井瓦斯防治[M].徐州：中國礦業大學出版社，1992.

[7] 陳雄，何榮軍.礦井瓦斯防治[M].重慶：重慶大學出版社，2010.

[8] 傅雪海，秦勇，韋重韜.煤層氣地質學[M].徐州：中國礦業大學出版社，2007.

[9] 蘇現波，林曉英.煤層氣地質學[M].北京：煤炭工業出版社，2007.

[10] 張子敏，劉勇，張玉貴.瓦斯地質基礎[M].北京：煤炭工業出版社，2008.

[11] 張子敏，張玉貴.瓦斯地質規律與瓦斯預測[M].北京：煤炭工業出版社，2005.