瓦斯地質(zhì)課程教學(xué)內(nèi)容探討

宮良偉，陳 雄，秦江濤

（重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 礦業(yè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400037）

瓦斯地質(zhì)學(xué)是一門邊緣學(xué)科，與它相近的學(xué)科有：煤層氣地質(zhì)學(xué)、礦井瓦斯防治、煤層氣開采技術(shù)等。瓦斯地質(zhì)學(xué)與這些相近學(xué)科的分工和關(guān)系尚欠文獻(xiàn)論述，加之目前的瓦斯地質(zhì)教材及參考書的內(nèi)容差別很大，對其研究內(nèi)容和教學(xué)內(nèi)容認(rèn)識模糊。為此，本文從瓦斯地質(zhì)學(xué)的研究對象和內(nèi)容入手，闡述了該學(xué)科與相近學(xué)科的關(guān)系，給出了高校瓦斯地質(zhì)課程教學(xué)內(nèi)容的建議，可作為編寫瓦斯地質(zhì)教材的參考，并給出了開設(shè)該課程的建議。

1 瓦斯地質(zhì)學(xué)科的研究對象和內(nèi)容的演變

討論高校瓦斯地質(zhì)課程的教學(xué)內(nèi)容，要基于瓦斯地質(zhì)學(xué)科的研究對象和內(nèi)容，還要根據(jù)高校相關(guān)專業(yè)背景和不同層次高校學(xué)生特點。

1.1 瓦斯地質(zhì)早期文獻(xiàn)對瓦斯研究對象和內(nèi)容的論述

我國最早論述瓦斯地質(zhì)的書籍是1990 年出版的《瓦斯地質(zhì)概論》[3]：“瓦斯地質(zhì)學(xué)是從地質(zhì)角度研究煤層瓦斯賦存、涌出、煤與瓦斯突出的自然規(guī)律，為煤礦建設(shè)和能源開發(fā)服務(wù)的新興邊緣學(xué)科”；其研究內(nèi)容，一是瓦斯的形成，二是瓦斯賦存的地質(zhì)條件，三是煤與瓦斯突出的地質(zhì)條件、四是瓦斯危險性預(yù)測（瓦斯含量預(yù)測、瓦斯涌出量預(yù)測、瓦斯突出預(yù)測）。文獻(xiàn)[3]的具體內(nèi)容包含三個方面：一是瓦斯地質(zhì)概論（包括瓦斯地質(zhì)基礎(chǔ)、影響瓦斯賦存的地質(zhì)條件、控制煤與瓦斯突出的地質(zhì)因素）；二是瓦斯地質(zhì)研究工作方法（包括煤層瓦斯參數(shù)的測定方法、突出煤層煤體結(jié)構(gòu)的研究工作方法、瓦斯地質(zhì)圖的編制、瓦斯地質(zhì)若干定量研究方法、瓦斯地質(zhì)區(qū)劃）；三是勘探階段和礦井的瓦斯預(yù)測（包括勘探階段瓦斯含量的預(yù)測、礦井瓦斯涌出量預(yù)測、煤與瓦斯突出預(yù)測）?？梢钥闯?，早期的瓦斯地質(zhì)學(xué)科僅僅為煤礦的瓦斯災(zāi)害治理提供地質(zhì)理論和依據(jù)，沒把瓦斯作為一種資源看待。

1.2 瓦斯地質(zhì)學(xué)科的研究內(nèi)容演變

隨著瓦斯地質(zhì)學(xué)科研究的深入和瓦斯災(zāi)害防治手段的進(jìn)步，瓦斯地質(zhì)研究趨向如下：一是微觀研究（如構(gòu)造煤的分子結(jié)構(gòu)和煤成烴的機(jī)理等）；二是宏觀研究（如區(qū)域煤層瓦斯分布、板塊構(gòu)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(gòu)造逐漸控制理論等）；三是瓦斯治理理念轉(zhuǎn)為瓦斯資源開發(fā)利用（如開始研究影響瓦斯抽采的煤層地質(zhì)因素等）。2009 年出版的《瓦斯地質(zhì)學(xué)》[1]最能反映瓦斯地質(zhì)學(xué)科研究內(nèi)容的演變，將其研究內(nèi)容概括如下：一是瓦斯賦存機(jī)理的研究，二是構(gòu)造煤和瓦斯突出煤體基礎(chǔ)理論研究，三是瓦斯（煤層氣）抽采地質(zhì)控制理論研究，四是煤與瓦斯突出地質(zhì)控制機(jī)理研究。這種變化反映了瓦斯地質(zhì)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(nèi)容的演變，文獻(xiàn)[1]（與文獻(xiàn)[3]比）增加了下列內(nèi)容：瓦斯賦存構(gòu)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(shù)、瓦斯地質(zhì)地球物理響應(yīng)和煤礦瓦斯地質(zhì)信息平臺；加深了如下內(nèi)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(jié)構(gòu)和構(gòu)造煤、瓦斯地質(zhì)規(guī)律和瓦斯預(yù)測、瓦斯地質(zhì)圖。參考個別文獻(xiàn)[4][5]，也把煤和瓦斯突出防治作為瓦斯地質(zhì)的內(nèi)容。

2 瓦斯地質(zhì)與其相近學(xué)科的關(guān)系與分工問題

瓦斯地質(zhì)是交叉科學(xué)，利用地質(zhì)觀點研究瓦斯需要地質(zhì)科學(xué)作基礎(chǔ)（如煤田地質(zhì)學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、區(qū)域地質(zhì)學(xué)、板塊構(gòu)造學(xué)等）；涉及礦井瓦斯災(zāi)害需要采礦科學(xué)作支撐（如采礦學(xué)、通風(fēng)安全學(xué)等）；研究瓦斯突出煤體基礎(chǔ)理論需要巖體力學(xué)、流體力學(xué)、煤化學(xué)等。

2.1 瓦斯地質(zhì)學(xué)與礦井瓦斯防治的關(guān)系和分工

1）瓦斯地質(zhì)學(xué)是煤炭科技人員在瓦斯災(zāi)害防治過程中發(fā)展起來的學(xué)科，瓦斯的防治離不開瓦斯地質(zhì)。從專業(yè)背景和專業(yè)應(yīng)用講，采礦、通風(fēng)與安全、礦建等專業(yè)的學(xué)生將來的工作都要涉及到瓦斯治理工作，因此都應(yīng)開設(shè)瓦斯地質(zhì)課程；但實際上很多院校相關(guān)專業(yè)沒有開設(shè)該課程。主觀因素是，沒有充分認(rèn)識瓦斯地質(zhì)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(zhì)學(xué)的內(nèi)容，礦山地質(zhì)課程有一章介紹瓦斯地質(zhì)（瓦斯地質(zhì)僅作為礦井地質(zhì)的部分講解），但是其中介紹的瓦斯地質(zhì)內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足瓦斯防治的需要。

2）礦井瓦斯防治課程的主要內(nèi)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(jiān)控。瓦斯地質(zhì)是從對煤礦瓦斯災(zāi)害的反思中產(chǎn)生的，它與礦井瓦斯防治課程要有部分內(nèi)容重疊。例如它們都研究瓦斯涌出、煤與瓦斯突出，但側(cè)重點不同。瓦斯地質(zhì)的側(cè)重點是：用地質(zhì)的理論和方法研究瓦斯涌出、煤與瓦斯突出的預(yù)測、煤與瓦斯突出的地質(zhì)控制條件、瓦斯地質(zhì)區(qū)劃等，為瓦斯災(zāi)害防治提供方法論。礦井瓦斯防治的側(cè)重點是：瓦斯災(zāi)害的治理[6][7]，礦井瓦斯的治理方法不必在瓦斯地質(zhì)中講授。再者，瓦斯地質(zhì)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(shù)，而瓦斯地質(zhì)僅研究影響瓦斯抽采的地質(zhì)因素和瓦斯（煤層氣）資源評價；因此瓦斯抽采技術(shù)不宜作為瓦斯地質(zhì)的內(nèi)容。瓦斯地質(zhì)與瓦斯防治的關(guān)系，很像礦井地質(zhì)學(xué)與采礦學(xué)的關(guān)系。

2.2 瓦斯地質(zhì)學(xué)和煤層氣地質(zhì)學(xué)的關(guān)系和分工

1）瓦斯和煤層氣幾乎是同義詞，但瓦斯地質(zhì)學(xué)和煤層氣地質(zhì)學(xué)卻不是一回事。瓦斯地質(zhì)學(xué)是人們與礦井瓦斯災(zāi)害的斗爭中產(chǎn)生的。煤礦科技人員認(rèn)識到瓦斯災(zāi)害與地質(zhì)因素密切相關(guān)，必須研究地質(zhì)因素對瓦斯災(zāi)害的影響規(guī)律，從而產(chǎn)生了瓦斯地質(zhì)學(xué)，它是為礦井瓦斯防治服務(wù)的。而在油氣開采行業(yè)，煤層氣作為天然氣的補(bǔ)充，其勘探開發(fā)已有30 a 歷史的實踐及其理論研究，促進(jìn)了煤層氣地質(zhì)學(xué)的產(chǎn)生。煤層氣地質(zhì)學(xué)是以研究煤層氣成分與形成、氣體在煤層內(nèi)賦存與運移、煤層氣分布與富集，以及煤層氣資源勘探開發(fā)地質(zhì)評價為主要內(nèi)容，是界于煤炭地質(zhì)學(xué)和天然氣地質(zhì)學(xué)之間的邊緣學(xué)科[8][9]。煤層氣地質(zhì)學(xué)的主要研究內(nèi)容是：煤層氣的成因、煤層氣的組成成分和化學(xué)物理性質(zhì)、儲氣層（煤層）組成和煤層的裂隙空隙結(jié)構(gòu)系統(tǒng)及其地質(zhì)控制、煤體的變形特性、煤層氣的賦存狀態(tài)、煤層的含氣性、滲透性、地球物理特性、力學(xué)性能、煤層氣的資源評價、開采技術(shù)等等。

2）瓦斯地質(zhì)學(xué)和煤層地質(zhì)學(xué)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(zhì)學(xué)側(cè)重于在煤礦建設(shè)和生產(chǎn)中研究瓦斯地質(zhì)（所以與采礦密切關(guān)聯(lián)），為安全開采煤炭而把瓦斯作為資源先行開發(fā)。而煤層氣地質(zhì)學(xué)是把瓦斯（煤層氣）作為一種非常規(guī)天然氣來研究其地面抽采的可能性和地質(zhì)因素，不考慮煤炭開采問題，它是為煤層氣開發(fā)服務(wù)的。兩者的對比如表1 所示。所以，煤層氣地質(zhì)學(xué)僅為煤層氣的開采（不考慮井下抽采）提供地質(zhì)理論和方法；而瓦斯地質(zhì)學(xué)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(zhì)思路。因此瓦斯地質(zhì)學(xué)在其教材內(nèi)容的選擇上要考慮這些雙重任務(wù)，并以瓦斯治理地質(zhì)理論為重點。

表1 瓦斯地質(zhì)學(xué)與煤層氣地質(zhì)學(xué)的對比

3 高校本科的瓦斯地質(zhì)課程教學(xué)內(nèi)容

高校本科的瓦斯地質(zhì)教學(xué)內(nèi)容的選擇，既要考慮瓦斯地質(zhì)學(xué)科的研究對象和研究內(nèi)容，又要考慮該學(xué)科與相近學(xué)科的關(guān)系和分工；既要選擇成熟的瓦斯地質(zhì)理論，又要介紹些新理論和發(fā)展方向。本文結(jié)合文獻(xiàn)[1][3][4][10][11]，對高校本科的瓦斯地質(zhì)建議教學(xué)順序和內(nèi)容如下：

1）緒論：介紹瓦斯地質(zhì)學(xué)的研究意義、研究對象、研究內(nèi)容、研究手段和方法，以及瓦斯地質(zhì)學(xué)的形成和發(fā)展趨勢。

2）煤層瓦斯與煤層特征：瓦斯的性質(zhì)和生成理論、煤層瓦斯的賦存狀態(tài)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(guī)律。

3）瓦斯賦存構(gòu)造逐漸控制理論：地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和板塊構(gòu)造學(xué)說、中國古板塊的劃分、中國大陸的構(gòu)造期和構(gòu)造事件、中國區(qū)域構(gòu)造及其演化、板塊構(gòu)造與中國煤層瓦斯分布。

4）煤體結(jié)構(gòu)和構(gòu)造煤：煤體結(jié)構(gòu)的特征和分類、煤體變形機(jī)理和構(gòu)造煤分布、煤的變質(zhì)作用、構(gòu)造煤的特征。

5）控制瓦斯賦存和瓦斯突出的地質(zhì)因素：含煤巖系沉積環(huán)境和巖性特征對瓦斯賦存的影響、地質(zhì)構(gòu)造對瓦斯賦存的影響、其他因素（煤的變質(zhì)程度、煤埋藏深度、煤田暴露程度、水文地質(zhì)、巖漿巖入侵等）對瓦斯賦存的影響、地質(zhì)構(gòu)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(guān)系、構(gòu)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(zhì)圖、不同含煤地層的瓦斯地質(zhì)分布特性、煤層瓦斯區(qū)域分布特征、中國煤層瓦斯分區(qū)分帶特征、煤與瓦斯突出區(qū)域構(gòu)造控制。

7）煤層瓦斯參數(shù)的測定方法和突出煤體結(jié)構(gòu)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(shù)的概念與測定、煤層透氣性系數(shù)的測定、其他煤層瓦斯參數(shù)的測定方法、突出煤層結(jié)構(gòu)的井下觀測、突出煤體結(jié)構(gòu)的室內(nèi)研究。

8）瓦斯地質(zhì)區(qū)劃和瓦斯地質(zhì)定量研究：瓦斯地質(zhì)區(qū)劃、瓦斯地質(zhì)變量、回歸分析法、判別分析法、因子分析法、數(shù)理化理論。

9）煤礦三級瓦斯地質(zhì)圖：煤礦瓦斯地質(zhì)圖的種類、圖例和內(nèi)容、煤礦三級瓦斯地質(zhì)圖編制統(tǒng)計表、采掘工作面瓦斯地質(zhì)圖編制方法、礦井瓦斯地質(zhì)圖編制方法、礦區(qū)瓦斯地質(zhì)圖編制方法、礦井瓦斯地質(zhì)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(yù)測：煤層瓦斯含量預(yù)測的前期工作、煤層瓦斯含量預(yù)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(tǒng)計法、分源預(yù)測法、瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計法。

11）煤與瓦斯突出預(yù)測：煤與瓦斯突出的分類和特性、煤與瓦斯突出的一般規(guī)律、煤與瓦斯突出預(yù)兆、煤與瓦斯突出機(jī)理、煤與瓦斯突出預(yù)測分類及預(yù)測原理、區(qū)域突出危險性預(yù)測、工作面突出危險性預(yù)測、煤與瓦斯突出預(yù)測新技術(shù)簡介。

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

13）煤礦瓦斯地質(zhì)信息平臺：煤礦瓦斯地質(zhì)信息平臺概述、煤礦瓦斯地質(zhì)信息平臺的組成與特點、煤礦瓦斯地質(zhì)信息管理系統(tǒng)涉及開發(fā)和應(yīng)用實例、煤礦瓦斯地質(zhì)信息平臺的發(fā)展和應(yīng)用前景。

4 結(jié)束語

本文給出了高校本科瓦斯地質(zhì)課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)順序的建議，可供編寫相應(yīng)教材參考。瓦斯地質(zhì)學(xué)是為礦井瓦斯防治服務(wù)的、煤層氣地質(zhì)學(xué)是為煤層氣開采服務(wù)的。因此，采礦、建井、通風(fēng)與安全、礦山地質(zhì)專業(yè)等應(yīng)開設(shè)瓦斯地質(zhì)課程。對煤層氣抽采專業(yè)，如果行業(yè)背景是煤礦院校，既要開設(shè)瓦斯地質(zhì)課程、又要開設(shè)煤層氣地質(zhì)課程；如果是油氣行業(yè)背景，不考慮井下抽采煤層氣，應(yīng)開設(shè)煤層氣地質(zhì)學(xué)。瓦斯地質(zhì)教學(xué)內(nèi)容不應(yīng)加入“煤與瓦斯突出防治”和“煤層氣開采技術(shù)”等內(nèi)容，它們是礦井瓦斯防治和煤層氣開采課程的內(nèi)容。這就像礦井地質(zhì)課程不應(yīng)加入采煤學(xué)的內(nèi)容一樣。瓦斯賦存構(gòu)造逐漸控制理論是瓦斯地質(zhì)學(xué)的基本理論，無論是高校本科還是高職高專的瓦斯地質(zhì)都應(yīng)含有這些內(nèi)容。

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