瓦斯地质课程教学内容探讨

宫良伟，陈 雄，秦江涛

（重庆工程职业技术学院 矿业与环境工程学院，重庆 400037）

瓦斯地质学是一门边缘学科，与它相近的学科有：煤层气地质学、矿井瓦斯防治、煤层气开采技术等。瓦斯地质学与这些相近学科的分工和关系尚欠文献论述，加之目前的瓦斯地质教材及参考书的内容差别很大，对其研究内容和教学内容认识模糊。为此，本文从瓦斯地质学的研究对象和内容入手，阐述了该学科与相近学科的关系，给出了高校瓦斯地质课程教学内容的建议，可作为编写瓦斯地质教材的参考，并给出了开设该课程的建议。

1 瓦斯地质学科的研究对象和内容的演变

讨论高校瓦斯地质课程的教学内容，要基于瓦斯地质学科的研究对象和内容，还要根据高校相关专业背景和不同层次高校学生特点。

1.1 瓦斯地质早期文献对瓦斯研究对象和内容的论述

我国最早论述瓦斯地质的书籍是1990 年出版的《瓦斯地质概论》[3]：“瓦斯地质学是从地质角度研究煤层瓦斯赋存、涌出、煤与瓦斯突出的自然规律，为煤矿建设和能源开发服务的新兴边缘学科”；其研究内容，一是瓦斯的形成，二是瓦斯赋存的地质条件，三是煤与瓦斯突出的地质条件、四是瓦斯危险性预测（瓦斯含量预测、瓦斯涌出量预测、瓦斯突出预测）。文献[3]的具体内容包含三个方面：一是瓦斯地质概论（包括瓦斯地质基础、影响瓦斯赋存的地质条件、控制煤与瓦斯突出的地质因素）；二是瓦斯地质研究工作方法（包括煤层瓦斯参数的测定方法、突出煤层煤体结构的研究工作方法、瓦斯地质图的编制、瓦斯地质若干定量研究方法、瓦斯地质区划）；三是勘探阶段和矿井的瓦斯预测（包括勘探阶段瓦斯含量的预测、矿井瓦斯涌出量预测、煤与瓦斯突出预测）。可以看出，早期的瓦斯地质学科仅仅为煤矿的瓦斯灾害治理提供地质理论和依据，没把瓦斯作为一种资源看待。

1.2 瓦斯地质学科的研究内容演变

随着瓦斯地质学科研究的深入和瓦斯灾害防治手段的进步，瓦斯地质研究趋向如下：一是微观研究（如构造煤的分子结构和煤成烃的机理等）；二是宏观研究（如区域煤层瓦斯分布、板块构造运动对煤层瓦斯分布和煤与瓦斯突出的影响及其瓦斯赋存构造逐渐控制理论等）；三是瓦斯治理理念转为瓦斯资源开发利用（如开始研究影响瓦斯抽采的煤层地质因素等）。2009 年出版的《瓦斯地质学》[1]最能反映瓦斯地质学科研究内容的演变，将其研究内容概括如下：一是瓦斯赋存机理的研究，二是构造煤和瓦斯突出煤体基础理论研究，三是瓦斯（煤层气）抽采地质控制理论研究，四是煤与瓦斯突出地质控制机理研究。这种变化反映了瓦斯地质研究的深入，反映了煤矿瓦斯治理理念的改变，要把瓦斯作为资源先行抽采。由于研究内容的演变，文献[1]（与文献[3]比）增加了下列内容：瓦斯赋存构造逐级控制理论、中国煤层瓦斯分布特征、瓦斯资源评价和抽采技术、瓦斯地质地球物理响应和煤矿瓦斯地质信息平台；加深了如下内容：含煤盆地和瓦斯生成理论、煤层瓦斯赋存与煤储层物性特征、煤体结构和构造煤、瓦斯地质规律和瓦斯预测、瓦斯地质图。参考个别文献[4][5]，也把煤和瓦斯突出防治作为瓦斯地质的内容。

2 瓦斯地质与其相近学科的关系与分工问题

瓦斯地质是交叉科学，利用地质观点研究瓦斯需要地质科学作基础（如煤田地质学、构造地质学、区域地质学、板块构造学等）；涉及矿井瓦斯灾害需要采矿科学作支撑（如采矿学、通风安全学等）；研究瓦斯突出煤体基础理论需要岩体力学、流体力学、煤化学等。

2.1 瓦斯地质学与矿井瓦斯防治的关系和分工

1）瓦斯地质学是煤炭科技人员在瓦斯灾害防治过程中发展起来的学科，瓦斯的防治离不开瓦斯地质。从专业背景和专业应用讲，采矿、通风与安全、矿建等专业的学生将来的工作都要涉及到瓦斯治理工作，因此都应开设瓦斯地质课程；但实际上很多院校相关专业没有开设该课程。主观因素是，没有充分认识瓦斯地质的重要性；客观因素是，矿井瓦斯防治课程涵盖了部分瓦斯地质学的内容，矿山地质课程有一章介绍瓦斯地质（瓦斯地质仅作为矿井地质的部分讲解），但是其中介绍的瓦斯地质内容远远不能满足瓦斯防治的需要。

2）矿井瓦斯防治课程的主要内容有：矿井瓦斯的基本知识、瓦斯涌出及其治理、瓦斯喷出及其治理、煤和瓦斯突出及其治理、矿井瓦斯爆炸及其治理、矿井瓦斯抽放、矿井瓦斯的检测和监控。瓦斯地质是从对煤矿瓦斯灾害的反思中产生的，它与矿井瓦斯防治课程要有部分内容重叠。例如它们都研究瓦斯涌出、煤与瓦斯突出，但侧重点不同。瓦斯地质的侧重点是：用地质的理论和方法研究瓦斯涌出、煤与瓦斯突出的预测、煤与瓦斯突出的地质控制条件、瓦斯地质区划等，为瓦斯灾害防治提供方法论。矿井瓦斯防治的侧重点是：瓦斯灾害的治理[6][7]，矿井瓦斯的治理方法不必在瓦斯地质中讲授。再者，瓦斯地质和矿井瓦斯防治都涉及瓦斯抽采问题（主要是井下抽采），但瓦斯防治课程研究瓦斯抽采技术，而瓦斯地质仅研究影响瓦斯抽采的地质因素和瓦斯（煤层气）资源评价；因此瓦斯抽采技术不宜作为瓦斯地质的内容。瓦斯地质与瓦斯防治的关系，很像矿井地质学与采矿学的关系。

2.2 瓦斯地质学和煤层气地质学的关系和分工

1）瓦斯和煤层气几乎是同义词，但瓦斯地质学和煤层气地质学却不是一回事。瓦斯地质学是人们与矿井瓦斯灾害的斗争中产生的。煤矿科技人员认识到瓦斯灾害与地质因素密切相关，必须研究地质因素对瓦斯灾害的影响规律，从而产生了瓦斯地质学，它是为矿井瓦斯防治服务的。而在油气开采行业，煤层气作为天然气的补充，其勘探开发已有30 a 历史的实践及其理论研究，促进了煤层气地质学的产生。煤层气地质学是以研究煤层气成分与形成、气体在煤层内赋存与运移、煤层气分布与富集，以及煤层气资源勘探开发地质评价为主要内容，是界于煤炭地质学和天然气地质学之间的边缘学科[8][9]。煤层气地质学的主要研究内容是：煤层气的成因、煤层气的组成成分和化学物理性质、储气层（煤层）组成和煤层的裂隙空隙结构系统及其地质控制、煤体的变形特性、煤层气的赋存状态、煤层的含气性、渗透性、地球物理特性、力学性能、煤层气的资源评价、开采技术等等。

2）瓦斯地质学和煤层地质学的共同点是：研究瓦斯（煤层气）在煤层中的赋存、运移、分布和富集，以便于瓦斯的抽采。但瓦斯地质学侧重于在煤矿建设和生产中研究瓦斯地质（所以与采矿密切关联），为安全开采煤炭而把瓦斯作为资源先行开发。而煤层气地质学是把瓦斯（煤层气）作为一种非常规天然气来研究其地面抽采的可能性和地质因素，不考虑煤炭开采问题，它是为煤层气开发服务的。两者的对比如表1 所示。所以，煤层气地质学仅为煤层气的开采（不考虑井下抽采）提供地质理论和方法；而瓦斯地质学既要为煤层气开采（主要是井下抽采）提供方法论，又要为煤矿的瓦斯治理提供地质思路。因此瓦斯地质学在其教材内容的选择上要考虑这些双重任务，并以瓦斯治理地质理论为重点。

表1 瓦斯地质学与煤层气地质学的对比

3 高校本科的瓦斯地质课程教学内容

高校本科的瓦斯地质教学内容的选择，既要考虑瓦斯地质学科的研究对象和研究内容，又要考虑该学科与相近学科的关系和分工；既要选择成熟的瓦斯地质理论，又要介绍些新理论和发展方向。本文结合文献[1][3][4][10][11]，对高校本科的瓦斯地质建议教学顺序和内容如下：

1）绪论：介绍瓦斯地质学的研究意义、研究对象、研究内容、研究手段和方法，以及瓦斯地质学的形成和发展趋势。

2）煤层瓦斯与煤层特征：瓦斯的性质和生成理论、煤层瓦斯的赋存状态与瓦斯吸附解吸特征、煤层瓦斯垂向分带、煤储层压力特性、煤层孔隙和裂隙特征、煤层透气性特征、煤层瓦斯的运移规律。

3）瓦斯赋存构造逐渐控制理论：地球的内部结构和板块构造学说、中国古板块的划分、中国大陆的构造期和构造事件、中国区域构造及其演化、板块构造与中国煤层瓦斯分布。

4）煤体结构和构造煤：煤体结构的特征和分类、煤体变形机理和构造煤分布、煤的变质作用、构造煤的特征。

5）控制瓦斯赋存和瓦斯突出的地质因素：含煤岩系沉积环境和岩性特征对瓦斯赋存的影响、地质构造对瓦斯赋存的影响、其他因素（煤的变质程度、煤埋藏深度、煤田暴露程度、水文地质、岩浆岩入侵等）对瓦斯赋存的影响、地质构造对煤与瓦斯突出的影响、煤层厚度及其变化与瓦斯突出的关系、构造煤和煤与瓦斯突出。

6）中国煤层瓦斯分布特性：1∶200 万中国煤层瓦斯地质图、不同含煤地层的瓦斯地质分布特性、煤层瓦斯区域分布特征、中国煤层瓦斯分区分带特征、煤与瓦斯突出区域构造控制。

7）煤层瓦斯参数的测定方法和突出煤体结构的研究方法：煤层瓦斯含量的概念与测定、煤层瓦斯压力的概念与测定、瓦斯放散初速度的概念与测定、煤的坚固性系数的概念与测定、煤层透气性系数的测定、其他煤层瓦斯参数的测定方法、突出煤层结构的井下观测、突出煤体结构的室内研究。

8）瓦斯地质区划和瓦斯地质定量研究：瓦斯地质区划、瓦斯地质变量、回归分析法、判别分析法、因子分析法、数理化理论。

9）煤矿三级瓦斯地质图：煤矿瓦斯地质图的种类、图例和内容、煤矿三级瓦斯地质图编制统计表、采掘工作面瓦斯地质图编制方法、矿井瓦斯地质图编制方法、矿区瓦斯地质图编制方法、矿井瓦斯地质图说明书的变形提纲。

10）煤层瓦斯含量和矿井瓦斯涌出量预测：煤层瓦斯含量预测的前期工作、煤层瓦斯含量预测的方法、矿井瓦斯涌出概述、影响矿井瓦斯涌出量的主要因素、矿山统计法、分源预测法、瓦斯地质统计法。

11）煤与瓦斯突出预测：煤与瓦斯突出的分类和特性、煤与瓦斯突出的一般规律、煤与瓦斯突出预兆、煤与瓦斯突出机理、煤与瓦斯突出预测分类及预测原理、区域突出危险性预测、工作面突出危险性预测、煤与瓦斯突出预测新技术简介。

12）瓦斯资源评价：中国煤层瓦斯资源量分布与开发、煤层气储量分级、资源量计算方法、煤层气选区评价。

13）煤矿瓦斯地质信息平台：煤矿瓦斯地质信息平台概述、煤矿瓦斯地质信息平台的组成与特点、煤矿瓦斯地质信息管理系统涉及开发和应用实例、煤矿瓦斯地质信息平台的发展和应用前景。

4 结束语

本文给出了高校本科瓦斯地质课程教学内容和教学顺序的建议，可供编写相应教材参考。瓦斯地质学是为矿井瓦斯防治服务的、煤层气地质学是为煤层气开采服务的。因此，采矿、建井、通风与安全、矿山地质专业等应开设瓦斯地质课程。对煤层气抽采专业，如果行业背景是煤矿院校，既要开设瓦斯地质课程、又要开设煤层气地质课程；如果是油气行业背景，不考虑井下抽采煤层气，应开设煤层气地质学。瓦斯地质教学内容不应加入“煤与瓦斯突出防治”和“煤层气开采技术”等内容，它们是矿井瓦斯防治和煤层气开采课程的内容。这就像矿井地质课程不应加入采煤学的内容一样。瓦斯赋存构造逐渐控制理论是瓦斯地质学的基本理论，无论是高校本科还是高职高专的瓦斯地质都应含有这些内容。

[1] 张子敏.瓦斯地质学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2009.

[2] 彭立世.瓦斯地质研究现状及学科发展趋势[J].煤炭学报，1997，12（13）：116-118.

[3] 焦作矿业学院瓦斯地质研究所.瓦斯地质概论[M].北京：煤炭工业出版社，1990.

[4] 程功林，李垚.瓦斯地质[M].北京：煤炭工业出版社，2009.

[5] 张子戌，张子敏，王兆丰.瓦斯地质与瓦斯防治进展[M].北京：煤炭工业出版社，2007.

[6] 俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州：中国矿业大学出版社，1992.

[7] 陈雄，何荣军.矿井瓦斯防治[M].重庆：重庆大学出版社，2010.

[8] 傅雪海，秦勇，韦重韬.煤层气地质学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.

[9] 苏现波，林晓英.煤层气地质学[M].北京：煤炭工业出版社，2007.

[10] 张子敏，刘勇，张玉贵.瓦斯地质基础[M].北京：煤炭工业出版社，2008.

[11] 张子敏，张玉贵.瓦斯地质规律与瓦斯预测[M].北京：煤炭工业出版社，2005.