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矿井瓦斯也是天然气吗?

人类居住的地球贮藏着许多矿物宝藏,其中最为人们所熟知的有固态的煤炭、液态的石油,以及气态的天然气。和煤炭、石油已经经历了几百年的开采和广泛使用相比,天然气被重视和利用,大约只有100年的时间。不过,这种更为清洁、高效的能源一经开发,就显现出极大的优势,除了用作燃料外,还是很重要的化工原料,为人类的生活做出了重大贡献。

目前人类使用的绝大部分天然气采集于沉积岩中,常常与石油伴生。而另一类与煤田伴生的天然气,则被叫作“煤层气”,其中最主要的就是矿井瓦斯。矿井瓦斯是指赋存在煤层中的烃类气体,以甲烷为主要成分。它们常常吸附在煤基质颗粒表面,部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中,是煤的伴生矿产资源。

瓦斯是怎么形成的呢?远古时期,植物在堆积成煤的初期,腐殖型的有机质被细菌分解,由于物理和化学作用,生成部分瓦斯;其后随着沉积物埋藏深度增加,在漫长的地质年代中,由于煤层经受高温、高压的作用,进入煤的碳化变质阶段,煤中挥发成分减少,固定碳增加,又生成大量瓦斯,保存在煤层或岩层的孔隙和裂隙内。

随煤矿深埋在地下的瓦斯是以游离状态和吸附状态存在的。它的主要成分是烷烃,其中以甲烷为主。甲烷是最简单的有机物(CH4),也是含碳量最小、含氢量最大的烃类。甲烷化学性质比较稳定,是无色无味可燃微毒气体。瓦斯通常也是无色无味的,但有时可以闻到类似苹果的香味,这是由于常常有芳香族的碳氢化合物气体与瓦斯共存的缘故。

说到瓦斯,人们常常会联想到煤矿井下的突然爆炸。在煤矿开采的过程中,瓦斯会以多种方式逐渐逸出,充斥地下深处的矿井通道。它们有时会缓慢地从暴露的煤和岩石表面逸出,有时在受到一定压力后会以“喷涌”的方式排出。这时,瓦斯的危险特性显现无遗——易燃。当弥漫在矿井通道内的瓦斯气体达到一定浓度,它与空气形成的混合气体一旦遇到热源和明火,就会在瞬间剧烈地爆炸。由于煤矿井道内往往处处都充溢着瓦斯,导致这种爆炸形成持续的连锁反应,猛烈至极。爆炸产生的高温高压气体高速向外冲击,强烈地破坏井下设施,引起严重的垮塌坍崩。在矿井下作业的人员面对突然的爆炸往往猝不及防,或伤于爆炸,或被埋井下,或因吸入爆炸后生成的大量有害气体而中毒死亡。可以说,在以往煤矿开采的重大事故中,瓦斯爆炸成了元凶。

避免瓦斯爆炸最重要的措施,就是保持井下通风,使井下瓦斯浓度保持在较低水平,同时通过有效设备收集和抽取瓦斯,变“害”为宝。当然,井下严格控制火源和热源也是必需的。

过去,矿井瓦斯就像是悬在煤矿开采者头上的“达摩克利斯之剑”,人们对它可谓避之犹恐不及。但近几十年来,人们已经认识到,瓦斯本身其实和其他来源的天然气一样,是一种洁净、高效的优质能源,也是一种用途广泛的化工原料。因此,随着现代采矿业的发展,矿井设备和技术得到了很好的提升,矿井瓦斯已经作为一项重要的矿产被大量采集和广泛利用。仅在中国,探明的瓦斯储量就有约36万亿立方米,可说是一项重要的能源宝藏。