張子敏教授個(gè)人簡介
    張子敏，男，河南省夏邑人，我國瓦斯地質(zhì)學(xué)科重要?jiǎng)?chuàng)始人之一，河南理工大學(xué)瓦斯地質(zhì)研究所所長，河南理工大學(xué)一級特聘教授，博士生導(dǎo)師。國家安全生產(chǎn)專家，國家科技獎(jiǎng)評審專家，國家“高新技術(shù)發(fā)展計(jì)劃”（863）評審專家，河南省安全生產(chǎn)專家，國務(wù)院政府特殊津貼獲得者?，F(xiàn)任河南省一類重點(diǎn)學(xué)科“安全技術(shù)及工程”學(xué)科帶頭人，中國煤炭學(xué)會瓦斯地質(zhì)專業(yè)委員會常務(wù)副主任。
    主持國家科技重大專項(xiàng)課題“全國重點(diǎn)煤礦區(qū)瓦斯賦存分布規(guī)律及控制因素”，任國家能源局組織開展的“全國煤礦瓦斯地質(zhì)圖”編制技術(shù)工作組組長，正在承擔(dān)全國煤礦瓦斯地質(zhì)圖編制工作。出版了我國第一幅《1∶200萬中國煤層瓦斯地質(zhì)圖》等著作10余部。主編了我國瓦斯地質(zhì)學(xué)科第一部普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材《瓦斯地質(zhì)學(xué)》，主持了國家精品課程《瓦斯地質(zhì)學(xué)》。參與制定國家《煤礦瓦斯治理和利用總體方案》、國家《煤層氣（煤礦瓦斯）開發(fā)利用“十一五”規(guī)劃》。多次作為專家組組長和成員處理煤礦事故。獲省部級獎(jiǎng)14次，其中一等獎(jiǎng)3次。發(fā)表論文50余篇。目前主持國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、“863”等國家級項(xiàng)目8項(xiàng)，主持《煤礦瓦斯地質(zhì)圖》國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編制工作，申請專利8項(xiàng)。2005年獲河南理工大學(xué)十大師德標(biāo)兵、河南省師德先進(jìn)個(gè)人，2008年入選《中國煤炭報(bào)》“十大感受精彩人物”。主持完成的《煤礦三級瓦斯地質(zhì)圖》2009年入選國務(wù)院煤礦瓦斯防治部際協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組“全國煤礦重點(diǎn)推廣的先進(jìn)適用技術(shù)成果”。


        1. 瓦斯地質(zhì)理論與瓦斯治理

        瓦斯的地質(zhì)成因是復(fù)雜的，它在數(shù)千萬年至數(shù)億年前由煤的演化作用形成，它是生于煤層、存儲于煤層或圍巖中的氣體地質(zhì)體。它的生成條件、保存條件、賦存和分布規(guī)律都受著極其復(fù)雜的地質(zhì)演化作用的控制，從宏觀上涉及到板塊構(gòu)造和區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化理論，從微觀上涉及到煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)。它在煤層中的賦存狀態(tài)與煤顆粒、煤分子之間的關(guān)系經(jīng)歷過極其復(fù)雜的地質(zhì)歷史演化過程，涉及到復(fù)雜的區(qū)域地質(zhì)學(xué)、煤田地質(zhì)學(xué)、煤化學(xué)等知識；它的解吸、運(yùn)移、流動(dòng)規(guī)律涉及到流體力學(xué)等知識；它在煤炭開采過程中的涌出和發(fā)生煤與瓦斯突出又涉及到地球動(dòng)力學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、巖體力學(xué)、采礦學(xué)等知識。瓦斯賦存分布控制著瓦斯含量、涌出量和煤層氣資源量；地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度控制著煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性；構(gòu)造煤的發(fā)育特征控制著瓦斯（煤層氣）抽采和瓦斯防治的難度。實(shí)踐證明，只有運(yùn)用板塊構(gòu)造理論、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化理論、瓦斯賦存構(gòu)造逐級控制理論才能揭示瓦斯賦存機(jī)理，才能揭示構(gòu)造煤的發(fā)育規(guī)律，才能揭示煤與瓦斯突出機(jī)理，才能揭示不同尺度范圍的瓦斯地質(zhì)規(guī)律，才能進(jìn)行準(zhǔn)確的瓦斯預(yù)測和有的放矢的防治瓦斯災(zāi)害以及瓦斯（煤層氣）資源抽采。見圖1。

        2. 瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究

        2.1 瓦斯地質(zhì)規(guī)律及其研究對象
        瓦斯是氣體地質(zhì)體，受復(fù)雜地質(zhì)背景的控制。瓦斯賦存狀態(tài)、分布規(guī)律以及瓦斯災(zāi)害危險(xiǎn)性等都是復(fù)雜地質(zhì)因素作用的結(jié)果，其中存在著以主控因素為主的瓦斯地質(zhì)規(guī)律。揭示瓦斯與地質(zhì)因素的內(nèi)在聯(lián)系就揭示了瓦斯地質(zhì)規(guī)律。瓦斯地質(zhì)規(guī)律從小尺度到大尺度，從采區(qū)、采面到礦井、礦區(qū)、區(qū)域到國家范圍普遍存在。
        煤田地質(zhì)理論、瓦斯賦存構(gòu)造逐級控制理論、構(gòu)造煤理論、水文地質(zhì)理論、地球物理學(xué)理論等方法，可用于研究不同級別范圍的地質(zhì)單元瓦斯與地質(zhì)因素的關(guān)系；研究不同含煤地層成煤條件下的瓦斯地質(zhì)規(guī)律；研究不同區(qū)域、礦區(qū)到礦井、采區(qū)、采面的瓦斯地質(zhì)規(guī)律等等。只有厘清了瓦斯地質(zhì)規(guī)律，才能可靠地建立瓦斯含量預(yù)測、瓦斯涌出量預(yù)測、煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測、瓦斯資源量預(yù)測評價(jià)等模型。只有厘清不同區(qū)域范圍的瓦斯地質(zhì)規(guī)律，才能有助于制定瓦斯治理宏觀規(guī)劃。見圖2。

        3. 瓦斯賦存構(gòu)造逐級控制理論研究

        3.1 瓦斯賦存構(gòu)造逐級控制理論的建立
        中國賦存有5個(gè)地質(zhì)時(shí)代的含煤地層，使得中國有著豐富的煤炭資源，同時(shí)有著豐富的瓦斯（煤層氣）資源。中國華北地區(qū)和華南地區(qū)開采的煤炭90%以上屬于石炭—二疊紀(jì)的煤層，經(jīng)歷過印支運(yùn)動(dòng)以來多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，經(jīng)歷過板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的碰撞、造山運(yùn)動(dòng)的隆起、拗陷、擠壓、拉張、巖漿活動(dòng)等，以及區(qū)域上發(fā)生的斷裂活動(dòng)等地質(zhì)運(yùn)動(dòng)使得煤層發(fā)生變質(zhì)、變形、滑移、剪切等破壞作用，影響著煤層、煤厚、煤結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，同時(shí)影響著瓦斯（煤層氣）的生成、賦存、運(yùn)移和保存條件，涉及從宏觀到微觀。煤層中的瓦斯使得煤礦開采時(shí)會發(fā)生嚴(yán)重的瓦斯涌出、瓦斯突出災(zāi)害。雖然瓦斯（煤層氣）是潔凈能源，但是由于煤礦瓦斯有著復(fù)雜的地質(zhì)演化歷史，瓦斯災(zāi)害防治難，抽采難。
        煤層瓦斯含量、瓦斯涌出量、煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性、瓦斯?jié)B透性等存在著分區(qū)分帶，都是受地質(zhì)構(gòu)造形跡及其塊段控制的。構(gòu)造應(yīng)力場的大小控制著構(gòu)造形跡的性質(zhì)、范圍和強(qiáng)度。構(gòu)造應(yīng)力場存在著序次和級別。板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、性質(zhì)、范圍、規(guī)模和強(qiáng)度控制著區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)、范圍和強(qiáng)度。拗陷、巖漿活動(dòng)有利于瓦斯的生成和保存，拉張、裂陷有利于瓦斯的大量逸散，擠壓、剪切活動(dòng)有利于構(gòu)造煤的形成、瓦斯聚集和發(fā)生煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。
        地質(zhì)學(xué)家們所認(rèn)識的區(qū)域構(gòu)造在后期構(gòu)造活動(dòng)演化中會出現(xiàn)壓扭作用為主的區(qū)塊或塊段或張扭作用為主的區(qū)塊或塊段，控制著不同礦區(qū)、礦井的大地構(gòu)造位置。同時(shí)會出現(xiàn)有的礦區(qū)、礦井位于以擠壓構(gòu)造形跡為主的區(qū)塊或塊段，有的礦區(qū)、礦井位于以張扭構(gòu)造形跡為主的區(qū)塊或塊段。只有厘清區(qū)域構(gòu)造演化，才能厘清礦區(qū)、礦井構(gòu)造演化。這樣就出現(xiàn)了區(qū)域構(gòu)造控制礦區(qū)、礦井構(gòu)造，礦區(qū)、礦井構(gòu)造控制采區(qū)、采面構(gòu)造。通過構(gòu)造逐級控制就可以圈定出以擠壓、剪切作用為主的高瓦斯區(qū)、高瓦斯帶、煤與瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)和瓦斯抽采有利區(qū)或不利區(qū)。
        3.2 瓦斯賦存構(gòu)造逐級控制理論體系
        該理論體系運(yùn)用板塊構(gòu)造理論和區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化理論研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和構(gòu)造應(yīng)力場演化歷史及構(gòu)造形跡分布特征，以此為基礎(chǔ)研究礦區(qū)、礦井所在大地構(gòu)造位置、地質(zhì)構(gòu)造演化及構(gòu)造形跡分布特征。依據(jù)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場、構(gòu)造形跡控制礦區(qū)構(gòu)造，礦區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場、構(gòu)造形跡控制礦井構(gòu)造及采區(qū)采面構(gòu)造，高級別構(gòu)造應(yīng)力場及構(gòu)造形跡控制低級別構(gòu)造應(yīng)力場及構(gòu)造形跡的規(guī)律，結(jié)合大量的瓦斯地質(zhì)信息資料揭示瓦斯地質(zhì)規(guī)律，對瓦斯賦存高低、瓦斯?jié)B透性和煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性等進(jìn)行預(yù)測和區(qū)、帶劃分。見圖4。

        4. 編制煤礦多級瓦斯地質(zhì)圖研究

        4.1 煤礦瓦斯地質(zhì)圖及其作用
        瓦斯在煤層中的賦存和分布受著地質(zhì)因素的控制，有著明顯的瓦斯地質(zhì)規(guī)律。瓦斯涌出、煤與瓦斯突出災(zāi)害與礦井采掘工藝、礦山壓力和人為因素等又有著密切的關(guān)系。人們對煤炭開發(fā)的社會行為，有著不同級別的管理層次和范圍，可分為省（區(qū)）、礦區(qū)、礦井、采掘工作面。采掘生產(chǎn)工藝不同，瓦斯涌出的速度、涌出量大小不同，同時(shí)引起的開采應(yīng)力也不同，在與復(fù)雜地質(zhì)條件的共同作用下會引發(fā)不同強(qiáng)度的煤與瓦斯突出災(zāi)害。瓦斯的賦存、煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的地質(zhì)條件都與不同級別的地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)。在瓦斯地質(zhì)理論的指導(dǎo)下，運(yùn)用瓦斯賦存構(gòu)造逐級控制理論，可以通過不同級別的地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯賦存地質(zhì)條件的控制關(guān)系，揭示不同級別范圍的瓦斯地質(zhì)規(guī)律，如礦區(qū)、礦井、采區(qū)、采面瓦斯地質(zhì)規(guī)律。通過整理各煤礦建礦以來揭露的大量瓦斯地質(zhì)資料，建立瓦斯含量、資源量、瓦斯涌出量、煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測模型，進(jìn)行瓦斯預(yù)測，編制不同級別的彩色瓦斯地質(zhì)圖。
        瓦斯地質(zhì)創(chuàng)始人楊力生教授稱全國煤礦瓦斯地質(zhì)編圖為寶塔式的系列圖，從編制采面、采區(qū)、礦井瓦斯地質(zhì)圖，然后匯總編制礦區(qū)、?。▍^(qū)、市）瓦斯地質(zhì)圖，最后編制“中國煤層瓦斯地質(zhì)圖”。各級瓦斯地質(zhì)圖有著不同級別的預(yù)測功能、管理功能。煤礦彩色瓦斯地質(zhì)圖高度概括、主題突出、層次分明、一目了然。瓦斯地質(zhì)圖是瓦斯地質(zhì)和瓦斯預(yù)測研究最好的檔案，也是實(shí)現(xiàn)瓦斯地質(zhì)信息化平臺的基礎(chǔ)。長年不懈的堅(jiān)持填圖、預(yù)測、分析，對于瓦斯綜合治理可以做到有的放矢，同時(shí)也是瓦斯資源抽采利用最重要的基礎(chǔ)。編制煤礦多級瓦斯地質(zhì)圖從根本上防治瓦斯災(zāi)害。
        4.2 編制煤礦多級瓦斯地質(zhì)圖得到各級政府和煤礦企業(yè)的高度重視
        上世紀(jì)80年代，焦作礦業(yè)學(xué)院楊力生、張子敏、陳名強(qiáng)、張克樹在煤炭工業(yè)部技術(shù)司申請到編制“全國煤礦瓦斯地質(zhì)圖”重大項(xiàng)目，得到煤炭部總工程師趙全福和煤炭部安全司付建華等人的支持，到1986年全國共編制了500余幅礦井、125幅礦區(qū)和25幅省（區(qū)）瓦斯地質(zhì)圖。時(shí)過25年后，全國煤礦瓦斯地質(zhì)圖編制工作得到國家煤礦瓦斯防治部際協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組的高度重視。2009年4月15日，國家能源局下發(fā)了《關(guān)于組織開展全國煤礦瓦斯地質(zhì)圖編制工作的通知》（國能煤炭[2009]117號文件）。國家能源局成立了全國煤礦瓦斯地質(zhì)圖編制工作領(lǐng)導(dǎo)小組，國家能源局煤炭司司長方君實(shí)任組長，下設(shè)技術(shù)工作組，由河南理工大學(xué)教授張子敏任組長。各?。▍^(qū)、市）發(fā)改委、煤炭行業(yè)管理部門都成立了編圖領(lǐng)導(dǎo)小組，各大煤炭產(chǎn)業(yè)、地方煤炭工業(yè)局都成立了相應(yīng)機(jī)構(gòu)。
        4.3 煤礦多級瓦斯地質(zhì)圖
        河南理工大學(xué)40余年來開展瓦斯地質(zhì)研究，提出了瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究理論、瓦斯賦存構(gòu)造逐級控制理論，以瓦斯地質(zhì)理論為指導(dǎo)進(jìn)行瓦斯預(yù)測和編制煤礦多級瓦斯地質(zhì)圖，指導(dǎo)煤礦瓦斯預(yù)測和防治，提出了煤礦多級瓦斯地質(zhì)圖編制方法。目前正在承擔(dān)煤礦礦區(qū)、礦井、采掘工作面瓦斯地質(zhì)圖編制方法三項(xiàng)國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編制工作。見圖5。