瓦斯灾害是煤矿安全生产的最大危害，是威胁矿工生命的“第一杀手”。我国大多数煤矿为瓦斯矿井，这使得我国成为世界上瓦斯灾害频发国家之一。我国也是煤炭资源大国和煤层气资源大国，资源结构决定了我们在未来相当长时期内，不得不利用这种能源。
在国家科技部“973”项目、国家自然科学基金和国家重大科技专项等多个科研项目的资助下，中国科学院研究生院副教授琚宜文对此展开了长期研究，为把握煤层变形引起的厚度变化和煤体结构变化的规律，揭示瓦斯突出机理做了大量工作。
危险的瓦斯
瓦斯是Gas的音译。通常我们将Gas理解为气体，但瓦斯不是一般的气体。我们在日常生活中提到瓦斯时，它总是和瓦斯爆炸、瓦斯突出等灾难性联系在一起。
瓦斯生于煤层并主要以吸附状态储集于煤层中，作为一种非常规天然气，它还有一个名字叫煤层气，其主要成分是甲烷。随着煤矿开采深度的增加、瓦斯含量的增加，当采掘巷道工程接近时，在各种力的作用下，煤层可能瞬间释放出大量瓦斯和煤，从而造成地质灾害，称为煤与瓦斯突出。在当前开采技术水平下，煤矿开采深度越深，煤层瞬间释放瓦斯量也会越大。
还有一种灾害与瓦斯有关，那就是瓦斯爆炸。煤矿瓦斯涌出达到一定程度后，大量的有害气体进入坑道，可能导致矿工窒息。如果同时出现以下三种情况，则会引起瓦斯爆炸：一是空气中氧气含量达到12%以上；二是瓦斯浓度达到5%至16%之间；三是遇到明火，点火温度达到650摄氏度以上。
绕不开的瓦斯问题
瓦斯的治理是一个世界性的难题，目前还没有从根本上解决瓦斯灾害的办法。因此，许多发达国家为了减少事故的发生，禁止开采瓦斯涌出量大的矿井，或者对高瓦斯矿井进行抽采，在瓦斯涌出量符合安全开采要求后进行开采。
但是，中国是一个煤炭资源大国和煤层气资源大国，煤炭是国家的第一能源。长期以来，在一次能源生产和消费构成中均占2/3以上，为国民经济的快速发展提供主体能源保障。在未来相当长时期内，以煤炭为主的能源供应格局仍不会有大的改变。我国还不能像日本等国家一样，因为存在瓦斯危险就关闭煤矿。
“煤层中蕴含的煤矿瓦斯也是一种重要的能源。开采煤层气对于防治煤矿瓦斯灾害、利用洁净能源、保护大气环境等都具有重要意义。”琚宜文介绍道。我国煤层气资源量高达14万亿立方米（其甲烷含量大于4立方米/吨，埋深-2000米以浅。数据来自《中国煤层气资源》），居世界第三位，与我国陆上常规天然气资源量相当。
因此，煤矿瓦斯灾害机理及煤层气开发理论与技术的深入研究具有重要的意义。国家科技部、国家自然科学基金委员会、中国科学院等相关部门一直对这一领域的科研工作给予了大力支持。此外，相关科研机构与高等院校也进行了大量的现场观测、理论与技术研究工作，并取得了不少研究成果。琚宜文一直致力于适合中国地质特点的构造煤结构与储层物性、煤矿瓦斯灾害机理及煤层气勘探相关理论与技术研究。
我国大陆是由几大板块经多次碰撞拼合而成，至今仍受到欧亚、印度、太平洋三大板块运动共同作用的影响；我国地质构造条件复杂，成煤期多，延续时间长，煤田遭受后期改造次数多而强烈，因而形成了我国煤田与煤层气地质条件的复杂性和多样性。
我国主要有五个地质时代的煤层，不同成煤时代煤层的瓦斯赋存与分布不一样。中国煤矿瓦斯灾害严重，有一个重要原因是中国开采的煤炭主要集中在工业发达的华北、华南地区，这些地区主要开采的是石炭一、二叠纪的煤层，是中国五个含煤地质时代中较古老的煤层，经历的地质构造运动次数最多，在煤层中普遍发育构造煤。因此，构造煤发育区的煤层气勘探开发是一个极具挑战性的课题。
搞清机理才能解决问题
在构造煤发育区揭示有利于煤层气聚集的地质条件，找出构造煤的结构演化、储层物性演化的理论依据是琚宜文所在课题组正在从事的研究工作。
构造煤就是指煤层受构造应力作用，原生的结构和构造遭受强烈破坏而产生碎裂、破碎、揉皱和糜棱化等构造变动特征的煤。构造煤的变形有强有弱：弱变形包括原生煤体结构被破坏而形成碎裂煤；强变形则是煤体在较高构造应力或长期较高温压下化学成分和结构发生改变。
相关研究表明，当煤层变形厚度发生显著变化，且采煤巷道采至变形较强的构造煤区时，极易发生瓦斯突出。我国大量矿井煤层气地质研究资料充分显示出这样一个事实：构造煤分层厚度明显增大，煤的渗透性反而会下降，也就是说煤层气不易渗出，煤层含气量增大。
此外，煤体微观结构也是影响煤与瓦斯突出和煤层气开发的重要因素之一。
基于已有的研究，构造煤超微结构在不同温压和定向应力等因素影响下会表现出超微尺度上的特征与规律。煤岩大分子结构的变形可以引起纳米级孔隙结构的变化，而纳米级孔隙结构是煤层气的主要吸附和扩散空间。因而在不同的变质阶段，不同机制的变形对不同类型构造煤超微结构的影响以及对其变质变形环境的研究具有重要的科学意义，而且对于煤层气的储集和赋存状态、煤与瓦斯突出的机理以及煤层气资源和煤与瓦斯突出危险性预测等，都具有十分重要的实际意义。
通过各种测试和实验，并结合国内外关于构造煤的结构模型、煤岩超微结构与应力的关系以及构造煤结构与应变环境等三方面研究成果，琚宜文等指出：构造煤的变形程度不同，其含气量也不同，变形较强烈的构造煤层比原生煤层含气量高。而碎裂程度较高的构造煤具有含气量高、相对渗透率高和孔容较大等特点，对煤层气勘探开发有利；煤体受韧性剪切且结构破坏较严重的区域，一般也是瓦斯含量高及煤与瓦斯突出严重的地方。
所以，准确把握煤层变形引起的厚度变化和煤体结构变化的规律，阐明影响瓦斯灾害的主控因素，揭示瓦斯突出机理，能够有效地促进瓦斯灾害的防治和煤层气的有效勘探开发。