深部煤炭原位氣化開采關鍵技術及發(fā)展前景

劉淑琴，暢志兵，劉金昌

中國礦業(yè)大學(北京)化學與環(huán)境工程學院，北京 100083

隨著人類社會的飛速發(fā)展，煤炭、石油、天然氣、金屬、非金屬等礦產資源得到大規(guī)模開發(fā)利用，使得淺層礦物資源趨于枯竭，礦物開采逐級向地下深處邁進。2016年5月30日，習近平總書記在全國科技創(chuàng)新大會上指出：“從理論上講，地球內部可利用的成礦空間分布在從地表到地下10 000 m，目前，世界先進水平勘探開采深度已達2 500～ 4 000 m，而我國大多小于500 m，向地球深部進軍是我們必須解決的戰(zhàn)略科技問題”[1]。然而，采用傳統(tǒng)采礦學、力學相關理論技術難以支撐開采深部礦產資源。為此，謝和平等[2]針對深部煤炭資源，提出了采、選、充、電、熱、氣一體化的流態(tài)化開采理論與技術構想。趙陽升等[3]提出在原位對礦體進行物理、化學性態(tài)改造，而后實施礦物的流體化開采的理論。

煤炭地下氣化作為一種煤炭原位氣化方法，是一項既古老又年輕的采煤技術，雖然與流態(tài)化開采在理念上有一定區(qū)別，但它是目前技術水平最接近流態(tài)化開采的一種形式[4]。如圖1所示，UCG是在地下煤層中創(chuàng)造高溫、高壓條件，將煤層轉化為氫氣、一氧化碳和甲烷等可燃氣體導輸?shù)降孛?，實現(xiàn)對地下煤炭的開采和輸運[5]。隨著UCG技術的發(fā)展和日趨成熟，其商業(yè)化應用不僅可實現(xiàn)深部煤炭資源的有效開采，還可與電力、天然氣、氫燃料和碳捕集與封存等產業(yè)結合，具有廣闊的應用前景。本文在分析UCG發(fā)展歷程、現(xiàn)狀和典型案例的基礎上，重點分解深部煤炭原位氣化開采的關鍵技術，并展望其發(fā)展前景?！?br>