“雙碳”目標下的煤礦綠色發展道路分析

魏海青　翟武杰

摘要：中國力爭于2030年前二氧化碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。面對雙碳目標，煤炭行業何去何從，當下該做出怎樣的響應？筆者從地熱能源綜合利用與煤—熱共采、采空沉陷區利用等方面結合彬長礦區實際對煤礦綠色低碳發展進行分析。

關鍵詞：雙碳;綠色發展;地熱能源綜合利用

0 引言

彬長礦區位于陜西省咸陽市境內，煤炭資源儲量豐富，災害多元復雜，水、火、瓦斯、煤塵、沖擊地壓、地熱等各類災害并存，嚴重制約著礦井的高質量發展。在“雙碳”這一歷史課題面前，如何將災害轉化為資源，成了擺在彬長礦區面前的一道關鍵考題，筆者結合彬長礦區實際對煤礦綠色低碳發展進行分析。

1 地熱能源綜合利用與煤—熱共采

彬長礦區煤層埋藏深度一般在500～800m，地熱資源豐富，井下平均地溫梯度為3.76℃/100m，屬高溫類，煤系地層平均為5.24℃/100m，多數地區為一級、二級熱害區，夏季回采工作面溫度高達30℃，部分礦井甚至超過30℃，為解決地熱對礦井生產造成的影響，通常采用局部機械制冷降溫、冰塊物理降溫等手段，同時采取縮短熱害崗位時間、發放透氣工作服和降溫藥品等方法，豐富的地熱能源沒有得到充分利用。在“雙碳”目標下，在生產優質高效煤炭的同時，如何降低能耗，將熱害轉變為熱能，綜合開發地熱能源對實現“出煤不用煤”顯得極為重要。

1.1采煤工作面端頭封堵隔熱降溫

積極研制新型發泡粉煤灰填充材料，通過采煤工作面端頭“上封下堵”充填泡沫混凝土，減少采空區漏風及熱量向工作面逸散，從而減少工作面熱量補給。對工作面下端頭進行封堵，減少工作面漏風，削弱采空區遺煤緩慢氧化產熱和氣體流動;對工作面上隅角進行封堵，減少采空區熱量逸散到工作空間。同時，盡量封堵支架后部，減小氣流從支架間隙漏進采空區。通過綜合技術措施，實現“上封下堵中擋”，減少工作面向采空區漏風，阻止采空區熱量向工作面散逸。

1.2巷道圍巖隔熱降溫

工作面風流流經的巷道圍巖不斷向巷道內散發熱量，被帶到采煤工作面，形成熱污染，提高了工作面進風溫度。積極研制適合礦區的巖體隔熱材料，研發巷道圍巖復合阻熱圈隔熱技術，通過向巷道圍巖表面和內部噴注隔熱材料，以限制圍巖內部的熱量向巷道風流中傳遞，降低工作面溫度進風溫度，形成隔熱降溫技術。[1]

1.3鉆孔及埋管采熱利用

結合彬長礦區高地溫的實際情況，以及工作面前方需要大量鉆孔抽采瓦斯及防沖卸壓，在鉆孔中注入冷水循環，吸收煤巖熱量，獲得熱水。此外，還可以在采空區埋設U形管，參與采空區余熱循環，采出采空區余熱。工作面前方煤巖熱量和采空區余熱開采，不僅可以采出部分煤巖熱量，而且減少了工作面煤壁散熱和采空區散熱，為工作面降溫創造有利條件，具有明顯的及節能減排綜合效益。

1.4地熱能源制冷降溫

利用地熱水為熱源提供的熱能為動力，通過水源熱泵實現礦井水熱能利用。在夏季煤礦地面建筑物溫度高，而使用的水源溫度低，通過相應的技術手段可以將建筑物中的熱量轉移到水源中，從而將過高的熱量帶走，達到給建筑物降溫的目的;在冬季，則是利用熱泵技術從水源中汲取能量，通過水或空氣作為煤質將汲取的熱量輸送到建筑設施中。與空氣熱泵相比，水源熱泵所排放污染物排相當于減少了40%以上，與電供暖相比，相當于減少30%以上，而且制冷劑比常規空調裝置減少25%的充注量。熱泵供應熱量過程中不會產生任何污染物，且占用空間小，無需遠距離傳輸從而減少了熱量損耗。[2][3]

2 采空沉陷區利用

2.1沉陷區太陽能發電技術

彬長五對礦井有大面積的沉陷搬遷區，可充分利用沉陷區、工業廣場、工業屋頂、生活區屋頂甚至廢棄的矸石山等，建立光伏電站替代礦區現有能源消耗，有效降低生產成本，降低能耗、低碳應用也是實現“雙碳”目標的重要途徑。到2030年，全國風電、太陽能發電總裝機容量將達到12億千瓦以上，屆時風電、太陽能發電裝機目標接近現有規模的3倍。[4]

2.2沉陷區植樹造林

1997年通過的《京都議定書》承認森林碳匯對減緩氣候變暖的貢獻，并要求加強森林可持續經營和植被恢復及保護，允許通過開展造林、再造林碳匯項目用于抵消減排指標。由此可以預見，未來國內碳交易市場成熟后，林業碳匯指標將在未來成為一項長遠投資項目，既可以積累碳信用指標，還能抵消一定量的碳排放。具體來說，對輕、中度沉陷區采取充填復墾，對于重度沉陷區則可以沿地形等高線根據高低起伏狀況就是修建梯田，形成梯田景觀。

2.3運用景觀技術實施生態修復

通過合理選擇濕地景觀植物，綜合考慮植物的習性、空間梯度分布、四季濕地景觀的美觀、財力等積極構造景觀濕地，因地制宜地采用帶狀生態攔阻、線狀生態攔阻、前置庫生態攔阻和濕地凈化萃取等模式，建設多元發展的人工濕地系統。以淮南市為例，淮南煤田探明產量占全省的70%，開采煤礦歷史悠久，因此城市備受采煤沉陷區帶來的困擾，淮南市通過大力實施生態修復工程、創新綜合治理模式等措施對采煤沉陷區進行綜合整治，在沉陷區建立了大通生態公園、十澗湖國家城市濕地公園和舜耕山綠化等工程，進行生態治理與恢復發展，不僅保護了環境，還有利于發展第三產業，促進經濟發展。

2.4土地復墾與生態建設相結合

針對采煤沉陷區采用“挖深墊淺”“充填復墾”相結合，利用煤矸石、粉煤灰、劣質土等開采過程中產生的固體廢物作為充填材料，通過邊采邊復的動態復墾方式，既能縮短復墾時間，又能最大限度地保護耕地資源。山西省作為全國唯一的采煤塌陷區治理試點省份，近幾年重點推進尾礦、煤矸石、粉煤灰等工程填充及生態填充利用，按照廢棄地整理、荒地重新復墾和建設農業生態園實行“三步走”，同時積極爭取政府政策扶持，大力培育新型農業經營實體，實現產供銷“一條龍”的規模經營，建設現代化生態莊園，融有機種植、養殖，集休閑、度假、采摘、游樂、餐飲等多功能配套設施為一體，將采空沉陷區變廢為寶。

3 結術語

在“雙碳”目標下，所有煤炭能源企業都處于同一起跑線上，如何在這一歷史挑戰下抓住機遇，必須要堅持走生態優先、綠色低碳、安全智能的高質量發展道路。一是要提高煤炭綠色智能化開采水平，二是解決煤礦重大事故災害的防控問題，三是提高煤炭產品質量，推動煤炭清潔高效利用。原煤全部入洗是最大的節約，也是最有效的減排。出精煤，提高能效，減少用量，這是最經濟的減排。環境不友好、安全條件差、煤質不好的煤礦，必定在“雙碳”大潮之下率先退出。

參考文獻：

[1]孫玉峰，李中才.地熱能在礦山的應用途徑和方法[J].礦業工程，2006（03）：48-50.

[2]劉紅麗.淺談水源熱泵技術在煤礦中的綜合應用[J].科技與企業，2014（15）：178.[3]周瑞.煤礦開采對水環境的影響及水資源保護對策[J].江西煤炭科技，2018（03）：194-196.

[4]楊曉玉，蘇立寧.采煤沉陷區綜合治理研究綜述與展望[J].企業科技與發展，2019（05）：183-185+188.

作者簡介：魏海青（1991-），男，陜西富平人，2016年6月畢業于河南理工大學采礦工程專業，助理工程師，現從事煤礦安全管理