煤礦負(fù)碳充填開采研究取得重要進(jìn)展

近日，中國工程院院士謝和平及團(tuán)隊以深地工程智能建造與健康運維全國重點實驗室為第一單位，在國際著名期刊《國際巖石力學(xué)與采礦科學(xué)》上發(fā)表題為《煤炭開采碳中和的負(fù)碳充填開采技術(shù)：煤矸石礦化固碳性能》的研究論文，標(biāo)志著負(fù)碳充填開采技術(shù)研究取得重要進(jìn)展。

據(jù)介紹，充填開采技術(shù)歷經(jīng)5代研發(fā)創(chuàng)新，包括綜合機(jī)械化固體充填技術(shù)、綜合機(jī)械化膏體充填技術(shù)、長壁逐巷膠結(jié)充填技術(shù)、覆巖隔離注漿充填技術(shù)、井下采選充＋X技術(shù)等，如今已基本形成體系。

現(xiàn)有充填開采方法在突破資源、能源、環(huán)境和安全瓶頸的同時，面臨著深部開采等新挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)充填開采方法上拓展固碳功能，實現(xiàn)二氧化碳安全封存、固廢高效處置與煤礦安全開采的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，是實現(xiàn)煤炭綠色健康發(fā)展的重要途徑之一。變革充填材料與充填技術(shù)、拓展煤礦充填功能、提高充填附帶價值的功能性必將成為引領(lǐng)充填開采技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的主導(dǎo)力量。

據(jù)了解，以往的二氧化碳充填技術(shù)以優(yōu)化礦化充填材料的制備工藝為主，缺少傳統(tǒng)充填開采技術(shù)和多種二氧化碳封存方法相結(jié)合的負(fù)碳充填技術(shù)路徑、二氧化碳充填全過程固碳特性及力學(xué)特性響應(yīng)、二氧化碳與充填體共同作用下的覆巖變形與二氧化碳運移規(guī)律以及礦山充填固碳潛力評估等相關(guān)研究。

謝和平及團(tuán)隊創(chuàng)新提出兩種全新的矸石高孔隙負(fù)碳充填開采和矸石礦化負(fù)碳充填開采技術(shù)思路，綜合利用礦化、吸附、結(jié)構(gòu)、溶解等二氧化碳固定方法，將傳統(tǒng)充填體轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)碳充填體，在井下充填的同時封存二氧化碳。

矸石高孔隙負(fù)碳充填開采是在充填支架后方混合煤矸石、快速膠凝材料與二氧化碳構(gòu)筑高孔隙負(fù)碳充填體，充填的同時利用高孔隙負(fù)碳充填體的充足空隙空間與較大的比表面積實現(xiàn)二氧化碳物理與化學(xué)封存。矸石礦化負(fù)碳充填開采是采用直接礦化或間接礦化制備礦化充填材料，通過充填泵和充填管路輸送至井下聯(lián)絡(luò)巷，進(jìn)行逐巷膠結(jié)充填，同時實現(xiàn)二氧化碳穩(wěn)定封存。

謝和平及團(tuán)隊在該研究中改良設(shè)計了密閉固碳攪拌反應(yīng)釜，通過開展?jié)穹〝嚢韫烫荚囼炋骄苛嗣喉肥虖U本身的固碳性能，分析了固碳性能與攪拌速度、反應(yīng)溫度、二氧化碳?xì)鈮?、固液比的相關(guān)程度，為負(fù)碳充填材料設(shè)計應(yīng)用提供了理論支撐。

這一研究成果為實現(xiàn)礦山低碳、零碳、負(fù)碳的綠色開采目標(biāo)提供了全新理論技術(shù)支撐。隨著負(fù)碳充填開采技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，矸石高孔隙負(fù)碳充填和矸石礦化負(fù)碳充填開采技術(shù)應(yīng)用前景將更加廣闊。

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