煤礦負碳充填開采研究取得重要進展

近日，中國工程院院士謝和平及團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《國際巖石力學與采礦科學》上發(fā)表題為《煤炭開采碳中和的負碳充填開采技術：煤矸石礦化固碳性能》的研究論文，標志著負碳充填開采技術研究取得重要進展。

據(jù)介紹，充填開采技術歷經(jīng)5代研發(fā)創(chuàng)新，包括綜合機械化固體充填技術、綜合機械化膏體充填技術、長壁逐巷膠結充填技術、覆巖隔離注漿充填技術、井下采選充＋X技術等，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、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充填開采技術進一步發(fā)展的主導力量。

據(jù)了解，以往的二氧化碳充填技術以優(yōu)化礦化充填材料的制備工藝為主，缺少傳統(tǒng)充填開采技術和多種二氧化碳封存方法相結合的負碳充填技術路徑、二氧化碳充填全過程固碳特性及力學特性響應、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研究。

謝和平及團隊創(chuàng)新提出兩種全新的矸石高孔隙負碳充填開采和矸石礦化負碳充填開采技術思路，綜合利用礦化、吸附、結構、溶解等二氧化碳固定方法，將傳統(tǒng)充填體轉變?yōu)樨撎汲涮铙w，在井下充填的同時封存二氧化碳。

矸石高孔隙負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筑高孔隙負碳充填體，充填的同時利用高孔隙負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封存。矸石礦化負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)絡巷，進行逐巷膠結充填，同時實現(xiàn)二氧化碳穩(wěn)定封存。

謝和平及團隊在該研究中改良設計了密閉固碳攪拌反應釜，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、反應溫度、二氧化碳氣壓、固液比的相關程度，為負碳充填材料設計應用提供了理論支撐。

這一研究成果為實現(xiàn)礦山低碳、零碳、負碳的綠色開采目標提供了全新理論技術支撐。隨著負碳充填開采技術的進一步發(fā)展，矸石高孔隙負碳充填和矸石礦化負碳充填開采技術應用前景將更加廣闊。

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