化學(xué)開采 或成煤炭開采革命新方向

中國礦業(yè)大學(xué)教授葛世榮近日在《中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報》發(fā)表了題為《深部煤炭化學(xué)開采技術(shù)》的論文。

人類規(guī)模開采地下煤炭已有1000年以上的歷史，無論是最早人力使用工具開采煤炭，還是后來采用爆破剝落煤炭，直至當(dāng)今通過機(jī)械驅(qū)動刀具切割煤炭，都屬于基于力學(xué)作用的機(jī)械開采方法，這種開采手段一直未有根本上的突破。隨著煤炭開采越來越深，沿用傳統(tǒng)的機(jī)械開采方法將面臨很多難題，例如井下采場圍巖穩(wěn)定性維護(hù)難度大，開采系統(tǒng)更復(fù)雜以及開采能耗大幅度增加。

葛世榮在論文中指出，隨著煤炭資源量持續(xù)減少、煤炭資源開采深度增加，迫使人類必須思考和探索低資源消耗、低環(huán)境污染、低地層損害的煤炭開采技術(shù)革命新方法。

為了探索地下煤炭開采技術(shù)革命的新方法，該論文提出了地下煤炭化學(xué)開采的基本概念，并將其歸納為3種化學(xué)開采方法，即地下氣化、地下熱解和生物溶解。該論文首次提出了煤炭化學(xué)開采技術(shù)架構(gòu)、工藝系統(tǒng)和需要突破的關(guān)鍵技術(shù)：地下煤炭盾構(gòu)—氣化協(xié)同工藝及裝備系統(tǒng)，合成燃?xì)庥糜谡w煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）發(fā)電及CO2埋藏的技術(shù)思路，地下氣化污染物抑制及穩(wěn)定產(chǎn)氣控制方法；基于聚光太陽能供熱和干熱巖集熱供熱的地下煤炭原位干餾技術(shù)，基于電磁感應(yīng)加熱和微波輻射加熱的地下煤炭原位熱解技術(shù)；基于微生物溶煤的地下煤炭原位生物開采技術(shù)。

煤炭化學(xué)開采是在煤層人為地誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而提取原煤中的有用化學(xué)成分的無人化、智能化開采方法。它是一種在地下煤層施加溫度或壓力（也可加入催化劑）而形成可控化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而把煤炭轉(zhuǎn)化為氣體、液體燃料和其他化學(xué)品的煤炭開采利用一體化過程。

葛世榮在論文中指出，國內(nèi)外研究表明，與傳統(tǒng)井工煤礦生產(chǎn)和發(fā)電系統(tǒng)相比，煤炭地下氣化的投資降低60％，生產(chǎn)成本降低70％，煤炭資源回采率提高到95％，土地復(fù)耕成本降低80％；發(fā)電熱效率提高50％，發(fā)電成本約為0．15元／千瓦時?？梢灶A(yù)見，化學(xué)開采將成為高回收、低損害、超低排放、零死亡的煤炭開采技術(shù)革命的新方向。

煤炭化學(xué)開采可從地下氣化、地下熱解、地下溶解3條技術(shù)路徑得以實(shí)現(xiàn)。從技術(shù)難易程度而言，工業(yè)化規(guī)模的煤炭地下氣化的近期（未來10年左右）可實(shí)現(xiàn)度最高，煤炭地下熱解具有中期（未來20年）規(guī)?；h(yuǎn)景，煤炭地下生物溶解將在遠(yuǎn)期（未來30年）實(shí)現(xiàn)。這些化學(xué)開采方法將從根本上改變傳統(tǒng)的煤炭開采工藝，使得深部地下資源開采真正實(shí)現(xiàn)地下無人化、地面無煤化、產(chǎn)品流態(tài)化，從而達(dá)到煤炭開采零死亡、供能零排放、環(huán)境零損害的安全生產(chǎn)、清潔利用的境界。

同時，化學(xué)開采為淺部的難采煤層（薄煤層、高瓦斯、急傾斜）開采，以及數(shù)以百億噸的殘留煤開采提供了再開采技術(shù)途徑，為煤炭企業(yè)和煤炭資源型城市的可持續(xù)發(fā)展提供了技術(shù)支撐。

該論文指出，煤炭化學(xué)開采不是今天才有的創(chuàng)新夢想。150年前就有科學(xué)家提出，它將是未來的煤炭開采方向，但這個夢想至今未能成真，足以可見煤炭化學(xué)開采的難度之大。隨著當(dāng)今地球科學(xué)、材料技術(shù)、信息技術(shù)、裝備制造技術(shù)的快速發(fā)展，許多之前難以解決的煤炭化學(xué)開采技術(shù)難題將會有新的突破，當(dāng)?shù)叵露軜?gòu)—氣化一體機(jī)、地下熱解反應(yīng)腔、地下溶解生物菌等關(guān)鍵技術(shù)難題解決之后，煤炭化學(xué)開采將有可能成為現(xiàn)實(shí)。這些目標(biāo)需要幾代科技工作者為之不懈努力。