"双碳"目标下煤炭开采扰动空间CO2地下封存途径与技术难题探索

煤炭作为我国主体能源地位短期内难以改变,但煤炭工业发展面临着"碳达峰,碳中和"目标的新挑战,积极推动煤炭资源绿色开采与低碳利用,充分发挥煤炭安全供给的兜底作用,是保障国家能源安全的重大现实需求.而CO2排放是煤炭工业可持续发展面临的最大制约,探索大规模、低成本CO2封存技术是煤炭资源低碳化利用必须面对及破解的难题.在对煤层自然封存CO2和CO2气藏赋存地质条件研究基础上,探讨和展望利用煤炭开采、地下气化及原位热解等形成的扰动空间进行CO2地下封存的技术途径,并明确了实现CO2地下高效封存的必备条件:①煤层上部存在不受开采扰动影响的地质密闭层是实现煤矿扰动空间CO2封存的先决要求;②构建功能性充填空间是实现CO2地下封存的核心工作;③由功能性充填体围限的碎裂岩体、气化煤灰及热解半焦等封存载体物性特征是影响CO2封存量及封存效果的重要因素.据此,剖析了进行CO2地下封存亟待解决的技术难题:①实现CO2地下封存的地质条件及评价方法;②构建CO2封存空间的材料与工程技术;③煤炭开采、气化及热解扰动范围探测与CO2封存潜力评价;④CO2充注与封存效果监测及评估.在此基础上,针对煤炭开采、地下气化及原位热解过程中形成的扰动空间特点,分别提出了煤层采空区碎裂岩体、煤地下气化灰渣及碎裂岩体、煤原位热解半焦进行CO2地下封存的实现途径.