深部煤炭原位气化开采关键技术及发展前景

刘淑琴，畅志兵，刘金昌

中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京 100083

随着人类社会的飞速发展，煤炭、石油、天然气、金属、非金属等矿产资源得到大规模开发利用，使得浅层矿物资源趋于枯竭，矿物开采逐级向地下深处迈进。2016年5月30日，习近平总书记在全国科技创新大会上指出：“从理论上讲，地球内部可利用的成矿空间分布在从地表到地下10 000 m，目前，世界先进水平勘探开采深度已达2 500～ 4 000 m，而我国大多小于500 m，向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题”[1]。然而，采用传统采矿学、力学相关理论技术难以支撑开采深部矿产资源。为此，谢和平等[2]针对深部煤炭资源，提出了采、选、充、电、热、气一体化的流态化开采理论与技术构想。赵阳升等[3]提出在原位对矿体进行物理、化学性态改造，而后实施矿物的流体化开采的理论。

煤炭地下气化作为一种煤炭原位气化方法，是一项既古老又年轻的采煤技术，虽然与流态化开采在理念上有一定区别，但它是目前技术水平最接近流态化开采的一种形式[4]。如图1所示，UCG是在地下煤层中创造高温、高压条件，将煤层转化为氢气、一氧化碳和甲烷等可燃气体导输到地面，实现对地下煤炭的开采和输运[5]。随着UCG技术的发展和日趋成熟，其商业化应用不仅可实现深部煤炭资源的有效开采，还可与电力、天然气、氢燃料和碳捕集与封存等产业结合，具有广阔的应用前景。本文在分析UCG发展历程、现状和典型案例的基础上，重点分解深部煤炭原位气化开采的关键技术，并展望其发展前景。……