化学开采 或成煤炭开采革命新方向

中国矿业大学教授葛世荣近日在《中国矿业大学学报》发表了题为《深部煤炭化学开采技术》的论文。

人类规模开采地下煤炭已有1000年以上的历史，无论是最早人力使用工具开采煤炭，还是后来采用爆破剥落煤炭，直至当今通过机械驱动刀具切割煤炭，都属于基于力学作用的机械开采方法，这种开采手段一直未有根本上的突破。随着煤炭开采越来越深，沿用传统的机械开采方法将面临很多难题，例如井下采场围岩稳定性维护难度大，开采系统更复杂以及开采能耗大幅度增加。

葛世荣在论文中指出，随着煤炭资源量持续减少、煤炭资源开采深度增加，迫使人类必须思考和探索低资源消耗、低环境污染、低地层损害的煤炭开采技术革命新方法。

为了探索地下煤炭开采技术革命的新方法，该论文提出了地下煤炭化学开采的基本概念，并将其归纳为3种化学开采方法，即地下气化、地下热解和生物溶解。该论文首次提出了煤炭化学开采技术架构、工艺系统和需要突破的关键技术：地下煤炭盾构—气化协同工艺及装备系统，合成燃气用于整体煤气化联合循环（IGCC）发电及CO2埋藏的技术思路，地下气化污染物抑制及稳定产气控制方法；基于聚光太阳能供热和干热岩集热供热的地下煤炭原位干馏技术，基于电磁感应加热和微波辐射加热的地下煤炭原位热解技术；基于微生物溶煤的地下煤炭原位生物开采技术。

煤炭化学开采是在煤层人为地诱导化学反应，进而提取原煤中的有用化学成分的无人化、智能化开采方法。它是一种在地下煤层施加温度或压力（也可加入催化剂）而形成可控化学反应，进而把煤炭转化为气体、液体燃料和其他化学品的煤炭开采利用一体化过程。

葛世荣在论文中指出，国内外研究表明，与传统井工煤矿生产和发电系统相比，煤炭地下气化的投资降低60％，生产成本降低70％，煤炭资源回采率提高到95％，土地复耕成本降低80％；发电热效率提高50％，发电成本约为0．15元／千瓦时。可以预见，化学开采将成为高回收、低损害、超低排放、零死亡的煤炭开采技术革命的新方向。

煤炭化学开采可从地下气化、地下热解、地下溶解3条技术路径得以实现。从技术难易程度而言，工业化规模的煤炭地下气化的近期（未来10年左右）可实现度最高，煤炭地下热解具有中期（未来20年）规模化远景，煤炭地下生物溶解将在远期（未来30年）实现。这些化学开采方法将从根本上改变传统的煤炭开采工艺，使得深部地下资源开采真正实现地下无人化、地面无煤化、产品流态化，从而达到煤炭开采零死亡、供能零排放、环境零损害的安全生产、清洁利用的境界。

同时，化学开采为浅部的难采煤层（薄煤层、高瓦斯、急倾斜）开采，以及数以百亿吨的残留煤开采提供了再开采技术途径，为煤炭企业和煤炭资源型城市的可持续发展提供了技术支撑。

该论文指出，煤炭化学开采不是今天才有的创新梦想。150年前就有科学家提出，它将是未来的煤炭开采方向，但这个梦想至今未能成真，足以可见煤炭化学开采的难度之大。随着当今地球科学、材料技术、信息技术、装备制造技术的快速发展，许多之前难以解决的煤炭化学开采技术难题将会有新的突破，当地下盾构—气化一体机、地下热解反应腔、地下溶解生物菌等关键技术难题解决之后，煤炭化学开采将有可能成为现实。这些目标需要几代科技工作者为之不懈努力。