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煤炭地下气化碳减排技术研究进展与未来探索

煤炭学报 2024年第1期49卷 495-512页

作者：秦勇易同生周永锋杨磊王军中国矿业大学江苏徐州221116 贵州省煤田地质局贵州贵阳550025

煤炭地下气化(UCG)与碳减排的相互融合,有望成为当前至碳中和到来之前过渡阶段的优秀绿色能源技术,甚至在未来更长的碳中和历史时期发挥重要作用。回顾研究历史与现状,UCG减排系统策略基本形成,可归纳为5种具体途径。其中,地下原位定向... 详细信息

煤炭地下气化(UCG)与碳减排的相互融合,有望成为当前至碳中和到来之前过渡阶段的优秀绿色能源技术,甚至在未来更长的碳中和历史时期发挥重要作用。回顾研究历史与现状,UCG减排系统策略基本形成,可归纳为5种具体途径。其中,地下原位定向调控可减少CO_(2)释放产出并促进UCG提质增产,相关策略和途径可归纳为“碳调减(CRR)”。UCG-CO_(2)地下空间超临界气态封存研究成果相对较多,主要集中在封存介质、封存空间、封存能力等方面,少数研究讨论了封存机制。UCG-CO_(2)地下空间矿化封存不受地质体稳定性和封闭性苛刻条件的约束,潜在着固碳和转化产气的双重效果,但研究成果尚不多见。UCG-CO_(2)回注利用与封存的前期探索集中在煤层气增产和UCG合成气生产改善2个方面,近年来开创了UCG制氢尾气CO_(2)减排利用系列性探索。CRR作为一种主动减排策略,通过调节气化剂及其注入方式来定向调减UCG合成气中CO_(2)浓度,理论成果较多并且经过现场初步验证,有望成为集清洁能源生产与碳减排为一体的洁净煤实用技术。评述进展并分析短板,UCG碳减排科学技术研究已取得诸多实质性成果,也面临持续发展的挑战,未来探索似应聚焦在4个方向:一是立足可行,优先发展以UCG-CRR为重点的UCG-CO_(2)地下转化利用技术;二是聚焦短板,着力突破UCG减排-合成气提质协同机理和关键技术瓶颈;三是扎实推进,优先启动实施UCG-CRR先导试验和工程示范,探索步步取得实效;四是保障实现,探索建立由碳中和与碳管理战略、专项科技行动计划、专业人才培养构成的“三位一体”UCG减排政策支撑体系。

关键词：煤炭地下气化碳减排碳调减策略体系探索方向

贵州无井式UCG选址选层“四性”地质评价模式与资源类型划分

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煤炭学报 2024年第5期49卷 2414-2425页

作者：周泽易同生秦勇周永峰杨磊汪凌霞贵州省煤田地质局贵州贵阳550025 贵州优驰能源科技有限责任公司贵州贵阳550014 中国矿业大学江苏徐州221116 贵州省煤炭流态化开采重点实验室贵州贵阳550014

为建立科学系统的“地质−工程”一体化地质风险评估模式,解决煤炭地下气化(UCG)选址选层难题,提出了一种以“建炉可行性、过程易控性、气化安全性、开发经济性”四性认识为基础,利用FAHP模糊层次分析法创建的包括4项一级指标、10项2级... 详细信息

为建立科学系统的“地质−工程”一体化地质风险评估模式,解决煤炭地下气化(UCG)选址选层难题,提出了一种以“建炉可行性、过程易控性、气化安全性、开发经济性”四性认识为基础,利用FAHP模糊层次分析法创建的包括4项一级指标、10项2级指标、26项3级关键地质参数的地质评价要素层次结构模型。该模型引入“阈值”概念,对断层指数、奥亚膨胀度、黏结指数、上覆含水层距离4项指标的超“阈值”情况实施“一票否决”,充分重视特定地质参数对UCG控制的关键作用;通过“两两判断矩阵”确定各指标权重向量,根据隶属函数厘定指标层隶属度;并提出了相应地质评价技术方法,配套建立了权重积、综合权重积以及最优3段分割等算法,将所涉及指标量化分析,精准判断资源类型与级别;同时基于矩阵结构混合编码方式,提出了“四性四级”五位编码的UCG资源类型表征系统。最终形成了以“四性”理论为基础,“算法”为骨架,“四性四级”五位编码为灵魂的科学化、系统化UCG选址选层地质评价体系。该评价体系可在多场耦合的UCG生产过程相关风险识别机制的前沿探索方面发挥关键作用,有效改善现有UCG风险识别理论局限于地质单方面,缺乏工程联系的问题,实现大区域的UCG量化选址选层,为省级乃至国家级煤炭地下气化战略规划提供解决途径,从而提出可供分步实施的典型地质条件先导性试验区建议,推动煤炭地下气化产业化进程。

关键词：煤炭地下气化地质评价资源分类层次结构模型

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煤炭地下气化的敏感性地质因素探讨

煤田地质与勘探 2024年第3期52卷 24-36页

作者：周泽易同生秦勇周永峰汪凌霞孔维敏贵州省煤田地质局贵州贵阳550025 贵州优驰能源科技有限责任公司贵州贵阳550014 贵州省煤炭流态化开采重点实验室贵州贵阳550014 中国矿业大学江苏徐州221116

相对于地面煤化工装置,煤炭地下气化(UCG)炉体为地质体,地质条件准确认识是推进UCG气化成功的关键前提。为了最大限度避免煤炭地下气化选区选址地质风险,以贵州复杂地质条件为例,系统探讨其煤炭地下气化的敏感性地质因素。通过收集梳理... 详细信息

相对于地面煤化工装置,煤炭地下气化(UCG)炉体为地质体,地质条件准确认识是推进UCG气化成功的关键前提。为了最大限度避免煤炭地下气化选区选址地质风险,以贵州复杂地质条件为例,系统探讨其煤炭地下气化的敏感性地质因素。通过收集梳理贵州煤炭资源勘查资料,建立归一化的参数分级赋值、参数权重向量算法、参数权重积算法等数学模型,准确获取研究区地质参数量化数据;基于由26个地质因素构成的地质参数集,采用数理统计方法,识别地质风险关键因素对复杂构造区煤层UCG可行性的交叉影响,查明建炉可行性、过程易控性、气化安全性、开发经济性“四性”指标敏感性地质风险源。结果表明:“四性”指标地质参数的敏感性有所差异,建炉可行性、过程易控性、气化安全性、开发经济性的地质因素敏感性依次变弱,UCG可行性对建炉可行性的依赖性最强,过程易控性次之,其他两个条件离散性相对较大,敏感性明显降低;就敏感性程度而言,26项地质参数中最为敏感的是煤的坚固性系数,其他8个主控地质因素分别是煤层厚度、煤层倾角、煤厚变异系数、夹矸厚度系数、断层指数、煤层埋深、奥亚膨胀度和黏结指数,影响建炉可行性、过程易控性两个方面。就贵州UCG敏感性地质因素来说,UCG项目成功与否的关键在于建炉可行性,气化炉选址应优先考虑构造发育特征及其对煤层条件的影响;为持续推进煤炭地下气化产业发展,下一步或可立足于我国煤炭资源特性及赋存条件实际,以“四性”认识为基础建立统一的UCG地质风险评价准则,进而为典型地质条件先导性试验区选址提供科学依据。

关键词：无井式煤炭地下气化敏感性因素地质因素主成分分析气化炉选址

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贵州深部煤层气地质特征及其资源潜力

煤炭学报 2024年第S1期49卷 348-361页

作者：杨兆彪高为秦勇张孟江李存磊颜智华梁宇辉卢本举陈义林吴财芳陈捷李庚文德修中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室贵州大学资源与环境工程学院贵州省煤层气页岩气工程技术研究中心贵州省煤田地质局贵州省土地矿产资源储备局

加快深部（1 000 m以深）煤层气资源勘探开发是煤层气走向规模化开发的重要途径，是近年来煤层气产业的重要发展方向。贵州省煤层气资源丰富，深部煤层气资源占比大，然而目前尚未开展深部煤层气资源的地质研究和勘探开发。立足于贵州... 详细信息

加快深部（1 000 m以深）煤层气资源勘探开发是煤层气走向规模化开发的重要途径，是近年来煤层气产业的重要发展方向。贵州省煤层气资源丰富，深部煤层气资源占比大，然而目前尚未开展深部煤层气资源的地质研究和勘探开发。立足于贵州煤层气地质背景，基于大量的煤层气试井资料和测试化验资料，分析了深部煤层气地质特征及其资源潜力。研究结果显示：贵州深部煤层气资源主要分布于六盘水、黔北和织纳煤田的众多向斜单元。沉积分异和构造分区导致深部煤储层地质条件具有区域差异性，六盘水煤田以“超压明显、低温、较高应力”为特征，织纳煤田以“超压、较高温度、较低应力”为特征，黔北煤田以“超压、高温、高应力”为特征。深部煤储层渗透率偏低，1 000 m以深渗透率将普遍低于0.1×10-15m2。煤储层含气量较高，在1 000 m以浅，以六盘水煤田为代表的中阶煤储层平均含气量为10.03 m3/t，以织纳、黔北煤田为代表的高阶煤储层平均含气量为14.51 m3/t,400 m以深超饱和现象较为明显。优选游离气、吸附气预测模型，考虑煤阶随深度的变化，预测深部整体含气量将进一步增加，超饱和现象更为明显，游离气占比增大，在2 000 m左右，游离气占比普遍达到10%～25%，且中阶煤游离气占比要高于高阶煤。在此基础上，计算了包含2 000 m以深的贵州省重点向斜的煤层气地质资源量，贵州省煤层气地质资源量为3.85万亿m3，其中1 000 m以深煤层气地质资源量达到了1.90万亿m3，六盘水和黔北煤田深部煤层气资源占比大。综合考虑资源规模和资源丰度，提出了开发次序建议，盘关—土城—照子河—旧普安向斜和格目底向斜为首选开发单元，以上向斜均属于高丰度大型气田。

关键词：贵州深部煤层气地质特征吸附气游离气资源潜力

煤矿低浓度瓦斯热氧化中蜂窝陶瓷燃烧流场数值计算

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化学工程 2024年第6期52卷 70-74,81页

作者：刘玉航李希建萧琦蒋兴法董未来陈先勇谢洪高贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 贵州省复杂地质矿山开采安全技术工程中心贵州贵阳550025 北京中源博智节能科技有限公司北京100080 贵州煤矿安全监察局安全技术中心贵州贵阳550081

为研究煤矿低浓度瓦斯在蜂窝陶瓷燃烧流场内流动、燃烧、传热反应,借助数值模拟手段,建立了包含周期性条件、甲烷燃烧机理、湍流-层流流动特性的矩形微通道模型,通过对其变参数分析,解析预混气体流速、甲烷体积分数和预混气预热温度变... 详细信息

为研究煤矿低浓度瓦斯在蜂窝陶瓷燃烧流场内流动、燃烧、传热反应,借助数值模拟手段,建立了包含周期性条件、甲烷燃烧机理、湍流-层流流动特性的矩形微通道模型,通过对其变参数分析,解析预混气体流速、甲烷体积分数和预混气预热温度变化对蜂窝陶瓷燃烧流场的影响。结果表明:预混气体流速主要影响燃烧流场内的火焰面传播速度和最高火焰温度,速度越大,火焰面前沿的温度梯度越大;甲烷体积分数的降低导致火焰面位置明显后移,火焰面处峰值与化学反应速率明显下降,流场内的温度下降;预混气进气温度提高时,火焰的峰值温度上升,化学反应速率增大。

关键词：煤矿瓦斯蜂窝陶瓷燃烧流场数值模拟

顺发煤矿：创新构建“双全日”工作网格化管理体系

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中国安全生产 2024年第8期 54-55页

作者：闫作厚万恒洲孙中光贵州兴仁顺发煤矿

贵州峄兴矿业有限公司顺发煤矿（以下简称顺发煤矿）位于贵州省兴仁市，经济类型为地方国有企业。自2023年11月国家矿山安全监察局贵州局、贵州省安委会决定将每月24日作为“双全日”，全面排查系统隐患、全员查“三违”反“三违”以来...

贵州峄兴矿业有限公司顺发煤矿（以下简称顺发煤矿）位于贵州省兴仁市，经济类型为地方国有企业。自2023年11月国家矿山安全监察局贵州局、贵州省安委会决定将每月24日作为“双全日”，全面排查系统隐患、全员查“三违”反“三违”以来，顺发煤矿采取一系列措施积极贯彻落实，构建“双全日”工作网格化管理创新体系，大力培育独具特色的“顺发鼎”安全文化，收到了明显效果。

关键词：

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高温场下矿井煤层钻孔瓦斯抽排效果研究

煤矿安全 2024年第7期55卷 9-14页

作者：杨进谢雄刚丁锐曹文梁熊欣标贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 六盘水市水城区能源局贵州六盘水553000 中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122

针对我国煤矿低透气性突出煤层瓦斯抽放困难问题,以贵州省麦子沟煤矿K15煤层采煤工作面运输巷为工程背景,通过建立高温场下矿井采掘工作面排放钻孔瓦斯流动多场耦合模型,模拟研究了不同加热温度、钻孔孔径及不同钻孔间距下的煤层钻孔瓦... 详细信息

针对我国煤矿低透气性突出煤层瓦斯抽放困难问题,以贵州省麦子沟煤矿K15煤层采煤工作面运输巷为工程背景,通过建立高温场下矿井采掘工作面排放钻孔瓦斯流动多场耦合模型,模拟研究了不同加热温度、钻孔孔径及不同钻孔间距下的煤层钻孔瓦斯排放效果。研究表明:温度对煤层瓦斯排放效果影响显著,当加热温度为86℃时,瓦斯压力降低明显;钻孔孔径对煤层瓦斯排放效果影响较大,当孔径为113 mm时,钻孔之间瓦斯压力最大为0.36 MPa,最大瓦斯压力同比下降了14.28%,钻孔瓦斯排放量提高了27.27%;钻孔间距对煤层瓦斯压力与排放效果影响也十分明显,当钻孔间距为1 m时,钻孔之间瓦斯压力最大为0.45 MPa,影响范围为5.72 m,相比钻孔间距为1.5 m时,瓦斯压力下降幅度增加了37.8%,相比钻孔间距为0.75 m时,影响范围增加了18.18%,综合瓦斯排放效果最好;对比不同方案的模拟结果,数值模拟方案9对应的瓦斯排放效果最佳。

关键词：瓦斯解吸瓦斯排放密闭巷道高温场瓦斯灾害

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高突矿井回采工作面下行通风的实践

煤炭科学技术 1999年第10期27卷 7-10页

作者：邓联枝贵州水城矿务局那罗寨煤矿

通过对３１１０６（ Ⅲ）工作面下行通风实践的分析，

关键词：高突矿井下行通风通风系统隔角瓦斯突出矿井

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煤矿工作面回采围岩稳定性与支护研究

内蒙古煤炭经济 2024年第15期 24-26页

作者：廉建伟段绍平贵州水城矿业股份有限公司大河边煤矿贵州六盘水553006 贵州省六盘水市钟山区能源局贵州六盘水553006

煤矿回采工作面指进行回采作业的区域,包括直接回采和综放回采两种类型。围岩,即在煤矿回采过程中包围煤层的岩石,其固体力学性质对稳定性评估很重要。在煤矿回采中,围岩的稳定性常遇巷道变形、冒顶和顶板下沉等情况。本文对煤矿工作面... 详细信息

煤矿回采工作面指进行回采作业的区域,包括直接回采和综放回采两种类型。围岩,即在煤矿回采过程中包围煤层的岩石,其固体力学性质对稳定性评估很重要。在煤矿回采中,围岩的稳定性常遇巷道变形、冒顶和顶板下沉等情况。本文对煤矿工作面回采期间围岩稳定性分析与支护方案进行研究,阐述煤矿回采过程中围岩稳定性的重要性,探讨围岩稳定性与支护方案的综合应用。

关键词：煤矿工作面围岩稳定性支护方案设计分析围岩结构