煤基固废矿化CO₂产物防控采空区煤自燃研究现状及思考

摘要

煤炭是我国的重要能源和工业原料，在开采及燃煤发电过程中会产生大量的粉煤灰、煤矸石等煤基固废，长期堆存严重污染生态环境.利用含有碱性成分的物质吸收封存CO₂被认为是最具有应用前景的减碳技术之一，采空区灌浆防灭火最常用的粉煤灰、煤矸石含有CaO,MgO等碱性成分，具有矿化封存CO₂的潜力，使用粉煤灰、煤矸石浆液吸收矿化CO₂,并将矿化产物灌注至采空区防控煤自燃，可以实现矿化固碳与灾害防控的协同增效.本文提出了煤基固废矿化固碳及采空区封存防灭火一体化技术，系统梳理了煤基固废矿化CO₂的方法，分析了煤基固废与CO₂矿化反应后其物理、化学性质及结构的变化规律，阐明了CO₂矿化产物对煤自燃升温速率及放热量的抑制特性.为了进一步推动煤基固废矿化CO₂与煤自燃防控一体化技术的发展及应用，凝练出煤基固废矿化CO₂反应效率低、缺少“固废矿化CO₂-灌浆防灭火”一体化技术、矿化CO₂产物采空区封存安全环保性不清楚等3个关键问题，提出“矿化CO₂反应过程强化-矿化CO₂产物高效防灭火-采空区长效安全封存”的技术攻关方向，亟需进一步研究煤基固废的钙、镁元素赋存形态及浸出规律，研发固废浆液高效浸出钙、镁离子与快速吸收溶解CO₂的新技术，发明矿化CO₂-灌浆防灭火一体化技术装备及智能调控系统，揭示矿化CO₂产物对煤自燃的物理化学抑制机理，明晰矿化CO₂产物在采空区的封存稳定性及环境友好性，以推动“基础研究—装备研发—工程应用”的全链条发展，为煤基固废低碳防灭火利用及国家“双碳”战略提供关键技术支撑.

关键词

煤自燃 / 煤基固废 / 矿化 / CO₂ / 采空区封存