王雙明，申艷軍，孫 強(qiáng)，劉 浪，師慶民，朱夢(mèng)博，張 波，崔世東

(1.西安科技大學(xué) 煤炭綠色開采地質(zhì)研究院，陜西 西安 710054；2. 陜西省煤炭綠色開發(fā)地質(zhì)保障重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054；3. 西安科技大學(xué) 地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054；4. 西安科技大學(xué) 能源學(xué)院，陜西 西安 710054)

隨著全球氣候變暖對(duì)地球生命系統(tǒng)造成的嚴(yán)重威脅，嚴(yán)格控制CO排放量以最大限度降低溫室氣體輸出，成為世界各國的共識(shí)性選擇。2016年，我國作為批準(zhǔn)締約方加入了《巴黎氣候協(xié)定》，該協(xié)定旨在對(duì)2020年后全球應(yīng)對(duì)氣候變化的行動(dòng)做出統(tǒng)一安排，具體要求為：將全球平均氣溫較前工業(yè)化時(shí)期上升幅度控制在2 ℃以內(nèi)，并努力將溫度上升幅度限制在1.5 ℃以內(nèi)。在此背景下，我國積極響應(yīng)《巴黎氣候協(xié)定》，并于2020年提出了“CO排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，力爭(zhēng)2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的目標(biāo)(以下稱：“雙碳”目標(biāo))?！半p碳”目標(biāo)對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)各領(lǐng)域均提出了全新挑戰(zhàn)。

同時(shí)，為保障國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)化發(fā)展，必須確保國家能源安全與穩(wěn)定供應(yīng)。因此，以保障安全為前提構(gòu)建現(xiàn)代能源體系，著力提高能源自主供給能力是我國能源安全發(fā)展的核心任務(wù)。立足于我國“缺油、少氣、相對(duì)富煤”能源結(jié)構(gòu)特征，煤炭資源作為我國能源安全的壓艙石，能源主體地位形勢(shì)短期不會(huì)發(fā)生改變。面向“雙碳”目標(biāo)下的煤炭工業(yè)必然朝著“綠色低碳減排、清潔高效利用”發(fā)展路徑推進(jìn)。據(jù)此，我國《十四五規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中專門提出：“制定2030年前碳排放達(dá)峰行動(dòng)方案，完善能源消費(fèi)總量和強(qiáng)度雙控制度，推動(dòng)煤炭等化石能源清潔高效安全利用”。

煤炭綠色低碳化發(fā)展在著力推進(jìn)節(jié)能減排的基礎(chǔ)上，應(yīng)同時(shí)積極探索碳捕集、封存和利用(Carbon Capture,Use and Storage，CCUS)技術(shù)，最大限度實(shí)現(xiàn)CO的捕捉封存、回收循環(huán)及資源化利用。其中，CO的地下封存是實(shí)現(xiàn)CCUS技術(shù)的重要組成部分。目前，CO地下封存技術(shù)的基本思路為：將集中排放源分離得到的CO注入到地下具有合適封閉條件的地層中予以隔離封存。現(xiàn)常見的地下封存方式包括：① 利用沉積盆地內(nèi)深部咸水層封存,如加拿大阿爾伯塔沉積盆地在資源開采日趨枯竭情況下，利用下白堊統(tǒng)Viking砂巖咸水層實(shí)現(xiàn)CO帶壓封存，因該地層自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且上覆發(fā)育有廣泛、致密的Colorado蒸發(fā)巖弱透水層，具有良好地質(zhì)封閉條件，經(jīng)評(píng)估僅埋深較淺的盆地南部區(qū)域可儲(chǔ)存的CO液體能力達(dá)到201.3×10t；② 利用油氣田封存，具體分為枯竭油氣田封存、注氣驅(qū)油CO-EOR(CO-Enhanced Oil Recovery)封存技術(shù)2種；其中，CO-EOR封存技術(shù)已得到一定應(yīng)用，如美國自20世紀(jì)70年代開始利用該技術(shù)進(jìn)行CO強(qiáng)化采油開采，目前，美國擁有70余個(gè)實(shí)施工程，年均充注CO可達(dá)約25×10t；③ 利用不可開采深部煤層封存,CO注入到深部煤層后，在煤層孔隙中滲流、擴(kuò)散，最終被煤體吸附,且因煤體表面吸附CO能力大于CH，當(dāng)CO注入后可驅(qū)替內(nèi)部的CH形成游離態(tài)，有助于提升深部煤層氣的采出率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)CO地下封存；如相關(guān)學(xué)者在山西沁水盆地開展了深部煤層CO驅(qū)煤層氣的CO-ECBM技術(shù)探索研究，發(fā)現(xiàn)：利用CO驅(qū)替煤層氣可增加采收量1 696×10m，CO潛在封存量可達(dá)4.5×10t，CO封存潛力巨大。

盡管前期對(duì)CO地下封存技術(shù)已探索有多種方式，但多以CO超臨界狀態(tài)處理為前提，普遍存在的問題有：① 對(duì)加壓、輸送、壓注技術(shù)要求高，綜合投入成本高；② 對(duì)儲(chǔ)層封閉地質(zhì)特征及埋深條件存在明顯約束；③ 而以CO驅(qū)替為原理的封存技術(shù)多側(cè)重于用最少的CO注入量獲取最大的油氣采出率(如：驅(qū)油量、煤層氣驅(qū)替量)，決定了其無法進(jìn)行大規(guī)模的碳封存。因此，探索大規(guī)模、低成本的CO地下封存技術(shù)是煤炭工業(yè)領(lǐng)域低碳化發(fā)展利用亟待破解的技術(shù)難題，具有重要的理論意義與應(yīng)用前景。

在我國煤炭資源開采過程中，形成了大面積含有垮落帶、裂隙帶等的地下采空區(qū)，據(jù)謝和平等統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：截至2016年底，我國地下煤礦形成的采空區(qū)地下空間共計(jì)138. 36億 m，其中，僅晉、陜、蒙、寧、甘5省區(qū)合計(jì)可達(dá)71. 19億 m，并推測(cè)至2030年，我國煤礦采空區(qū)地下空間將達(dá)234.52億 m，采煤過程形成的大量采空區(qū)為開展CO地下封存提供了巨大的潛在空間。另據(jù)袁亮負(fù)責(zé)的《我國煤炭資源高效回收及節(jié)能戰(zhàn)略》(中國工程院重點(diǎn)咨詢研究項(xiàng)目)研究結(jié)果預(yù)測(cè)：到2020年，我國廢棄礦井?dāng)?shù)量將達(dá)到1.2萬個(gè)；2030年將變?yōu)?.5萬個(gè)，若按每個(gè)礦井地下空間60萬m測(cè)算，具有72億～90億m的潛在空間。因此，若能充分發(fā)揮我國已有大范圍煤礦采空區(qū)的特點(diǎn)，通過科學(xué)論證開采擾動(dòng)空間進(jìn)行CO地下高效封存所需地質(zhì)條件，進(jìn)而開展適宜于CO封存的煤礦開采區(qū)地質(zhì)選址，即可實(shí)現(xiàn)“煤炭從哪兒來，煤炭利用產(chǎn)生的固廢和CO回到哪兒去”的可持續(xù)發(fā)展思路，具有廣泛的應(yīng)用前景。

根據(jù)上述思路，筆者在對(duì)煤炭開采擾動(dòng)空間地質(zhì)特點(diǎn)分析基礎(chǔ)上，探究了煤炭開采擾動(dòng)空間封存CO的必備條件，進(jìn)而提出適宜于煤礦開采過程中進(jìn)行CO封存的3種潛在技術(shù)：① 煤層采空區(qū)碎裂巖體CO封存技術(shù)；② 煤地下氣化煤灰及碎裂巖體CO封存技術(shù)；③ 煤原位熱解半焦CO封存技術(shù)；并分別對(duì)上述技術(shù)對(duì)應(yīng)的封存理念、技術(shù)途徑及技術(shù)難題進(jìn)行了討論。以期為“雙碳”目標(biāo)下煤炭開采區(qū)CO封存技術(shù)發(fā)展提供前瞻性探索，促進(jìn)煤炭工業(yè)“碳減排”重任與保障國家能源安全的并行化發(fā)展。在此，需說明的是，筆者所提及的煤炭開采擾動(dòng)空間系指中淺部煤層(埋深≤1 000 m)開采過程中形成的地下采空區(qū)及其擾動(dòng)影響范圍區(qū)，筆者主要探討的煤炭開采擾動(dòng)空間有：① 常規(guī)煤炭開采后形成的采空區(qū)；② 煤地下原位氣化后形成的空間；③ 富油煤原位熱解后形成的半焦層。

1 煤礦擾動(dòng)空間CO2封存必備條件

影響井下CO封存穩(wěn)定性的因素較為復(fù)雜，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度、地下水條件、圍巖巖性組合等共同影響擾動(dòng)空間的穩(wěn)定性及CO封存空間的封閉性，關(guān)于該領(lǐng)域前人已有較多研究。此外，良好的地質(zhì)蓋層和封存載體也是實(shí)現(xiàn)井下CO封存須同時(shí)具備的2個(gè)前提條件。其中，地質(zhì)蓋層是隔絕CO向上逸散、保障CO安全封存的重要先決要求；功能性充填空間構(gòu)建則為CO井下分割封存提供了密閉條件；而封存載體是實(shí)現(xiàn)CO封存的具體實(shí)施場(chǎng)所，其物性特征決定了CO的封存規(guī)模和可注入性。下面詳細(xì)論述煤礦擾動(dòng)空間CO封存必備條件。

1.1 地質(zhì)蓋層稟賦條件

地質(zhì)蓋層的封閉效果需綜合考慮巖性特征、孔隙度、滲透性、單層及累積厚度、抗突破壓力等因素，且需關(guān)注封蓋對(duì)象類型及飽和度；據(jù)以上因素分析，滿足良好封閉性的蓋層包括：鹽巖、泥質(zhì)巖、鋁土巖、炭質(zhì)泥巖、灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖等。而隨著埋深增加，諸上蓋層的孔隙度、滲透性會(huì)逐漸減小，抗突破壓力逐漸升高，有助于實(shí)現(xiàn)高效封存。因此，在進(jìn)行CO地下封存時(shí)，往往選擇埋深>1 000 m的深部地層，并通過壓力控制使得CO處于超臨界狀態(tài)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模封存，但此種處理方法會(huì)導(dǎo)致壓注阻力較大、封存成本偏高。

事實(shí)上，埋深≤1 000 m的中淺部地層在具備良好的“儲(chǔ)+蓋”地質(zhì)組合條件時(shí)，同樣可實(shí)現(xiàn)CO規(guī)?；獯妗Ｇ捌陬愃瓢咐捎∽C淺部地層實(shí)現(xiàn)高壓氣體封存具有其可行性，現(xiàn)舉例說明：① 山西沁水盆地南部煤層發(fā)育良好的泥巖蓋層地質(zhì)條件，2002—2006年曾開展了CO成藏和提高煤層氣采出率微型先導(dǎo)性試驗(yàn)，向埋深472.34～478.70 m的山西組3號(hào)煤層注入了192.8 t液態(tài)CO，最高注入壓力高達(dá)6.71 MPa，封存效果良好；② 甘肅窯街礦區(qū)在埋深300 m左右的侏羅系煤層存在大量天然CO氣藏，經(jīng)前期測(cè)試發(fā)現(xiàn)：CO壓力最高可達(dá)1.15 MPa，CO體積分?jǐn)?shù)為15.47%～90.89%，說明該區(qū)域地層條件具有良好的CO天然封存條件。對(duì)照侏羅系煤層覆巖地質(zhì)發(fā)育狀況發(fā)現(xiàn)：煤層存在上覆壓扭性斷層，且發(fā)育有油頁巖、致密砂巖、鋁土巖等地質(zhì)蓋層(圖1)，實(shí)現(xiàn)了淺層地質(zhì)環(huán)境下的CO高效封存。同樣，亦有利用地質(zhì)蓋層封蓋作用實(shí)現(xiàn)中淺部地層瓦斯或天然氣聚集和儲(chǔ)存的實(shí)踐案例，如：內(nèi)蒙古烏蘭煤礦8號(hào)煤層因上覆厚層泥巖的良好封蓋作用，僅在埋深369～670 m的采空區(qū)內(nèi)形成了大量高壓瓦斯富集區(qū)；美國Leyden煤礦利用上覆28.7 m厚、結(jié)構(gòu)完整泥巖層地質(zhì)特點(diǎn)，將埋深僅240～260 m的采空區(qū)改造成天然氣儲(chǔ)庫，儲(chǔ)氣壓力為1.7 MPa，并可實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定運(yùn)行。表1介紹了以上提及的因良好地質(zhì)蓋層存在可實(shí)現(xiàn)中淺煤層CO封存與成藏、采空區(qū)氣體富集與存儲(chǔ)案例詳細(xì)情況。從表1可得出：無論何種CO封存類型，即使儲(chǔ)存載體、儲(chǔ)存埋深及稟賦地層條件等有所差異，其共性條件均具有良好的地質(zhì)蓋層。換而言之，在煤礦開采區(qū)，只要滿足不受開采擾動(dòng)影響的穩(wěn)定地質(zhì)蓋層和良好儲(chǔ)集空間密閉性即可實(shí)現(xiàn)采空區(qū)CO封存。

我國煤礦開采深度普遍在500～1 000 m，若實(shí)現(xiàn)中淺煤層擾動(dòng)空間進(jìn)行大規(guī)模CO封存，關(guān)鍵在于選擇上覆具有良好原始封蓋能力的地質(zhì)蓋層，且可確保在煤層采動(dòng)后仍保持完整性與氣密性。煤層上部存在不受開采擾動(dòng)影響的地質(zhì)蓋層將直接關(guān)系到CO的封存量及封存效果。

目前，利用煤炭開采區(qū)進(jìn)行CO封存尚處于探索階段，關(guān)于煤礦CO蓋層相關(guān)的研究尚少，但參考前期人工壓注CO、天然CO氣藏及采空區(qū)氣體富集與儲(chǔ)存等案例的地質(zhì)蓋層稟賦條件，并結(jié)合采動(dòng)裂隙帶擾動(dòng)影響范圍分析，進(jìn)而判識(shí)與評(píng)價(jià)煤礦采空區(qū)CO封存地質(zhì)蓋層的封存效果，對(duì)實(shí)現(xiàn)煤礦擾動(dòng)空間進(jìn)行CO地下封存完全具有其可行性。具體而言，首先選擇擾動(dòng)破壞小、巖層厚度大、分布范圍相對(duì)廣、抗突破壓力大的穩(wěn)定地質(zhì)蓋層；其次，通過科學(xué)論證煤層采動(dòng)條件，確保采動(dòng)裂隙不貫穿上覆密閉層，并充分關(guān)注蓋層原始條件、巖層損害條件、力學(xué)性質(zhì)及熱物理性質(zhì)等；最后，通過儲(chǔ)層空間再造、開采方式優(yōu)化等手段創(chuàng)造良好的“儲(chǔ)+蓋”組合條件，即可實(shí)現(xiàn)煤礦開采擾動(dòng)空間CO規(guī)?；獯?圖2)。

圖1 CO2天然賦存區(qū)地質(zhì)蓋層條件(以窯街礦區(qū)為例)[23]Fig.1 Geological caprock conditions of CO2 natural occurrence area (Taking Yaojie mining area for example)[23]

表1 具備良好地質(zhì)蓋層的中淺煤層CO2氣藏與壓注、采空區(qū)氣體富集與存儲(chǔ)典型案例

續(xù)表

圖2 煤層擾動(dòng)空間CO2封存地質(zhì)要素Fig.2 Geological factors of CO2 storage in coal mine

1.2 功能性充填空間構(gòu)建要求

在選擇適宜于煤礦開采擾動(dòng)空間CO規(guī)?；獯娴牡刭|(zhì)蓋層后，開展井下空間分割與功能性充填是確保地質(zhì)蓋層有限擾動(dòng)、空間密閉的重要工程措施。而確保井下分割空間密閉性對(duì)功能性充填材料提出新的要求，需優(yōu)選膠凝材料、骨料及功能性材料，按照一定配比攪拌制備滿足CO分割封存的特殊功能要求。結(jié)合現(xiàn)階段采煤工藝，筆者建議采用開采-充填工藝沿工作面構(gòu)筑強(qiáng)度大、韌性大、耐高溫、密閉性強(qiáng)的“回”形功能性充填體，形成井工式煤熱解/氣化工作面或無煤柱回采工作面，為CO封存創(chuàng)造相對(duì)封閉的獨(dú)立單元。其中強(qiáng)度大、韌性大、密封性強(qiáng)要求是形成煤熱解/氣化工作面、無煤柱回采工作面及CO封存的共性要求，耐高溫則是形成煤熱解/氣化工作面的個(gè)性要求。具體功能性充填空間構(gòu)建的充填材料要求如下：

(1)高強(qiáng)度。高強(qiáng)度特性是為了保證頂板不發(fā)生大范圍垮落。在新型膠凝材料研發(fā)的基礎(chǔ)上，以風(fēng)積砂或煤矸石為骨料，按照一定配比參數(shù)制備功能性充填材料。由該充填材料構(gòu)筑的充填體28 d強(qiáng)度高達(dá)20 MPa，以滿足礦井充填過程高強(qiáng)度的基礎(chǔ)要求。

(2) 耐高溫。耐高溫特性是為保證煤在氣化及熱解過程中熱量不流失，加快熱解及氣化反應(yīng)速率，并隔離煤熱解/氣化工作面和巷道作業(yè)區(qū)。耐高溫材料可大幅度降低高溫物體的熱輻射，使高溫介質(zhì)70%～90%的熱量不損失。目前，耐高溫材料已廣泛應(yīng)用于窯爐、燃燒室和耐火建筑。在進(jìn)行功能性充填之前，可采用黏土、白云石、石英砂等材料，按一定配比混合均勻制備耐高溫保溫?zé)o機(jī)材料，在煤壁上噴涂一定厚度的耐高溫保溫材料，待涂料凝固后進(jìn)行充填。在實(shí)體煤及充填體之間形成耐高溫層，避免大量熱量向外部輻射。

(3) 氣密性。氣密性是保證充填隔絕體具備耐受高溫/高壓氣體的能力，便于實(shí)現(xiàn)CO分割封存。目前常用的氣密性材料包括膨潤土、粉煤灰、高嶺土、脫水污泥、黏土等，該類材料一般具備膨脹性、黏結(jié)性、吸附性和自修復(fù)性。同樣，以上述材料為原材料，按一定配比制備密封性充填材料，并在充填體與高壓CO氣體之間構(gòu)筑密封層。

1.3 封存載體物性特征

立足于筆者提出的適宜于煤礦開采過程中CO封存的潛在技術(shù)，其典型的CO封存載體主要有碎裂巖體、氣化灰渣和多孔半焦層。通過將CO注入封存載體后發(fā)生物理、化學(xué)作用，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定封存CO。

(1) 碎裂巖體。主要包括煤層采空區(qū)碎裂巖體及煤氣化熱作用形成的碎裂巖體；通過將CO注入采空區(qū)或地下氣化空間后，受浮力作用CO由采空區(qū)向上覆巖層運(yùn)移，并受蓋層封閉作用而滯留在低滲透性蓋層下部，如圖3(a)所示。

(2) 氣化灰渣。氣化灰渣中包含大量CaO，在HO作用下CO與CS，CS，CaO生成硬度大的CaCO或CaMg1-CO等碳酸鹽類。以氣化灰渣為固化劑，并以井下采空區(qū)空間為反應(yīng)場(chǎng)所，可使CO與充填料漿中的Ca發(fā)生碳酸鹽化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)CO化學(xué)封存，如圖3(b)所示。

(3) 半焦層。煤熱解使原煤層30%～40%揮發(fā)分形成油氣，留下含有大量孔隙的半焦層，考慮地層約束作用，半焦孔隙率可達(dá)20%以上。由于半焦層支撐作用，包括蓋層在內(nèi)的覆巖不發(fā)生大規(guī)模損傷變形。半焦層較大的比表面積可以將CO穩(wěn)定滯留在孔隙中，如圖3(c)所示。

圖3 煤礦開采擾動(dòng)空間的典型CO2封存載體Fig.3 Typical CO2 sequestration carriers in disturbed space of coal mining

2 煤層采空區(qū)碎裂巖體CO2封存技術(shù)

2.1 封存理念

煤層開采會(huì)引起覆巖碎裂垮落，且隨著工作面的推進(jìn)裂縫發(fā)育高度不斷增大，覆巖垮落形成的采空區(qū)為CO封存提供了巨大的地下空間。當(dāng)煤層上方存在一定厚度的低滲透性致密巖層(如泥巖、頁巖等)，同時(shí)開采擾動(dòng)引起的裂縫未擴(kuò)展至低滲巖層，則該巖層即為CO地質(zhì)封存中蓋層，阻止CO向地表逸散。

基于此，筆者提出了煤層采空區(qū)碎裂巖體CO封存技術(shù)，封存理念如圖4所示。首先利用功能性充填技術(shù)，回采工作面四側(cè)的煤柱，并同步構(gòu)筑功能性“回”形充填體，完成采煤工作面四周封閉，如圖4(a)所示。采煤工作面回采后，覆巖碎裂垮落，未垮落覆巖受重力作用而壓覆在功能性充填體上，實(shí)現(xiàn)覆巖與功能性充填體之間的密封，如圖4(b)所示。煤層上方巖層中有低滲透性蓋層，覆巖垮裂形成的裂縫帶發(fā)育高度未到達(dá)蓋層，則蓋層、功能性充填體和底板構(gòu)成了CO地下封存空間，實(shí)現(xiàn)以采煤工作面為單元采空區(qū)碎裂巖體CO封存。

2.2 技術(shù)途徑

煤層采空區(qū)碎裂巖體CO封存技術(shù)分為6個(gè)階段，具體包括煤層劃分、煤柱功能性充填回采、開切眼區(qū)充填、長壁工作面垮落開采、停采區(qū)功能性充填和CO充注階段，如圖5所示。

圖4 煤層采空區(qū)碎裂巖體CO2封存技術(shù)示意Fig.4 Schematic diagram of CO2 storage technology of fractured rock mass in goaf of coal seam

圖5 “回”形充填構(gòu)筑CO2地下封存空間Fig.5 CO2 underground storage space constructed by “Hui” shape backfilling

(1)煤層劃分。沿大巷規(guī)劃長壁工作面和兩側(cè)隔離煤柱部分，對(duì)煤層進(jìn)行劃分，如圖5(a)所示。

(2) 隔離煤柱功能性充填回采。由大巷向開切眼方向，采用連采機(jī)回采隔離煤柱，并在后部采空區(qū)同步進(jìn)行功能性充填，構(gòu)筑強(qiáng)密封性功能性充填體，如圖5(b)所示。

(3) 開切眼區(qū)功能性充填。采用條帶充填開采工藝開掘?qū)掗_切眼，同步構(gòu)筑一定寬度的功能性充填體，并確保開切眼充填體與兩側(cè)充填體充分銜接，如圖5(c)所示。

(4) 長壁工作面垮落開采。隨著長壁工作面回采推進(jìn)，覆巖發(fā)生垮落，初步形成采空區(qū)碎裂巖體CO封存空間，如圖5(d)所示。

(5) 停采區(qū)功能性充填。在距離長壁工作面終采線一定范圍內(nèi)，構(gòu)筑強(qiáng)密封性功能性充填體，并確保停采充填體與兩側(cè)充填體充分銜接，隔絕采空區(qū)與大巷之間CO滲流通道，如圖5(e)所示。

(6) CO充注階段。采空區(qū)覆巖垮落及裂縫發(fā)育達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，同時(shí)評(píng)估碎裂巖體空間的封閉性之后即可開展CO充注作業(yè)。CO氣體充注階段的主要任務(wù)是構(gòu)建CO充注管井，要求管井與周邊巖層之間有良好的密封性能，利用壓縮機(jī)將CO氣體注入所構(gòu)筑的封存空間，同時(shí)應(yīng)避免注入壓力過大而引起蓋層損傷破壞，如圖5(f)所示。

對(duì)于現(xiàn)有的大面積連片采空區(qū)或廢棄礦井，CO封存技術(shù)步驟主要包括蓋層封閉性評(píng)估、井筒封堵、CO充注，技術(shù)步驟相對(duì)簡單。煤層采空區(qū)碎裂巖體CO封存技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：① 采用的技術(shù)均已應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，技術(shù)成熟度高，封存方式可行性強(qiáng)；② 空間再造主要是隔離墻的構(gòu)建，對(duì)采煤工藝和工序等影響小，易推廣。

2.3 技術(shù)難題

煤層采空區(qū)碎裂巖體可為CO封存提供分布廣泛、規(guī)模巨大的封存場(chǎng)所，具有巨大的封存潛力。但要確保采后垮落空間CO安全可靠封存，還需重點(diǎn)攻克以下4個(gè)技術(shù)難題，如圖6所示。

圖6 煤層采空區(qū)碎裂巖體CO2封存技術(shù)難題Fig.6 Technical problems of CO2 sequestration in fractured rock mass in goaf

(1) 煤層采后CO蓋層封閉性評(píng)價(jià)。蓋層封閉性是煤層采空區(qū)碎裂巖體CO封存的前提，其影響因素主要包括煤層產(chǎn)狀(傾角、埋深等)、開采工藝(采高、開采方法、頂板管理方法等)、地層條件等。為科學(xué)評(píng)價(jià)煤層采后CO蓋層封閉性：首先需要建立多因素耦合作用下煤層采后“三帶”發(fā)育高度計(jì)算模型，與此同時(shí)建立采空區(qū)覆巖垮裂帶觀測(cè)、探測(cè)方法體系，做到理論計(jì)算與實(shí)際觀(探)測(cè)相印證，準(zhǔn)確判定“三帶”發(fā)育高度；其次在綜合考慮“三帶”上覆巖層埋深、巖層組合、到“三帶”距離、滲透性、厚度、含水層分布、構(gòu)造發(fā)育等因素的基礎(chǔ)上，建立CO蓋層判別方法及CO蓋層封閉性評(píng)價(jià)體系。

(2) CO封存空間構(gòu)筑。充填開采是對(duì)巖層擾動(dòng)和破壞影響最小的采礦方法，可以有效控制采空區(qū)上覆巖層的損傷破壞程度。在煤層回采之前，沿工作面四周構(gòu)筑高強(qiáng)度、強(qiáng)密封的“回”形充填體，將工作面隔離成單獨(dú)CO封存單元，對(duì)減小采后覆巖破壞和CO穩(wěn)定封存具有重要意義。一種可行的方案是全寬度回采兩側(cè)隔離煤柱，并同步對(duì)連采工作面后部采空區(qū)進(jìn)行功能性充填，構(gòu)筑滿足高強(qiáng)度、低滲透性、高韌性的功能性充填體，沿兩側(cè)煤壁留設(shè)回采巷道。長壁工作面垮落開采后，“回”形功能性充填體、蓋層、采空區(qū)碎裂巖體及未破斷巖層共同構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的CO封存單元，部分CO可以通過蓋層下巖層向鄰近封存單元遷移，但是無法突破蓋層的排替壓力。在此過程中，需要明晰頂板覆巖-功能性充填體-碎脹散體相互作用機(jī)理，通過對(duì)采空區(qū)覆巖裂縫時(shí)空演化過程進(jìn)行仿真，優(yōu)化工作面尺寸參數(shù)、開采工藝與充填工藝，最大程度減小覆巖裂縫發(fā)育高度，確保CO封存空間的長期穩(wěn)定性。

(3) 擾動(dòng)空間探測(cè)與CO封存潛力評(píng)價(jià)。采煤擾動(dòng)空間特征是模擬CO吸附-滲流活動(dòng)、評(píng)價(jià)CO封存安全性、評(píng)估CO封存潛力的基礎(chǔ)。對(duì)此，需建立采空區(qū)碎裂巖體精細(xì)探測(cè)理論與技術(shù)體系，利用瞬變電磁法、高密度電法及全數(shù)字高密度三維地震勘探等技術(shù)對(duì)采空區(qū)空間展布形態(tài)進(jìn)行探測(cè)，通過測(cè)井-鉆孔電視-測(cè)斜一體化測(cè)井技術(shù)、VSP技術(shù)及地震屬性技術(shù)對(duì)采空區(qū)覆巖裂縫及離層情況進(jìn)行探測(cè)。與此同時(shí)，還需建立CO在垮裂空間中的運(yùn)移模型，模擬CO在采空區(qū)中的擴(kuò)散路徑、巖石裂縫及殘煤等介質(zhì)對(duì)CO的吸附作用，科學(xué)評(píng)估采空區(qū)碎裂巖體空間的CO封存潛力。

(4) CO充注調(diào)控與封存效果監(jiān)測(cè)及評(píng)估。受覆巖層各向異性及CO加壓充注綜合影響，覆巖裂縫存在局部小規(guī)模發(fā)育擴(kuò)展可能，需要構(gòu)建CO封存生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，即融合微震、電法等技術(shù)實(shí)時(shí)高精度監(jiān)測(cè)覆巖裂縫動(dòng)態(tài)擴(kuò)展過程。一方面，根據(jù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果，反演局部CO泄漏通道，包括斷層活化通道、陷落柱導(dǎo)通、裂縫擴(kuò)展等，并進(jìn)行功能性注漿充填改造，確保CO封存空間的封閉性。另一方面，結(jié)合監(jiān)測(cè)結(jié)果預(yù)測(cè)充注階段CO運(yùn)移的時(shí)空特征，并據(jù)此評(píng)估CO充注程度，并調(diào)整CO充注速率與充注量，避免過載充注。

3 煤地下氣化空間CO2封存技術(shù)

3.1 封存理念

煤炭地下氣化(Underground Coal Gasification，UCG)是未來深部煤炭開采的重要方式之一。煤炭地下氣化爐在氣化后會(huì)形成體積可觀的地下空間，可作為封存CO場(chǎng)地。在煤炭進(jìn)入地下氣化階段，隨著O的不斷注入，煤炭發(fā)生可控燃燒，使固態(tài)的煤炭不斷轉(zhuǎn)化成為H，CO，CO及烴類氣體等氣態(tài)物質(zhì)從生產(chǎn)孔排出，地下空腔隨著氣化進(jìn)程不斷增大(圖7(a))。在煤炭地下氣化最終形成的空間內(nèi)會(huì)有部分頂板垮落形成的碎石，頂板高溫和冒裂形成的縫隙、煤炭氣化殘留的飛灰以及部分未完全氣化的殘?zhí)嫉任镔|(zhì)。筆者正是在此基礎(chǔ)上提出利用UCG后的地下空間結(jié)構(gòu)和物質(zhì)實(shí)現(xiàn)CO的地質(zhì)封存目標(biāo)(圖7(b))。利用UCG地下空間封存CO主要分為4個(gè)關(guān)鍵階段，即選址階段、氣化階段、封存注入階段和封存后的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)階段。

3.2 技術(shù)途徑

目前，CO地質(zhì)封存主要通過物理吸附和化學(xué)固碳2種方式實(shí)現(xiàn)。本部分所提的CO封存模式是指綜合利用UCG形成的地下空間和殘余物質(zhì)實(shí)現(xiàn)的一種以化學(xué)封存(永久封存)為主，兼顧物理封存的模式?；瘜W(xué)封存主要是利用氣化灰渣(也可利用發(fā)電廠的粉煤灰)中大量的AlO,SiO,CaO,MgO,FeO和FeO等堿土金屬氧化物水化后的金屬陽離子，與CO溶于水形成的碳酸根離子發(fā)生碳酸化反應(yīng)，生成可用于永久封存的碳酸鹽類物質(zhì)(圖8)；物理封存是利用UCG形成的空腔和上覆巖體垮落物等形成的空隙吸附CO。

利用UCG空間封存CO的科學(xué)內(nèi)涵包括4個(gè)方面：① 充分利用殘?zhí)级嗫捉Y(jié)構(gòu)、碎裂巖體、覆巖燒熔(燒變)和冒裂形成空隙等物理空間實(shí)現(xiàn)高壓下CO物理封存；② 充分利用氣化殘留飛灰中富含的堿性金屬氧化物實(shí)現(xiàn)化學(xué)封存；③ 將目前電廠粉煤灰等富含堿性金屬氧化等固體廢棄物以膏體狀注入富油煤氣化后的地下空間，實(shí)現(xiàn)CO化學(xué)封存；④ 在進(jìn)行CO地質(zhì)封存同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了采空區(qū)的充填，有利于保證采空區(qū)長期穩(wěn)定性。

圖7 煤地下氣化空間CO2封存模式示意Fig.7 Schematic diagram of CO2 storage mode in underground coal gasification space

圖8 氣化灰渣CO2化學(xué)吸附封存原理(以Ca2+為例)Fig.8 Schematic diagram of CO2 storage with fly ash (taking Ca2+ as example)

3.3 技術(shù)難題

在利用UCG地下空間進(jìn)行CO地質(zhì)封存技術(shù)流程如圖9所示，涉及選址、封存前、封存過程和封存后4個(gè)階段。其中，包含以下4個(gè)方面關(guān)鍵技術(shù)難題：

(1) UCG氣化選址與水平隔離墻構(gòu)筑。對(duì)影響煤炭地下氣化場(chǎng)地的地質(zhì)因素如煤層-蓋層組合、煤層埋深、煤層厚度、煤層物性、水文地質(zhì)、構(gòu)造地質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)、地形地貌、巖土體工程性質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等進(jìn)行系統(tǒng)研究，篩選出對(duì)煤炭地下氣化及CO封存主要影響的地質(zhì)指標(biāo)與主控因素，在綜合考慮礦井地質(zhì)條件和煤炭地下氣化機(jī)理的基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于基礎(chǔ)地質(zhì)條件、安全性條件和自然環(huán)境條件在內(nèi)的煤炭地下氣化及CO封存有利區(qū)的遞階耦合優(yōu)選指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)方法。在擬選的場(chǎng)地上進(jìn)行氣化煤層的水平隔離墻構(gòu)筑，形成獨(dú)立的氣化和CO封存單元。

圖9 煤地下氣化空間CO2封存技術(shù)流程及關(guān)鍵問題Fig.9 Technical process and key problems of CO2 storage in coal gasification underground space

(2) 氣化空間探測(cè)與封存能力評(píng)價(jià)。開展UCG地下空間巖體結(jié)構(gòu)探測(cè)、表征及封存能力評(píng)價(jià)研究。利用地球物理探測(cè)和鉆探手段，探測(cè)UCG地下空間及覆巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征、冒裂帶裂隙發(fā)育情況、分布特點(diǎn)及空間組合關(guān)系，識(shí)別氣化后碎脹體積與覆巖裂隙體積，理清覆巖和地下空間的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征；基于三維激光掃描技術(shù)、巖心三維重構(gòu)(CT，NMR，SEM)、巖土力學(xué)強(qiáng)度和物性測(cè)試等方法，分析碎脹巖體、冒裂帶和蓋層的強(qiáng)度參數(shù)、孔滲性、吸附性，評(píng)價(jià)氣化空間封存能力。

(3)CO注入封存與調(diào)控技術(shù)。根據(jù)UCG地下空間實(shí)際地質(zhì)條件和相關(guān)參數(shù)構(gòu)建考慮溫度、壓力、濕度效應(yīng)的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，評(píng)價(jià)考慮煤炭地下氣化空間結(jié)構(gòu)形態(tài)的CO封存量，在此基礎(chǔ)上通過數(shù)學(xué)模型和數(shù)值分析，分析CO注入與氣化灰渣膏體的反應(yīng)匹配度，確定合理的CO和氣化灰渣膏體注入相態(tài)、注入壓力、注入流量、注入時(shí)間等；分析UCG地下空間CO注入手段和注入技術(shù)；同時(shí)結(jié)合注入過程中地下空間氣體壓力和巖層變形的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，形成封存動(dòng)態(tài)調(diào)控技術(shù)。

(4)CO封存效果監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。封存CO泄漏或滲漏會(huì)破環(huán)生態(tài)環(huán)境平衡，導(dǎo)致含水層水質(zhì)污染、土壤養(yǎng)分降低、植物和微生物死亡等生態(tài)環(huán)境問題。UCG氣化空間CO封存效果的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)是整個(gè)封存技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。包括：監(jiān)測(cè)地下水和地表水的水質(zhì)、離子成分、礦化度、pH值、Eh值等指標(biāo)，分析不同層位水體污染的風(fēng)險(xiǎn)情況；探討封存場(chǎng)地與地表生態(tài)環(huán)境因子的對(duì)應(yīng)關(guān)系，研究封存對(duì)土壤水分、養(yǎng)分的影響。在此基礎(chǔ)上形成UCG地下封存CO的地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)方法與監(jiān)測(cè)體系。

4 煤原位熱解半焦CO2封存技術(shù)

4.1 封存理念

煤的原位熱解作為一種清潔低碳的煤炭開采形式，主要以富油煤為對(duì)象，通過熱解方式在原位地層最大限度提取煤中油氣資源，并將熱解半焦留存地下。富油煤的原位熱解規(guī)?；_發(fā)對(duì)提高我國油氣供給能力、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要的戰(zhàn)略意義。在“取氫留碳”的基礎(chǔ)上，將CO注入熱解半焦層進(jìn)行永久封存，有效實(shí)現(xiàn)了固碳減碳目的。富油煤熱解后形成發(fā)達(dá)的孔縫結(jié)構(gòu)空間，大量熱解產(chǎn)物產(chǎn)出使半焦總體形成以中孔和大孔為主的孔隙結(jié)構(gòu)。隨著溫度升高，煤中裂隙急劇產(chǎn)生，形成大量平行層理、蜂窩狀、雁列狀裂隙網(wǎng)絡(luò)，這使得煤體的滲透性大幅提高，CO注入阻力降低。相比于常規(guī)煤炭CO地質(zhì)封存方法，該技術(shù)具備的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：① 富油煤原位熱解改善了煤層的孔縫結(jié)構(gòu)，為CO吸附提供了良好的封存載體和封存空間；② 富油煤原位熱解對(duì)蓋層擾動(dòng)較小，CO地質(zhì)封存的安全性較高。其中，在井工式原位熱解基礎(chǔ)上開展CO封存具有更好的實(shí)施條件。

4.2 技術(shù)途徑

井工式富油煤原位熱解半焦CO封存技術(shù)主要包括4個(gè)階段(圖10)：煤層分割充填階段，煤層預(yù)裂階段，煤層熱解階段，CO充注階段。在煤層分割充填階段(分割充填單元A)，對(duì)富油煤靶區(qū)的煤層進(jìn)行分割、構(gòu)筑充填柱，充填材料起到支撐頂板、密封和保溫煤層、控制熱解范圍的作用。在煤層預(yù)裂階段(預(yù)裂單元B)，沿煤層底部長壁方向鉆取盲孔至長壁末端；每3個(gè)相鄰鉆孔(B1,B2,B3)為1組，再通過水力壓裂等方式對(duì)中間孔(B2)實(shí)施致裂，形成網(wǎng)絡(luò)裂隙通道，提高受熱面積。在煤層熱解階段(熱解單元C)，從每個(gè)煤熱解單元注入孔(C2)注入高溫介質(zhì)，高溫介質(zhì)經(jīng)由裂縫通道進(jìn)入抽采孔(C1,C3)，并向外緣輻射熱量，實(shí)現(xiàn)富油煤的油氣產(chǎn)出。氣態(tài)焦油及煤氣及時(shí)通過井下收集系統(tǒng)回收，其中排出的高溫介質(zhì)可進(jìn)一步加熱后循環(huán)使用。在CO充注階段(CO封存單元D)，待熱解煤層冷卻后開展CO充注，將原有鉆孔全部轉(zhuǎn)變?yōu)镃O注入孔，CO沿?zé)峤饷簩拥目卓p網(wǎng)絡(luò)運(yùn)移，并以物理吸附的形式封存在基質(zhì)表面。

4.3 技術(shù)難題

盡管富油煤原位熱解能夠形成良好的CO封存空間，但同樣面臨諸多認(rèn)識(shí)瓶頸和技術(shù)挑戰(zhàn)。富油煤原位熱解與CO封存均尚處于初步探索階段，CO封存空間調(diào)控、封存潛力評(píng)價(jià)方法、封存地質(zhì)條件選址評(píng)價(jià)、地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)等關(guān)鍵問題與技術(shù)方面仍需重點(diǎn)展開研究(圖11)。

(1)熱解半焦CO封存潛力評(píng)價(jià)。CO封存潛力與煤熱解后的吸附特性具有密切聯(lián)系，Goodman等針對(duì)不可采煤層CO封存量提出可借鑒的計(jì)算方法：

圖10 富油煤原位熱解-CO2封存基本過程Fig.10 Procedure of in-situ pyrolysis of tar-rich coal and CO2 storage in pyrolytic coal

圖11 富油煤原位熱解半焦CO2封存關(guān)鍵問題Fig.11 Key problem of in-situ pyrolysis of tar-rich coal and CO2 storage in pyrolytic coal

=

(1)

式中，為CO潛力封存量，kg；為評(píng)價(jià)區(qū)面積，m；為評(píng)價(jià)區(qū)煤層厚度，m；為單位體積原煤最大吸附的CO在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積；為標(biāo)準(zhǔn)溫壓條件下的CO密度，kg/m；為煤層的CO存儲(chǔ)效率因子。

但煤熱解后與原煤存在較大差異，更為復(fù)雜的應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)和化學(xué)場(chǎng)使熱解半焦層非均質(zhì)性發(fā)生顯著改變，不同顯微組分間的差異性有待考慮。原位熱解過程差異，如升溫速率、催化條件、載熱條件、熱場(chǎng)條件等，同樣會(huì)造成熱解半焦的吸附能力呈現(xiàn)復(fù)雜性(圖12)。

圖12 不同熱解溫度條件下煤熱解CO2吸附能力Fig.12 CO2 adsorption capacity of pyrolytic coal at different pyrolysis temperatures

(2)原位熱解空間形成與調(diào)控。在富油煤原位熱解過程中，同步改善油氣產(chǎn)出效率和封存空間具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。趙陽升院士團(tuán)隊(duì)提出利用高溫?zé)嵴羝夹g(shù)可以有效提高油氣產(chǎn)出率，同時(shí)大幅改善煤體的細(xì)觀結(jié)構(gòu)，高溫蒸汽熱解的孔隙率高于常規(guī)熱解方式(圖13)。此外，利用硝酸鹽、含鉀化合物等進(jìn)行催化-氧化，能夠促使煤分子側(cè)鏈和含氧官能團(tuán)等提前脫落，微晶結(jié)構(gòu)變形，形成良好的孔隙結(jié)構(gòu)。不同金屬鹽催化結(jié)果略有不同，但普遍具有提高中孔率和孔容的效果。煤體熱變形對(duì)熱解空間的影響不容忽視，在三軸應(yīng)力下，長焰煤表現(xiàn)出強(qiáng)烈的熱膨脹變形，且應(yīng)力約束越強(qiáng)，峰值膨脹系數(shù)對(duì)應(yīng)的溫度越高。在充分考量高效開采油氣、應(yīng)力約束、煤體熱變形的基礎(chǔ)上，提高熱解半焦的CO封存空間仍有待突破。

圖13 煤熱解孔縫結(jié)構(gòu)發(fā)育特征Fig.13 Porosity and swelling of pyrolytic coal

(3) 熱解半焦CO封存選址與密閉性評(píng)價(jià)。在特定的原位熱解環(huán)境下，CO封存不僅要充分考慮煤層埋深、構(gòu)造復(fù)雜程度、圍巖條件，同時(shí)要著重評(píng)價(jià)高溫對(duì)蓋層的擾動(dòng)特點(diǎn)。高溫條件下，砂泥巖宏觀力學(xué)性質(zhì)發(fā)生顯著變化，其力學(xué)強(qiáng)度隨溫度的升高總體表現(xiàn)為先增強(qiáng)后減小的趨勢(shì)。黏土礦物在高溫條件下脫水產(chǎn)生裂隙，尤其在400 ℃以后結(jié)晶水脫除導(dǎo)致裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展，泥頁巖承載能力和抗變形能力被削弱。砂巖在高溫下礦物晶格遭到破壞，強(qiáng)度明顯下降。蓋層巖性組合在熱場(chǎng)條件下的強(qiáng)度降低、裂隙擴(kuò)展等問題仍需深化認(rèn)識(shí)，直接關(guān)系到地下水流入與封存CO泄漏風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，開展井下煤層分割充填，充分評(píng)價(jià)充填材料密閉性、耐高溫性，是實(shí)現(xiàn)定向熱解與CO分段充填的基礎(chǔ)。

(4)熱解半焦CO封存地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)技術(shù)。CO在熱解煤層中封存具有復(fù)雜地質(zhì)耦合過程， CO封存壓力、熱解煤層、高溫?cái)_動(dòng)后圍巖、熱解殘余流體之間相互作用，CO在注入、遷移、吸附過程中對(duì)熱解煤層、高溫?cái)_動(dòng)圍巖始終處于動(dòng)態(tài)影響過程。在明晰上述機(jī)理的同時(shí)開展CO封存地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)，研發(fā)多尺度、全方位的精細(xì)探測(cè)方法，跟蹤評(píng)估熱解半焦及蓋層穩(wěn)定性，構(gòu)建CO封存地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)與模型，對(duì)封存CO地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)判。

5 結(jié) 論

(1)實(shí)現(xiàn)煤礦井下CO封存須具備地質(zhì)蓋層和封存載體兩大條件。其中，選擇煤層上部具備不受開采擾動(dòng)影響的地質(zhì)密閉層是實(shí)現(xiàn)煤礦擾動(dòng)空間CO封存的先決條件；前期中淺煤層CO天然氣藏區(qū)、煤礦采空區(qū)氣體富集與存儲(chǔ)案例，證明了利用中淺煤層擾動(dòng)空間進(jìn)行CO規(guī)模化封存具有較好可行性；功能性充填空間構(gòu)建則為CO井下分割封存提供了密閉條件；而封存載體為實(shí)現(xiàn)CO封存提供了實(shí)施場(chǎng)所，其存儲(chǔ)空間尺寸決定了CO封存規(guī)模，吸儲(chǔ)能力影響了CO封存效果，孔隙度及滲透性則決定了CO可注入性。

(2)煤層采空區(qū)碎裂巖體空間具有規(guī)模大、CO充注壓力小等優(yōu)點(diǎn)，是理想的CO封存場(chǎng)所。本文提出煤層采空區(qū)碎裂巖體空間CO封存方法，基于功能性充填技術(shù)沿采煤工作面構(gòu)筑高強(qiáng)度、密封性的“回”形充填體，控制覆巖裂隙發(fā)育，結(jié)合煤層上部蓋層，構(gòu)建強(qiáng)封閉性且具備一定承壓能力的碎脹空間，可進(jìn)行中低壓CO物理封存。

(3)利用煤炭地下氣化空間進(jìn)行CO封存可同時(shí)發(fā)揮碎裂巖體的物理封存和氣化灰渣的化學(xué)封存作用。提出的煤地下氣化空間CO封存技術(shù)，充分利用了殘?zhí)级嗫捉Y(jié)構(gòu)與覆巖破裂和燒熔、燒變形成的物理空間實(shí)現(xiàn)高壓下CO物理封存；同時(shí)將當(dāng)前火力發(fā)電廠的粉煤灰等富含堿性金屬氧化等固體廢棄物以膏體狀注入富油煤氣化后的地下空間，通過與CO化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)CO固化封存。此外，該封存技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)氣化空間的有效充填，有利于煤炭地下氣化空間的長期穩(wěn)定。

(4)利用富油煤原位熱解半焦進(jìn)行CO封存，具有地質(zhì)蓋層相對(duì)穩(wěn)定、半焦孔縫結(jié)構(gòu)發(fā)育、充注阻力相對(duì)較小、CO吸附能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在充分開展巖層密閉性、高溫巖層損傷特點(diǎn)選址評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，在井下利用密封隔熱材料對(duì)煤層分割充填，實(shí)施高效的油氣熱解提取和CO吸附空間調(diào)控，實(shí)現(xiàn)半焦層CO物理吸附儲(chǔ)集，有助于提高CO封存規(guī)模和封存長期穩(wěn)定。

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