王雙明，王虹，任世華，董書(shū)寧，鄭德志，譚克龍，侯恩科，王生全，曲洋，焦小淼

（1.西安科技大學(xué)煤炭綠色開(kāi)采地質(zhì)研究院，西安 710054；2.陜西省煤炭綠色開(kāi)發(fā)地質(zhì)保障重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710054；3.西安科技大學(xué)地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，西安 710054；4.煤炭科學(xué)研究總院有限公司，北京 100013；5.中國(guó)煤炭科工集團(tuán)有限公司，北京 100013；6.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）管理學(xué)院，北京 100083；7.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，西安 710054；8.陜西省煤礦水害防治技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710077；9.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局勘查研究總院，北京 100039；10.煤炭工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100120）

一、前言

我國(guó)石油和天然氣資源總量相對(duì)較少，加之人口眾多，人均石油和天然氣資源在世界上處于較低水平（僅為世界平均水平的1/15 左右）。受資源條件限制，我國(guó)石油和天然氣對(duì)外依存度持續(xù)攀升，2020 年分別達(dá)到73.5%、43.2%[1]，其中石油對(duì)外依存度超過(guò)美國(guó)的歷史高點(diǎn)。隨著經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展、居民生活水平提高，我國(guó)的油氣需求仍將增加[2,3]。然而，國(guó)內(nèi)常規(guī)油氣增產(chǎn)有限，非常規(guī)油氣增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)難度較大；在油氣進(jìn)口風(fēng)險(xiǎn)加劇的國(guó)際形勢(shì)下，立足國(guó)內(nèi)尋求新的油氣供給途徑、增強(qiáng)油氣自主供給能力，成為保障國(guó)家能源安全的重大需求。富油煤通過(guò)中低溫?zé)峤饪梢陨a(chǎn)油、氣和半焦，具有油氣轉(zhuǎn)化效率高、生產(chǎn)成本低的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)富油煤中的潛在油氣資源豐富，實(shí)施以油氣為主要產(chǎn)品的富油煤開(kāi)發(fā)與轉(zhuǎn)化并推進(jìn)產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展，既是實(shí)現(xiàn)煤炭清潔低碳發(fā)展的合理路徑，也是增加國(guó)內(nèi)油氣供給、緩解油氣對(duì)外依存度的戰(zhàn)略選擇[4~6]，還是促進(jìn)國(guó)內(nèi)大循環(huán)和國(guó)際國(guó)內(nèi)雙循環(huán)的重要保障。

構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，要求加快實(shí)現(xiàn)煤炭清潔低碳利用，推動(dòng)由燃料化利用向原料化、材料化利用轉(zhuǎn)型[7~10]。立足我國(guó)以煤為主的能源資源稟賦和能源生產(chǎn)消費(fèi)特征，結(jié)合替補(bǔ)油氣供給的巨大需求，重構(gòu)富油煤開(kāi)發(fā)利用方式；發(fā)揮富油煤作為煤基油氣資源的特殊優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)煤炭資源的低碳高附加值利用，將是支持實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)的重要舉措。目前，在我國(guó)富油煤賦存規(guī)律、地球化學(xué)特征等方面開(kāi)展了不少研究。文獻(xiàn)[11]以榆神府礦區(qū)富油煤為對(duì)象，采用低溫液氮吸附法、壓汞法、核磁共振法、氣滲透法等手段，分析了富油煤的多尺度孔隙結(jié)構(gòu)：相較于普通低階煤，富油煤具有較大的孔比表面積和低溫氮吸附量，具備提油煉氣的良好物性條件。文獻(xiàn)[12]研究了陜北石炭-二疊紀(jì)煤田典型礦區(qū)的富油煤賦存特征，分析了可采煤層焦油產(chǎn)率的變化特點(diǎn)、富油煤時(shí)空分布規(guī)律，探討了富油煤賦存影響因素。文獻(xiàn)[13]以陜北地區(qū)侏羅紀(jì)延安組6 個(gè)主采煤層為研究對(duì)象，采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用方法分析了富油煤的有機(jī)地球化學(xué)特征。文獻(xiàn)[14]以榆神礦區(qū)延安組2-2煤、5-2煤為對(duì)象，根據(jù)原煤的焦油產(chǎn)率進(jìn)行了富油煤賦存特征分析及分級(jí)研究；同時(shí)結(jié)合灰成分指數(shù)、硫分、鏡惰比等參數(shù)，探討了2-2 煤層、5-2煤層的富油煤沉積環(huán)境。

值得指出的是，已有研究主要基于特定礦區(qū)或煤層來(lái)分析富油煤的賦存特征，而有關(guān)我國(guó)富油煤開(kāi)發(fā)利用技術(shù)體系的綜合性研判分析未見(jiàn)開(kāi)展。筆者團(tuán)隊(duì)近年來(lái)圍繞富油煤的資源屬性和開(kāi)發(fā)利用課題進(jìn)行了系列研究[15~18]，基于相關(guān)研究成果提出了“富油煤就是煤基油氣資源”的理念。在中國(guó)工程院咨詢項(xiàng)目支持下，本文著重梳理西部地區(qū)富油煤的資源儲(chǔ)量及分布特征，分析富油煤勘查、開(kāi)發(fā)、利用的現(xiàn)狀與存在問(wèn)題；構(gòu)思西部地區(qū)富油煤開(kāi)發(fā)利用的理念與技術(shù)體系，辨識(shí)開(kāi)發(fā)利用的關(guān)鍵技術(shù)，以期為油氣資源開(kāi)發(fā)與管理研究提供參考。

二、西部地區(qū)富油煤資源潛力分析

（一）富油煤概念界定

《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊(cè)》（2014年修訂本）根據(jù)煤的焦油產(chǎn)率分級(jí)，將煤的含油性劃分為3個(gè)等級(jí)（見(jiàn)表1）。煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煤中焦油含量分級(jí)》（MT/T 1179—2019）將煤中焦油含量分為四級(jí)（見(jiàn)表2）；煤中焦油產(chǎn)率在7%以上者，分別稱為中、高、特高油產(chǎn)率煤。然而在研究中發(fā)現(xiàn)，雖然以煤中焦油產(chǎn)率大小對(duì)富油煤進(jìn)行界定具有重要意義，但未能從資源屬性的視角來(lái)刻畫(huà)富油煤的內(nèi)在特點(diǎn)。

本文建議可從煤炭資源、油氣資源、礦產(chǎn)資源3個(gè)維度對(duì)富油煤的資源屬性進(jìn)行界定。①富油煤是中低煤化程度的煤炭資源，揮發(fā)分產(chǎn)率一般大于30%；②富油煤是中低成熟度的油氣資源，焦油產(chǎn)率大于7%，鏡質(zhì)體反射率為0.5%~1%；③富油煤是集煤、油、氣屬性于一體的層狀沉積礦產(chǎn)資源，有機(jī)質(zhì)含量大于60%（由碳、氫、氧等元素組成），無(wú)機(jī)質(zhì)含量一般小于30%（由硅鋁氧化物等組成）。具有高能量密度的氫、碳原子，可通過(guò)熱解轉(zhuǎn)化為油氣的賦存形式。

由此可見(jiàn)，富油煤涵蓋了煤、油、氣屬性，其中的油、氣資源又以非常規(guī)形式賦存，無(wú)法利用常規(guī)油氣開(kāi)采方式獲??；將富油煤稱為煤基油氣資源，是更為確切的概念表述。科學(xué)認(rèn)識(shí)富油煤的油氣資源屬性，對(duì)揭示煤、油、氣的成因聯(lián)系，豐富和發(fā)展油氣成藏理論，立足國(guó)內(nèi)增加油氣供給，均有理論與現(xiàn)實(shí)意義。

表1 煤的焦油產(chǎn)率分級(jí)

表2 煤中焦油含量分級(jí)

（二）富油煤資源量及分布

從煤炭資源分布看，陜西、內(nèi)蒙古、新疆、甘肅、寧夏等省份的低中階變質(zhì)程度煤中有一部分是富油煤，但各地的富油煤資源占比及焦油產(chǎn)率存在明顯差異。以陜西省為例，富油煤資源量高達(dá)1.5×1011t，廣泛分布于陜北侏羅紀(jì)煤田、陜北三疊紀(jì)煤田、陜北石炭-二疊紀(jì)煤田、黃隴侏羅紀(jì)煤田；陜北三疊紀(jì)煤田的焦油產(chǎn)率平均值高達(dá)11.42%，陜北侏羅紀(jì)煤田、黃隴煤田的焦油產(chǎn)率平均值分別為9.33%、8.04%；石炭-二疊紀(jì)煤田的焦油產(chǎn)率波動(dòng)很大，北部的古城礦區(qū)山西組、太原組焦油產(chǎn)率平均值分別達(dá)9.12%、9.58%，但南部的渭北煤田僅為1.7%左右[6]。

根據(jù)“陜西省富油煤開(kāi)發(fā)潛力評(píng)價(jià)”項(xiàng)目研究、中國(guó)煤炭地質(zhì)總局相關(guān)研究的成果，我國(guó)富油煤資源主要分布在陜西、內(nèi)蒙古、寧夏、甘肅、新疆等五省份，初步測(cè)算的資源量為5.5×1011t以上（見(jiàn)表3）[6,18,19]。其中，潛在油資源為5×1010t，氣資源量約為7.5×1013m3（組分以H2、CH4、C2H6、CO為主），高于頁(yè)巖氣（可采資源量約為2.18×1013m3[20]）、頁(yè)巖油（可采資源量約為3.5×109t[21]）。因此，我國(guó)富油煤產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展具有資源基礎(chǔ)。

三、西部地區(qū)富油煤開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題分析

（一）勘查現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.對(duì)富油煤資源屬性認(rèn)識(shí)不足

富油煤是集煤、油、氣屬性于一體的煤基油氣資源，但長(zhǎng)期以來(lái)未能得到科學(xué)認(rèn)識(shí)和充分利用。富油煤的形成伴隨特定的地質(zhì)歷史演化過(guò)程及地質(zhì)條件，不同時(shí)代、不同區(qū)域甚至相同時(shí)代、不同煤層的資源狀況均存在顯著的差異性。當(dāng)前對(duì)富油煤變質(zhì)演化規(guī)律、地質(zhì)驅(qū)動(dòng)條件等地質(zhì)科學(xué)問(wèn)題研究不足，對(duì)富油煤資源調(diào)查、評(píng)價(jià)不足，導(dǎo)致富油煤資源家底不清，難以支撐富油煤清潔高效利用。

表3 西部地區(qū)富油煤資源量

2.富油煤勘查的規(guī)范性文件缺失

富油煤資源專(zhuān)項(xiàng)勘查和評(píng)價(jià)工作尚處于起步階段。以往及現(xiàn)行的固體礦產(chǎn)勘查或煤炭地質(zhì)勘查行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，均未對(duì)富油煤的勘查進(jìn)行專(zhuān)門(mén)規(guī)定；僅《煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范》《煤炭資源勘查煤質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，當(dāng)原煤空氣干燥基揮發(fā)分產(chǎn)率大于28%時(shí)，選擇50%的見(jiàn)煤點(diǎn)進(jìn)行原煤低溫干餾測(cè)試，據(jù)此測(cè)定原煤的焦油產(chǎn)率。富油煤的勘查和加工利用，缺乏煤巖、煤質(zhì)、采樣、測(cè)試、評(píng)價(jià)等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系的缺失，不利于富油煤勘查工作有序開(kāi)展。

3.富油煤勘查投入嚴(yán)重不足

我國(guó)煤炭地質(zhì)勘查主要由中央或省級(jí)地方政府、煤炭企業(yè)出資開(kāi)展。中央或省級(jí)地方政府主要以地質(zhì)勘查基金項(xiàng)目的形式，委托地質(zhì)勘查單位完成整裝勘查區(qū)的預(yù)查和普查工作。煤炭企業(yè)出資進(jìn)行的煤炭地質(zhì)勘查多是探礦權(quán)人的自主行為，一般在礦區(qū)和井田劃分之后進(jìn)行詳查和精查，旨在為礦井設(shè)計(jì)與建設(shè)提供地質(zhì)依據(jù)。國(guó)家層面尚未設(shè)立富油煤資源勘查專(zhuān)項(xiàng)資金，對(duì)富油煤家底認(rèn)識(shí)不清，難以支撐富油煤規(guī)?；_(kāi)發(fā)利用。

4.富油煤勘查精度仍然較低

2019年自然資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)布的“陜西省富油煤開(kāi)發(fā)潛力評(píng)價(jià)”項(xiàng)目研究成果，是陜西省首次摸清富油煤資源“家底”，揭示了各大煤田富油性的分布特點(diǎn)、焦油資源的分布規(guī)律，為富油煤資源管理與規(guī)?；_(kāi)發(fā)確立了基礎(chǔ)。國(guó)家層面尚未開(kāi)展全國(guó)范圍內(nèi)富油煤資源的精細(xì)勘查，富油煤開(kāi)發(fā)利用的國(guó)家級(jí)科技支撐不足。目前對(duì)富油煤的平面分布、厚度變化、焦油產(chǎn)率等指標(biāo)參數(shù)的掌握程度，遠(yuǎn)不能滿足富油煤資源評(píng)價(jià)需求，導(dǎo)致支撐相應(yīng)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)資料仍是以往的煤炭資源勘查成果；僅在劃定勘查區(qū)范圍內(nèi)（先期開(kāi)采地段）按規(guī)范要求對(duì)50%的原煤見(jiàn)煤點(diǎn)測(cè)定其焦油產(chǎn)率，不能滿足特殊煤種詳查程度的精度要求；富油煤的有機(jī)顯微組分、煤中礦物組成、揮發(fā)分、元素組分含量、有害元素分布等參數(shù)直接影響煤的熱解產(chǎn)物和效率，相關(guān)的勘查精度更低。因此，勘查程度和精度尚不能支撐富油煤高質(zhì)量開(kāi)發(fā)利用的需求。

（二）開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.富油煤分布區(qū)的煤炭開(kāi)發(fā)強(qiáng)度大

富油煤分布集中的西部五省份，煤炭總產(chǎn)能約為2.6×109t/a；2019 年煤炭產(chǎn)量為2.074×109t，超過(guò)全國(guó)煤炭產(chǎn)量的50%。大規(guī)模高強(qiáng)度的開(kāi)發(fā)，導(dǎo)致部分省份后續(xù)煤炭?jī)?chǔ)備不足，影響資源接續(xù)。

2.礦井智能化水平發(fā)展不平衡

富油煤分布集中的西部五省份，先進(jìn)高效的大型現(xiàn)代化煤礦與技術(shù)裝備落后、生產(chǎn)效率較低的落后煤礦并存，資金實(shí)力雄厚、管理水平高、具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的大型煤炭企業(yè)與技術(shù)人才匱乏、管理落后、經(jīng)營(yíng)困難的中小煤炭企業(yè)并存。中小煤礦的采煤技術(shù)裝備自動(dòng)化、信息化、可靠性水平整體偏低。

3.煤炭開(kāi)采環(huán)境擾動(dòng)較大

富油煤分布集中的西部五省份，干旱少雨且生態(tài)環(huán)境脆弱。煤炭開(kāi)發(fā)引發(fā)的地下和地表水系損壞、地表沉陷等，對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成較大影響。陜西省、寧夏回族自治區(qū)的不少老礦區(qū)環(huán)境治理滯后，環(huán)境保護(hù)歷史欠賬較多。內(nèi)蒙古自治區(qū)的煤炭綠色發(fā)展水平有待提升，面臨的生態(tài)環(huán)境修復(fù)治理壓力趨緊。新疆維吾爾自治區(qū)哈密市、昌吉州等煤炭富集區(qū)的水資源嚴(yán)重短缺。

4.有關(guān)生態(tài)環(huán)境影響的勘查評(píng)價(jià)不足

在礦井設(shè)計(jì)與建設(shè)階段，雖然要求采（探）礦單位編制《環(huán)境影響評(píng)價(jià)報(bào)告》《水資源論證報(bào)告》《水土保持方案》等與生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理相關(guān)的技術(shù)報(bào)告，但在煤炭開(kāi)采引發(fā)的次生地質(zhì)災(zāi)害，煤炭開(kāi)采對(duì)生態(tài)環(huán)境、水資源、土地資源的損害方式、影響程度以及有效恢復(fù)治理措施等方面的勘查和評(píng)價(jià)不足。

（三）利用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.利用方式不合理

西部五省份以富油煤為主的煤炭消費(fèi)，作為動(dòng)力煤燃燒的占到75%，而化工用煤僅占20%左右。在陜西省，2019 年煤炭消費(fèi)量為2.186×108t，以電力、冶金、化工用煤為主；其中火力發(fā)電用煤為6.48×107t（占比為29.64%），冶金用煤為5.745×107t（占比為26.28%），化工用煤為5.725×107t（占比為26.19%），建材用煤為1.252×107t（占比為5.73%），民用及其他用煤為2.657×107t（占比為12.16%）。以生產(chǎn)油氣為目的的熱解利用占比很低，油氣組分沒(méi)有發(fā)揮應(yīng)有價(jià)值。

2.富油煤熱解產(chǎn)品的深加工產(chǎn)業(yè)鏈有待形成

富油煤利用的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)未能以油為先，熱解焦油、熱解氣生產(chǎn)精細(xì)化工產(chǎn)品及特種油品的能力不足。半焦用于氣化、發(fā)電、高爐噴吹、鐵合金生產(chǎn)、高端碳材料制備等的上、下游產(chǎn)業(yè)鏈（見(jiàn)圖1）尚未形成。

3.規(guī)?；眉夹g(shù)不夠成熟

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，低階煤熱解、熱解產(chǎn)物深加工技術(shù)逐步成熟，但還有一些技術(shù)難題尚未解決。在低階煤熱解方面，粉煤熱解、催化熱解、油塵分離等關(guān)鍵技術(shù)還處于示范和優(yōu)化階段，油收率偏低且單體裝置規(guī)模偏小，半焦綜合利用滯后。

四、西部地區(qū)富油煤開(kāi)發(fā)利用理念與技術(shù)體系構(gòu)想

（一）開(kāi)發(fā)利用理念

1.樹(shù)立富油煤就是煤基油氣資源的觀念，優(yōu)化開(kāi)發(fā)布局

從認(rèn)知觀念上，強(qiáng)化富油煤的油氣資源保障意識(shí)。將富油煤作為煤基油氣資源，其開(kāi)發(fā)利用方式區(qū)別于普通煤炭，最大程度地開(kāi)發(fā)富油煤資源并發(fā)揮富油煤蘊(yùn)含的油氣價(jià)值。查清富油煤資源底數(shù)，在現(xiàn)有地質(zhì)勘查資料的基礎(chǔ)上，開(kāi)展富油煤補(bǔ)充勘查。考慮生態(tài)保護(hù)紅線、黃河流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)、煤炭賦存等影響因素，客觀評(píng)估富油煤資源量和可采規(guī)模。合理規(guī)劃富油煤的開(kāi)發(fā)時(shí)序、規(guī)模、區(qū)域，改變當(dāng)前富油煤僅作為普通煤炭的開(kāi)發(fā)方式。

圖1 富油煤熱解利用產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D

富油煤熱解一體化的提效降碳潛力巨大。2019年西部地區(qū)用于燃燒發(fā)電和供熱的富油煤約為5.2×108t，如全部按照熱解發(fā)電一體化方式進(jìn)行利用，可生產(chǎn)油品近5×107t；與常規(guī)燃煤發(fā)電相比，提高能效6%，減少碳排放2.8×108t。

2.適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展新要求，科學(xué)開(kāi)采富油煤資源

推進(jìn)綠色開(kāi)發(fā)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。按照“綠水青山就是金山銀山”的綠色發(fā)展理念，采前系統(tǒng)規(guī)劃、采中精準(zhǔn)控制、采后有效恢復(fù)，發(fā)展富油煤綠色開(kāi)采技術(shù)，推進(jìn)協(xié)同開(kāi)發(fā)并構(gòu)建一體化開(kāi)發(fā)新模式。在提高富油煤回采率、充分開(kāi)發(fā)富油煤資源的同時(shí)，積極保護(hù)西部地區(qū)脆弱的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)資源開(kāi)發(fā)與環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展；由單一煤炭資源開(kāi)發(fā)拓展為煤及共伴生資源綜合開(kāi)發(fā)、煤與煤層氣等協(xié)同開(kāi)發(fā)，提高資源綜合開(kāi)發(fā)效率，實(shí)現(xiàn)煤炭資源開(kāi)采變革為煤、油、氣等資源聯(lián)產(chǎn)的目標(biāo)。

3. 充分利用富油煤油氣屬性，增加國(guó)內(nèi)油氣供給

以油為先，開(kāi)展梯級(jí)利用。最大限度地利用富油煤中的油氣組分，生產(chǎn)輕質(zhì)汽油、特種油品、高端煤基含氧化合物產(chǎn)品、高品質(zhì)燃?xì)獾扔蜌猱a(chǎn)品及其替代品，增加國(guó)內(nèi)油氣供給。耦合集成，提高產(chǎn)品附加值。通過(guò)各單項(xiàng)技術(shù)、多種產(chǎn)品、不同品位能量的耦合集成，減少投資和成本，提高利用效率，增加產(chǎn)品利用的附加值，推動(dòng)煤炭由燃料向原料與燃料并重轉(zhuǎn)變。

（二）技術(shù)體系構(gòu)想

著眼富油煤勘查-開(kāi)發(fā)-利用全過(guò)程，針對(duì)當(dāng)前富油煤開(kāi)發(fā)利用存在的問(wèn)題，依托現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)施富油煤勘查開(kāi)發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，力求形成富油煤開(kāi)發(fā)利用技術(shù)體系；變革富油煤的傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用方式，支持實(shí)現(xiàn)富油煤資源的精細(xì)勘查、礦區(qū)一體化開(kāi)采、井上與井下立體熱解利用。

1.基于精細(xì)勘探技術(shù)，補(bǔ)充勘查富油煤資源分布及變化規(guī)律

以取心分析化驗(yàn)、智能測(cè)井為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用高分辨率三維地震勘探、高精度電磁新方法探測(cè)、快速精準(zhǔn)鉆探技術(shù)、遙感技術(shù)等新手段，構(gòu)建“空天地”一體化勘查技術(shù)；與地質(zhì)大數(shù)據(jù)技術(shù)協(xié)同配合、相互驗(yàn)證、綜合分析，精準(zhǔn)探測(cè)西部地區(qū)富油煤的資源量及分布狀況。

2.攻關(guān)高回采率與精細(xì)分選技術(shù)難題，最大程度地減少資源浪費(fèi)

富油煤作為煤基油氣資源，首先利用其中的油，其次是氣，最后是煤。針對(duì)富油煤資源的節(jié)約開(kāi)發(fā)和梯級(jí)利用需求，一是對(duì)富油煤資源開(kāi)發(fā)進(jìn)行單獨(dú)規(guī)劃，研究井下無(wú)煤柱開(kāi)采等技術(shù)以提高回采率；二是創(chuàng)新原煤分選工藝技術(shù)，攻克一批具有精細(xì)化、智能化特征的煤炭分選加工共性技術(shù)，提高富油煤洗選水平，為富油煤熱解提供充足的原料用煤。

3.創(chuàng)新熱解技術(shù)體系，破解規(guī)?；l(fā)展瓶頸

對(duì)于規(guī)?；l(fā)展富油煤開(kāi)發(fā)利用面臨的高溫氣固分離難、焦油含塵量高、半焦高附加值利用技術(shù)不成熟等瓶頸問(wèn)題，現(xiàn)有的熱解技術(shù)因處于研發(fā)和工業(yè)化初始階段而無(wú)法全面解決。根據(jù)熱解技術(shù)的示范應(yīng)用情況，深入開(kāi)展催化熱解、加壓熱解與多聯(lián)產(chǎn)等新技術(shù)研發(fā)，為優(yōu)化百萬(wàn)噸級(jí)粉煤熱解工藝提供充分的技術(shù)保障。

4.探索原位熱解技術(shù)，實(shí)現(xiàn)井下提取和轉(zhuǎn)化

提高熱解效率及產(chǎn)率，探索富油煤地下原位熱解抽取油氣資源應(yīng)用，需要解決煤的熱傳導(dǎo)性較差、煤焦油的熱解產(chǎn)率偏低、熱解過(guò)程污染物控制困難等問(wèn)題。研究大功率電加熱、過(guò)熱蒸汽加熱等技術(shù)，形成地下富油煤的熱反應(yīng)場(chǎng)；增加富油煤原位熱解過(guò)程中熱量傳遞的穩(wěn)定性和傳導(dǎo)性，使過(guò)熱蒸汽帶來(lái)的熱量均勻分散到煤層中，提高熱解效率。

五、富油煤開(kāi)發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)分析

（一）高精度綜合勘查技術(shù)

生態(tài)紅線劃設(shè)、煤炭智能化開(kāi)采、全過(guò)程安全綠色開(kāi)采要求精細(xì)勘查富油煤資源及賦存條件，為建設(shè)現(xiàn)代化煤礦、促進(jìn)煤炭資源開(kāi)發(fā)與礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展提供直接支撐。西部地區(qū)的不同區(qū)域，富油煤資源占比及焦油產(chǎn)率存在明顯差異[6]。在空間特征上富油煤與整體煤層共同富集，所以高精度勘查技術(shù)的關(guān)鍵在于從勘探煤層中尋找富氫組分較高、煤化程度較低的富油煤層。建立適應(yīng)西部地區(qū)富油煤賦存特征的高精度綜合勘查技術(shù)，重點(diǎn)突破水平定向鉆探、定向分支鉆探、三維地震勘探、高精度電磁法勘探等內(nèi)容；全面刻畫(huà)地質(zhì)體賦存狀態(tài)及動(dòng)態(tài)，提高多物性特征精度，實(shí)現(xiàn)多種地質(zhì)信息綜合研究目標(biāo)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)綜合勘查技術(shù)在精度、深度探測(cè)方面的不足。

經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)攻關(guān)，以地震技術(shù)為主、多種技術(shù)手段相配合、井上與井下相聯(lián)合的多維立體綜合勘探技術(shù)取得突破；逐步形成了以三維高分辨率地震探測(cè)為核心、采前與采中配合、井上與井下一體、“空天地”一體化的煤礦地質(zhì)勘探與保障技術(shù)體系[22]。對(duì)于富油煤層的精準(zhǔn)探測(cè)，水平定向鉆探、定向分支鉆探是關(guān)鍵技術(shù)，最后利用取心分析化驗(yàn)完成整體探測(cè)，完成更加針對(duì)富油煤層、從煤層精細(xì)探測(cè)到富油煤精準(zhǔn)“提取”的全過(guò)程。

在綜合勘查、多維立體勘查技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高勘查鉆孔資料利用率、地震勘探精度；借助計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)和空間地理信息系統(tǒng)平臺(tái)，推動(dòng)常規(guī)煤炭地質(zhì)勘查向數(shù)字勘查、信息化勘查邁進(jìn)；查明富油煤的分布、厚度變化、焦油產(chǎn)率等指標(biāo)，提升富油煤資源整體勘查程度，為科學(xué)有序開(kāi)發(fā)工作提供堅(jiān)實(shí)支撐。

（二）高回采率開(kāi)采技術(shù)

我國(guó)煤炭資源回收率平均為40%，距離世界先進(jìn)水平的80%以上差距明顯，特別是小煤礦的回收率更低[23]。目前，富油煤并未作為特殊煤種而采取專(zhuān)門(mén)的開(kāi)采方法，采出率同樣不高，不利于發(fā)揮所蘊(yùn)含油氣資源的價(jià)值。

高回采率開(kāi)采要求對(duì)礦區(qū)富油煤資源進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，合理布局開(kāi)發(fā)時(shí)序與方法，采取專(zhuān)門(mén)的開(kāi)采技術(shù)，以此提高煤炭回采率（見(jiàn)圖2）。在規(guī)劃礦井時(shí)選擇合理的開(kāi)采方案，降低設(shè)計(jì)損失；減少工業(yè)廣場(chǎng)的煤柱，減少防水煤柱的數(shù)量；優(yōu)化采區(qū)的設(shè)計(jì)方案，合理布置采區(qū)巷道。在采區(qū)煤層地質(zhì)條件允許的條件下，加大采區(qū)工作面的傾斜長(zhǎng)度，減少采區(qū)工作面的階段煤柱；合理布置工作面，盡量減少三角煤和斷層造成的損失[23]。

（三）井下原位熱解技術(shù)

井下原位熱解指將熱量導(dǎo)入地下煤層并對(duì)其直接加熱，在煤炭的固態(tài)有機(jī)質(zhì)受熱發(fā)生裂解后，將產(chǎn)生的液態(tài)和氣態(tài)有機(jī)質(zhì)抽取至地面進(jìn)行處理加工的過(guò)程[24,25]。通過(guò)富油煤的原位熱解，直接提取油氣組分，將煤炭中的大部分碳留在地下殘焦中，由此實(shí)現(xiàn)“取氫留碳”。深部煤炭原位熱解技術(shù)方案[26]，采用水平井中的電磁感應(yīng)加熱管、微波加熱管進(jìn)行加熱，通過(guò)高溫?zé)釟獯偈沟叵旅禾堪l(fā)生熱解反應(yīng)，利用垂直布設(shè)的抽采井將裂解形成的液態(tài)和氣態(tài)有機(jī)物抽到地表；煤炭原位流態(tài)化開(kāi)采技術(shù)方案研究[27]提出了深部原位流態(tài)化開(kāi)采的采動(dòng)巖體力學(xué)等理論、煤炭深部原位流態(tài)化開(kāi)采的發(fā)展路線，為開(kāi)展富油煤井下原位熱解提供了借鑒。

需要進(jìn)一步研究大功率電加熱、過(guò)熱蒸汽加熱、井下小型核反應(yīng)堆加熱等技術(shù)，形成地下富油煤熱反應(yīng)場(chǎng)?？梢耘c礦區(qū)可再生能源進(jìn)行耦合利用，應(yīng)用可再生能源進(jìn)行井下加熱，進(jìn)一步減少化石能源使用量。

圖2 高回采率開(kāi)采技術(shù)構(gòu)成

（四）熱解氣化一體化技術(shù)

在碳中和目標(biāo)下，富油煤地面熱解氣化一體化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)煤炭分級(jí)、分質(zhì)轉(zhuǎn)化利用，提高能源利用效率的重要途徑，正成為富油煤清潔高效利用的發(fā)展方向。

熱解氣化一體化技術(shù)可以分為熱解-氣化一體化、熱解-發(fā)電-化學(xué)一體化等方式[6]。陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研發(fā)的萬(wàn)噸級(jí)粉煤熱解-氣化一體化技術(shù)，創(chuàng)造性地將粉煤熱解、半焦氣化結(jié)合在同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)，生產(chǎn)煤焦油、合成氣兩種基礎(chǔ)化工原料，煤焦油收率可超過(guò)15%；能夠有效解決傳統(tǒng)煤加工利用過(guò)程中焦油收率低、熱解半焦利用難、環(huán)境污染嚴(yán)重等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，具有焦油收率高、能源轉(zhuǎn)化效率高、工藝設(shè)備集成先進(jìn)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為富油煤地面熱解-氣化一體化應(yīng)用提供了新思路。

我國(guó)需要加快突破中低溫?zé)峤庥蜌馀c熱解粉焦的高溫氣固在線分離、油塵分離等技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)富油煤熱解氣化的規(guī)?；爱a(chǎn)業(yè)化。

（五）原位熱解半焦CO2封存技術(shù)

采取原位熱解方式，可以最大限度地提取富油煤中的油氣資源并將半焦留存地下，直接支持碳達(dá)峰、碳中和發(fā)展目標(biāo)。富油煤在井下原位熱解后形成了發(fā)達(dá)的孔縫結(jié)構(gòu)空間，大量熱解產(chǎn)物產(chǎn)出使半焦形成以中孔、大孔為主的孔隙結(jié)構(gòu)；在“取氫留碳”的基礎(chǔ)上，可將CO2注入熱解半焦層進(jìn)行永久封存。與常規(guī)煤炭CO2封存方法相比，該技術(shù)為CO2吸附提供了良好的封存空間，對(duì)蓋層擾動(dòng)也較小，封存的穩(wěn)定性、安全性較高，是固碳、減碳的新手段。

富油煤的井下原位熱解與CO2封存尚處于前期探索階段，面臨諸多認(rèn)識(shí)瓶頸和技術(shù)挑戰(zhàn)。CO2封存空間形成與調(diào)控、封存潛力評(píng)價(jià)、封存地質(zhì)條件選址與密閉性評(píng)價(jià)、地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)等基礎(chǔ)問(wèn)題與應(yīng)用技術(shù)仍需深入研究。在開(kāi)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，據(jù)此高效實(shí)施油氣熱解提取和CO2吸附空間調(diào)控，實(shí)現(xiàn)半焦層CO2物理吸附儲(chǔ)集，將擴(kuò)大CO2封存規(guī)模、提高長(zhǎng)期封存穩(wěn)定性[28]。

六、促進(jìn)西部地區(qū)富油煤開(kāi)發(fā)利用的措施建議

（一）將富油煤納入非常規(guī)油氣資源管理

富油煤是集煤、油、氣屬性于一體的煤基油氣資源，建議將富油煤作為非常規(guī)油氣資源納入戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源范疇。針對(duì)富油煤的油氣資源屬性，開(kāi)展富油煤油氣資源開(kāi)發(fā)潛力綜合評(píng)價(jià)；將富油煤勘查相關(guān)要求納入《中華人民共和國(guó)礦產(chǎn)資源法》修訂內(nèi)容，為推進(jìn)富油煤開(kāi)發(fā)利用提供高層級(jí)的依據(jù)和保障；按照優(yōu)先生產(chǎn)油氣的原則開(kāi)發(fā)利用富油煤資源，開(kāi)發(fā)規(guī)模可不受煤炭產(chǎn)能限制，利用規(guī)模可不計(jì)入燃煤總量控制范圍。

（二）合理加大富油煤開(kāi)發(fā)利用科技攻關(guān)力度

攻關(guān)富油煤資源勘查、開(kāi)發(fā)、轉(zhuǎn)化關(guān)鍵核心技術(shù)，加快形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)體系，為富油煤的規(guī)模化開(kāi)發(fā)利用提供科技支撐。一是加強(qiáng)國(guó)家級(jí)富油煤開(kāi)發(fā)利用研發(fā)中心和試驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)，推進(jìn)富油煤形成機(jī)理、熱解溫度場(chǎng)控制、焦油回收率提高、地下原位熱解大功率加熱等勘探開(kāi)發(fā)利用理論與技術(shù)攻關(guān)；二是推動(dòng)建立以企業(yè)為主體、“產(chǎn)學(xué)研用”相結(jié)合的富油煤開(kāi)發(fā)利用技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)，形成西部地區(qū)富油煤開(kāi)發(fā)利用創(chuàng)新聯(lián)盟。

（三）設(shè)立富油煤開(kāi)發(fā)利用國(guó)家級(jí)示范區(qū)

建議選擇富油煤資源總量豐富，開(kāi)采地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單的陜西省榆林市礦區(qū)，設(shè)立國(guó)家級(jí)富油煤產(chǎn)業(yè)發(fā)展示范區(qū)，納入國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)范圍。支持示范區(qū)建設(shè)富油煤原位開(kāi)采和大規(guī)模熱解生產(chǎn)油氣示范工程，突破富油煤原位熱解大功率加熱裝置、煤層致裂增滲提高導(dǎo)熱性能裝置、單臺(tái)百萬(wàn)噸以上熱解裝置溫度控制技術(shù)等瓶頸，推動(dòng)富油煤大規(guī)模、高效率生產(chǎn)油氣技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)原位熱解生產(chǎn)油氣實(shí)現(xiàn)“0到1”的突破。

（四）推動(dòng)西部地區(qū)新能源和富油煤協(xié)同開(kāi)發(fā)

西部地區(qū)風(fēng)、光資源豐富，富油煤分布范圍廣、資源總量大，實(shí)施新能源和富油煤協(xié)同開(kāi)發(fā)的條件得天獨(dú)厚。建議借鑒國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖油開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，支持發(fā)展基于風(fēng)能/光伏的大功率電加熱、煤層增滲導(dǎo)熱、熱解油氣保溫防堵輸送等技術(shù)，開(kāi)展西部地區(qū)富油煤原位熱解工程試驗(yàn)。富油煤是煤基油氣資源，可比照頁(yè)巖氣等非常規(guī)油氣資源的開(kāi)發(fā)利用補(bǔ)貼政策，研究制定相應(yīng)的稅收激勵(lì)政策，同時(shí)鼓勵(lì)地方對(duì)富油煤利用企業(yè)按油氣生產(chǎn)量進(jìn)行財(cái)政補(bǔ)貼。