基于功能性充填的CO_(2)储库构筑与封存方法探索

摘要

“30·60双碳”目标是事关人类命运共同体的重大战略决策,也是推进煤炭行业转型升级与高质量发展的风向标。煤炭作为高碳化石能源的提供者,在生产和消费过程中带来的大宗固废堆存、大型采空区形成和高碳排放等问题,是制约煤炭可持续开发利用与绿色健康发展的关键所在。秉持“变害为利”、“从哪来到哪去”原则,寻求资源高效回收、固废规模化处置、采空区再利用与CO_(2)封存的有机结合点,提出基于功能性充填的CO_(2)储库构筑与封存方法学术构想,探索“功能性充填材料制备→功能性充填与CO_(2)封存储库构筑→CO_(2)物理与化学协同封存→CO_(2)封存安全及环境风险评价”的CO_(2)封存新途径。具体开展工作包括:①创新了镁渣源头改性技术,研发了新型改性镁渣基矿用胶凝材料和CO_(2)封存用功能性充填材料;②提出了短-长壁充填无煤柱开采方法,初步构筑满足稳定性要求的CO_(2)封存空间,结合功能性充填理论与技术,进一步构筑满足密封性要求的CO_(2)封存储库,阐述了储库的结构及参数、工作原理;③提出了CO_(2)储库封存物理-化学协同技术途径,根据开采深度不同物理封存技术途径分为浅-中深部低压CO_(2)储库封存和深部超临界CO_(2)储层封存,揭示了碱性固废CO_(2)化学封存机制;④梳理了功能性充填的CO_(2)封存安全及环境风险评价指标体系,给出了CO_(2)封存安全性能及环境性能的评价方法。矿山功能性充填的CO_(2)封存技术的提出,为CO_(2)封存提供了新思路。基于封存材料、封存储库、封存机理与封存评价,形成了利用固废充填技术实现矿山CO_(2)封存的理论与技术构想。