魏海青　翟武杰

摘要：中國力爭于2030年前二氧化碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。面對雙碳目標，煤炭行業(yè)何去何從，當下該做出怎樣的響應？筆者從地熱能源綜合利用與煤—熱共采、采空沉陷區(qū)利用等方面結(jié)合彬長礦區(qū)實際對煤礦綠色低碳發(fā)展進行分析。

關鍵詞：雙碳;綠色發(fā)展;地熱能源綜合利用

0 引言

彬長礦區(qū)位于陜西省咸陽市境內(nèi)，煤炭資源儲量豐富，災害多元復雜，水、火、瓦斯、煤塵、沖擊地壓、地熱等各類災害并存，嚴重制約著礦井的高質(zhì)量發(fā)展。在“雙碳”這一歷史課題面前，如何將災害轉(zhuǎn)化為資源，成了擺在彬長礦區(qū)面前的一道關鍵考題，筆者結(jié)合彬長礦區(qū)實際對煤礦綠色低碳發(fā)展進行分析。

1 地熱能源綜合利用與煤—熱共采

彬長礦區(qū)煤層埋藏深度一般在500～800m，地熱資源豐富，井下平均地溫梯度為3.76℃/100m，屬高溫類，煤系地層平均為5.24℃/100m，多數(shù)地區(qū)為一級、二級熱害區(qū)，夏季回采工作面溫度高達30℃，部分礦井甚至超過30℃，為解決地熱對礦井生產(chǎn)造成的影響，通常采用局部機械制冷降溫、冰塊物理降溫等手段，同時采取縮短熱害崗位時間、發(fā)放透氣工作服和降溫藥品等方法，豐富的地熱能源沒有得到充分利用。在“雙碳”目標下，在生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效煤炭的同時，如何降低能耗，將熱害轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，綜合開發(fā)地熱能源對實現(xiàn)“出煤不用煤”顯得極為重要。

1.1采煤工作面端頭封堵隔熱降溫

積極研制新型發(fā)泡粉煤灰填充材料，通過采煤工作面端頭“上封下堵”充填泡沫混凝土，減少采空區(qū)漏風及熱量向工作面逸散，從而減少工作面熱量補給。對工作面下端頭進行封堵，減少工作面漏風，削弱采空區(qū)遺煤緩慢氧化產(chǎn)熱和氣體流動;對工作面上隅角進行封堵，減少采空區(qū)熱量逸散到工作空間。同時，盡量封堵支架后部，減小氣流從支架間隙漏進采空區(qū)。通過綜合技術措施，實現(xiàn)“上封下堵中擋”，減少工作面向采空區(qū)漏風，阻止采空區(qū)熱量向工作面散逸。

1.2巷道圍巖隔熱降溫

工作面風流流經(jīng)的巷道圍巖不斷向巷道內(nèi)散發(fā)熱量，被帶到采煤工作面，形成熱污染，提高了工作面進風溫度。積極研制適合礦區(qū)的巖體隔熱材料，研發(fā)巷道圍巖復合阻熱圈隔熱技術，通過向巷道圍巖表面和內(nèi)部噴注隔熱材料，以限制圍巖內(nèi)部的熱量向巷道風流中傳遞，降低工作面溫度進風溫度，形成隔熱降溫技術。[1]

1.3鉆孔及埋管采熱利用

結(jié)合彬長礦區(qū)高地溫的實際情況，以及工作面前方需要大量鉆孔抽采瓦斯及防沖卸壓，在鉆孔中注入冷水循環(huán)，吸收煤巖熱量，獲得熱水。此外，還可以在采空區(qū)埋設U形管，參與采空區(qū)余熱循環(huán)，采出采空區(qū)余熱。工作面前方煤巖熱量和采空區(qū)余熱開采，不僅可以采出部分煤巖熱量，而且減少了工作面煤壁散熱和采空區(qū)散熱，為工作面降溫創(chuàng)造有利條件，具有明顯的及節(jié)能減排綜合效益。

1.4地熱能源制冷降溫

利用地熱水為熱源提供的熱能為動力，通過水源熱泵實現(xiàn)礦井水熱能利用。在夏季煤礦地面建筑物溫度高，而使用的水源溫度低，通過相應的技術手段可以將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到水源中，從而將過高的熱量帶走，達到給建筑物降溫的目的;在冬季，則是利用熱泵技術從水源中汲取能量，通過水或空氣作為煤質(zhì)將汲取的熱量輸送到建筑設施中。與空氣熱泵相比，水源熱泵所排放污染物排相當于減少了40%以上，與電供暖相比，相當于減少30%以上，而且制冷劑比常規(guī)空調(diào)裝置減少25%的充注量。熱泵供應熱量過程中不會產(chǎn)生任何污染物，且占用空間小，無需遠距離傳輸從而減少了熱量損耗。[2][3]

2 采空沉陷區(qū)利用

2.1沉陷區(qū)太陽能發(fā)電技術

彬長五對礦井有大面積的沉陷搬遷區(qū)，可充分利用沉陷區(qū)、工業(yè)廣場、工業(yè)屋頂、生活區(qū)屋頂甚至廢棄的矸石山等，建立光伏電站替代礦區(qū)現(xiàn)有能源消耗，有效降低生產(chǎn)成本，降低能耗、低碳應用也是實現(xiàn)“雙碳”目標的重要途徑。到2030年，全國風電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達到12億千瓦以上，屆時風電、太陽能發(fā)電裝機目標接近現(xiàn)有規(guī)模的3倍。[4]

2.2沉陷區(qū)植樹造林

1997年通過的《京都議定書》承認森林碳匯對減緩氣候變暖的貢獻，并要求加強森林可持續(xù)經(jīng)營和植被恢復及保護，允許通過開展造林、再造林碳匯項目用于抵消減排指標。由此可以預見，未來國內(nèi)碳交易市場成熟后，林業(yè)碳匯指標將在未來成為一項長遠投資項目，既可以積累碳信用指標，還能抵消一定量的碳排放。具體來說，對輕、中度沉陷區(qū)采取充填復墾，對于重度沉陷區(qū)則可以沿地形等高線根據(jù)高低起伏狀況就是修建梯田，形成梯田景觀。

2.3運用景觀技術實施生態(tài)修復

通過合理選擇濕地景觀植物，綜合考慮植物的習性、空間梯度分布、四季濕地景觀的美觀、財力等積極構(gòu)造景觀濕地，因地制宜地采用帶狀生態(tài)攔阻、線狀生態(tài)攔阻、前置庫生態(tài)攔阻和濕地凈化萃取等模式，建設多元發(fā)展的人工濕地系統(tǒng)。以淮南市為例，淮南煤田探明產(chǎn)量占全省的70%，開采煤礦歷史悠久，因此城市備受采煤沉陷區(qū)帶來的困擾，淮南市通過大力實施生態(tài)修復工程、創(chuàng)新綜合治理模式等措施對采煤沉陷區(qū)進行綜合整治，在沉陷區(qū)建立了大通生態(tài)公園、十澗湖國家城市濕地公園和舜耕山綠化等工程，進行生態(tài)治理與恢復發(fā)展，不僅保護了環(huán)境，還有利于發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，促進經(jīng)濟發(fā)展。

2.4土地復墾與生態(tài)建設相結(jié)合

針對采煤沉陷區(qū)采用“挖深墊淺”“充填復墾”相結(jié)合，利用煤矸石、粉煤灰、劣質(zhì)土等開采過程中產(chǎn)生的固體廢物作為充填材料，通過邊采邊復的動態(tài)復墾方式，既能縮短復墾時間，又能最大限度地保護耕地資源。山西省作為全國唯一的采煤塌陷區(qū)治理試點省份，近幾年重點推進尾礦、煤矸石、粉煤灰等工程填充及生態(tài)填充利用，按照廢棄地整理、荒地重新復墾和建設農(nóng)業(yè)生態(tài)園實行“三步走”，同時積極爭取政府政策扶持，大力培育新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營實體，實現(xiàn)產(chǎn)供銷“一條龍”的規(guī)模經(jīng)營，建設現(xiàn)代化生態(tài)莊園，融有機種植、養(yǎng)殖，集休閑、度假、采摘、游樂、餐飲等多功能配套設施為一體，將采空沉陷區(qū)變廢為寶。

3 結(jié)術語

在“雙碳”目標下，所有煤炭能源企業(yè)都處于同一起跑線上，如何在這一歷史挑戰(zhàn)下抓住機遇，必須要堅持走生態(tài)優(yōu)先、綠色低碳、安全智能的高質(zhì)量發(fā)展道路。一是要提高煤炭綠色智能化開采水平，二是解決煤礦重大事故災害的防控問題，三是提高煤炭產(chǎn)品質(zhì)量，推動煤炭清潔高效利用。原煤全部入洗是最大的節(jié)約，也是最有效的減排。出精煤，提高能效，減少用量，這是最經(jīng)濟的減排。環(huán)境不友好、安全條件差、煤質(zhì)不好的煤礦，必定在“雙碳”大潮之下率先退出。

參考文獻：

[1]孫玉峰，李中才.地熱能在礦山的應用途徑和方法[J].礦業(yè)工程，2006（03）：48-50.

[2]劉紅麗.淺談水源熱泵技術在煤礦中的綜合應用[J].科技與企業(yè)，2014（15）：178.[3]周瑞.煤礦開采對水環(huán)境的影響及水資源保護對策[J].江西煤炭科技，2018（03）：194-196.

[4]楊曉玉，蘇立寧.采煤沉陷區(qū)綜合治理研究綜述與展望[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2019（05）：183-185+188.

作者簡介：魏海青（1991-），男，陜西富平人，2016年6月畢業(yè)于河南理工大學采礦工程專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)從事煤礦安全管理