煤矿负碳充填开采研究取得重要进展

近日，中国工程院院士谢和平及团队以深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室为第一单位，在国际著名期刊《国际岩石力学与采矿科学》上发表题为《煤炭开采碳中和的负碳充填开采技术：煤矸石矿化固碳性能》的研究论文，标志着负碳充填开采技术研究取得重要进展。

据介绍，充填开采技术历经5代研发创新，包括综合机械化固体充填技术、综合机械化膏体充填技术、长壁逐巷胶结充填技术、覆岩隔离注浆充填技术、井下采选充＋X技术等，如今已基本形成体系。

现有充填开采方法在突破资源、能源、环境和安全瓶颈的同时，面临着深部开采等新挑战。在传统充填开采方法上拓展固碳功能，实现二氧化碳安全封存、固废高效处置与煤矿安全开采的协调统一，是实现煤炭绿色健康发展的重要途径之一。变革充填材料与充填技术、拓展煤矿充填功能、提高充填附带价值的功能性必将成为引领充填开采技术进一步发展的主导力量。

据了解，以往的二氧化碳充填技术以优化矿化充填材料的制备工艺为主，缺少传统充填开采技术和多种二氧化碳封存方法相结合的负碳充填技术路径、二氧化碳充填全过程固碳特性及力学特性响应、二氧化碳与充填体共同作用下的覆岩变形与二氧化碳运移规律以及矿山充填固碳潜力评估等相关研究。

谢和平及团队创新提出两种全新的矸石高孔隙负碳充填开采和矸石矿化负碳充填开采技术思路，综合利用矿化、吸附、结构、溶解等二氧化碳固定方法，将传统充填体转变为负碳充填体，在井下充填的同时封存二氧化碳。

矸石高孔隙负碳充填开采是在充填支架后方混合煤矸石、快速胶凝材料与二氧化碳构筑高孔隙负碳充填体，充填的同时利用高孔隙负碳充填体的充足空隙空间与较大的比表面积实现二氧化碳物理与化学封存。矸石矿化负碳充填开采是采用直接矿化或间接矿化制备矿化充填材料，通过充填泵和充填管路输送至井下联络巷，进行逐巷胶结充填，同时实现二氧化碳稳定封存。

谢和平及团队在该研究中改良设计了密闭固碳搅拌反应釜，通过开展湿法搅拌固碳试验探究了煤矸石固废本身的固碳性能，分析了固碳性能与搅拌速度、反应温度、二氧化碳气压、固液比的相关程度，为负碳充填材料设计应用提供了理论支撑。

这一研究成果为实现矿山低碳、零碳、负碳的绿色开采目标提供了全新理论技术支撑。随着负碳充填开采技术的进一步发展，矸石高孔隙负碳充填和矸石矿化负碳充填开采技术应用前景将更加广阔。