“双碳”目标下的煤矿绿色发展道路分析

魏海青　翟武杰

摘要：中国力争于2030年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。面对双碳目标，煤炭行业何去何从，当下该做出怎样的响应？笔者从地热能源综合利用与煤—热共采、采空沉陷区利用等方面结合彬长矿区实际对煤矿绿色低碳发展进行分析。

关键词：双碳;绿色发展;地热能源综合利用

0 引言

彬长矿区位于陕西省咸阳市境内，煤炭资源储量丰富，灾害多元复杂，水、火、瓦斯、煤尘、冲击地压、地热等各类灾害并存，严重制约着矿井的高质量发展。在“双碳”这一历史课题面前，如何将灾害转化为资源，成了摆在彬长矿区面前的一道关键考题，笔者结合彬长矿区实际对煤矿绿色低碳发展进行分析。

1 地热能源综合利用与煤—热共采

彬长矿区煤层埋藏深度一般在500～800m，地热资源丰富，井下平均地温梯度为3.76℃/100m，属高温类，煤系地层平均为5.24℃/100m，多数地区为一级、二级热害区，夏季回采工作面温度高达30℃，部分矿井甚至超过30℃，为解决地热对矿井生产造成的影响，通常采用局部机械制冷降温、冰块物理降温等手段，同时采取缩短热害岗位时间、发放透气工作服和降温药品等方法，丰富的地热能源没有得到充分利用。在“双碳”目标下，在生产优质高效煤炭的同时，如何降低能耗，将热害转变为热能，综合开发地热能源对实现“出煤不用煤”显得极为重要。

1.1采煤工作面端头封堵隔热降温

积极研制新型发泡粉煤灰填充材料，通过采煤工作面端头“上封下堵”充填泡沫混凝土，减少采空区漏风及热量向工作面逸散，从而减少工作面热量补给。对工作面下端头进行封堵，减少工作面漏風，削弱采空区遗煤缓慢氧化产热和气体流动;对工作面上隅角进行封堵，减少采空区热量逸散到工作空间。同时，尽量封堵支架后部，减小气流从支架间隙漏进采空区。通过综合技术措施，实现“上封下堵中挡”，减少工作面向采空区漏风，阻止采空区热量向工作面散逸。

1.2巷道围岩隔热降温

工作面风流流经的巷道围岩不断向巷道内散发热量，被带到采煤工作面，形成热污染，提高了工作面进风温度。积极研制适合矿区的岩体隔热材料，研发巷道围岩复合阻热圈隔热技术，通过向巷道围岩表面和内部喷注隔热材料，以限制围岩内部的热量向巷道风流中传递，降低工作面温度进风温度，形成隔热降温技术。[1]

1.3钻孔及埋管采热利用

结合彬长矿区高地温的实际情况，以及工作面前方需要大量钻孔抽采瓦斯及防冲卸压，在钻孔中注入冷水循环，吸收煤岩热量，获得热水。此外，还可以在采空区埋设U形管，参与采空区余热循环，采出采空区余热。工作面前方煤岩热量和采空区余热开采，不仅可以采出部分煤岩热量，而且减少了工作面煤壁散热和采空区散热，为工作面降温创造有利条件，具有明显的及节能减排综合效益。

1.4地热能源制冷降温

利用地热水为热源提供的热能为动力，通过水源热泵实现矿井水热能利用。在夏季煤矿地面建筑物温度高，而使用的水源温度低，通过相应的技术手段可以将建筑物中的热量转移到水源中，从而将过高的热量带走，达到给建筑物降温的目的;在冬季，则是利用热泵技术从水源中汲取能量，通过水或空气作为煤质将汲取的热量输送到建筑设施中。与空气热泵相比，水源热泵所排放污染物排相当于减少了40%以上，与电供暖相比，相当于减少30%以上，而且制冷剂比常规空调装置减少25%的充注量。热泵供应热量过程中不会产生任何污染物，且占用空间小，无需远距离传输从而减少了热量损耗。[2][3]

2 采空沉陷区利用

2.1沉陷区太阳能发电技术

彬长五对矿井有大面积的沉陷搬迁区，可充分利用沉陷区、工业广场、工业屋顶、生活区屋顶甚至废弃的矸石山等，建立光伏电站替代矿区现有能源消耗，有效降低生产成本，降低能耗、低碳应用也是实现“双碳”目标的重要途径。到2030年，全国风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上，届时风电、太阳能发电装机目标接近现有规模的3倍。[4]

2.2沉陷区植树造林

1997年通过的《京都议定书》承认森林碳汇对减缓气候变暖的贡献，并要求加强森林可持续经营和植被恢复及保护，允许通过开展造林、再造林碳汇项目用于抵消减排指标。由此可以预见，未来国内碳交易市场成熟后，林业碳汇指标将在未来成为一项长远投资项目，既可以积累碳信用指标，还能抵消一定量的碳排放。具体来说，对轻、中度沉陷区采取充填复垦，对于重度沉陷区则可以沿地形等高线根据高低起伏状况就是修建梯田，形成梯田景观。

2.3运用景观技术实施生态修复

通过合理选择湿地景观植物，综合考虑植物的习性、空间梯度分布、四季湿地景观的美观、财力等积极构造景观湿地，因地制宜地采用带状生态拦阻、线状生态拦阻、前置库生态拦阻和湿地净化萃取等模式，建设多元发展的人工湿地系统。以淮南市为例，淮南煤田探明产量占全省的70%，开采煤矿历史悠久，因此城市备受采煤沉陷区带来的困扰，淮南市通过大力实施生态修复工程、创新综合治理模式等措施对采煤沉陷区进行综合整治，在沉陷区建立了大通生态公园、十涧湖国家城市湿地公园和舜耕山绿化等工程，进行生态治理与恢复发展，不仅保护了环境，还有利于发展第三产业，促进经济发展。

2.4土地复垦与生态建设相结合

针对采煤沉陷区采用“挖深垫浅”“充填复垦”相结合，利用煤矸石、粉煤灰、劣质土等开采过程中产生的固体废物作为充填材料，通过边采边复的动态复垦方式，既能缩短复垦时间，又能最大限度地保护耕地资源。山西省作为全国唯一的采煤塌陷区治理试点省份，近几年重点推进尾矿、煤矸石、粉煤灰等工程填充及生态填充利用，按照废弃地整理、荒地重新复垦和建设农业生态园实行“三步走”，同时积极争取政府政策扶持，大力培育新型农业经营实体，实现产供销“一条龙”的规模经营，建设现代化生态庄园，融有机种植、养殖，集休闲、度假、采摘、游乐、餐饮等多功能配套设施为一体，将采空沉陷区变废为宝。

3 结术语

在“双碳”目标下，所有煤炭能源企业都处于同一起跑线上，如何在这一历史挑战下抓住机遇，必须要坚持走生态优先、绿色低碳、安全智能的高质量发展道路。一是要提高煤炭绿色智能化开采水平，二是解决煤矿重大事故灾害的防控问题，三是提高煤炭产品质量，推动煤炭清洁高效利用。原煤全部入洗是最大的节约，也是最有效的减排。出精煤，提高能效，减少用量，这是最经济的减排。环境不友好、安全条件差、煤质不好的煤矿，必定在“双碳”大潮之下率先退出。

参考文献：

[1]孙玉峰，李中才.地热能在矿山的应用途径和方法[J].矿业工程，2006（03）：48-50.

[2]刘红丽.浅谈水源热泵技术在煤矿中的综合应用[J].科技与企业，2014（15）：178.[3]周瑞.煤矿开采对水环境的影响及水资源保护对策[J].江西煤炭科技，2018（03）：194-196.

[4]杨晓玉，苏立宁.采煤沉陷区综合治理研究综述与展望[J].企业科技与发展，2019（05）：183-185+188.

作者简介：魏海青（1991-），男，陕西富平人，2016年6月毕业于河南理工大学采矿工程专业，助理工程师，现从事煤矿安全管理