• 论文
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
我国煤矿固、液、气“三废”地质封存研究现状与生态环境协同发展的关系
  • Title

    Relationship between the current status of research on geological storage of solid, liquid and gas wastes in coal mines and the coordinated development of the ecological environment in China

  • 作者

    赵康伍俊马超朱开成聂晶磊胡华龙

  • Author

    ZHAO Kang;WU Jun;MA Chao;ZHU Kaicheng;NIE Jinglei;HU Hualong

  • 单位

    生态环境部固体废物与化学品管理技术中心北京科技大学 土木与资源工程学院中煤国地控股有限公司

  • Organization
    Solids Waste and Chemicals Management Center, Ministry of Ecology and Environment
    School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing
    China Coal National Land Holding Co., Ltd.
  • 摘要

    我国是世界上受煤矿“三废”(固、液、气)环境污染非常严重的国家,在“三废”利用处理上开展了大量深入的研究和实践,但依然存在标准规范不完善、处理规模小和技术不健全等诸多问题。为了解决我国煤矿大规模“三废”低成本地质封存与生态环境协同发展问题,在国外关于地质封存定义的基础上,对我国地质封存的内涵进行了扩展;分析了“三废”地质封存研究进展和现状;梳理了国内外“三废”地质封存相关文献和专利发表情况;提出了我国开展“三废”地质封存面临的问题和进一步发展的建议;指出了我国“三废”地质封存面临的主要问题是环境领域的标准规范不健全,尤其是废液深井灌注方面的标准广泛缺失。通过系统研究表明:国内研究机构对“三废”地质封存领域的研究日益重视,研究成果在国际上占比较高;我国煤矿“三废”地质封存及生态环境协同发展意识和体系正在形成,但针对大规模“三废”地质封存、煤矿开采全周期“三废”地质封存循环系统、CO2捕集利用封存(CCUS)技术与生态环境之间的协同发展关系方面的研究成果支撑不足,严重制约地质封存的理念、技术和工程的大规模实施应用。我国应尽快加强煤矿“三废”地质封存技术与生态环境协同发展方面的科技研发,通过建立完善标准规范、加大技术研发和加强环境监管等措施,推动我国煤矿绿色和可持续发展,助力我国“双碳”目标尽早实现。

  • Abstract

    China is a country in the world with the serious environmental pollution of coal mine “three wastes” (solid, liquid, gas). A lot of in-depth research and practice has been carried out on the utilization and treatment of “three wastes”. However, there are still many problems such as imperfect standards and norms, small scale of treatment and unsound technology. In order to solve the problem of synergistic development of low-cost geological storage of large-scale “three wastes” and ecological environment in China’s coal mines, on the basis of the definition of geological storage in other countries, the connotation of geological storage in China has been expanded. The progress and current status of research on the geological storage of “three wastes” are analyzed. Literature and patents related to the geological storage of “three wastes” at home and abroad are reviewed. The problems faced by China in carrying out the geological storage of “three wastes” and the suggestions for further development are put forward. It is pointed out that the main problem faced by the geological storage of “three wastes” in China is the inadequacy of the standards and regulations in the field of environment, especially the extensive lack of standards for the deep-well injection of waste liquids. The systematic research has shown that the research institutions in China are paying increasing attention to research in the field of the geological storage of the “three wastes”, and that the results of the research account for a high percentage of research in the world. China’s coal mine “three wastes” geological storage and ecological environment synergistic development awareness and system is being formed. However, there is insufficient support for research on the large-scale geological storage of “three wastes”, the cyclic system of geological storage of “three wastes” in the whole cycle of coal mining, and the synergistic relationship between CO2 capture, utilization and storage (CCUS) technology and the ecological environment. This seriously restricts the large-scale implementation and application of the concepts, technologies and projects of geological storage. China should expeditiously strengthen the scientific and technological research and development of coal mine “three wastes” geological storage technology and ecological environment synergistic development. Through the establishment of improved standards and norms, increased technological research and development, and strengthened environmental supervision and other measures, the green and sustainable development in China’s coal mines is promoted, helping the China’s “dual-carbon” goal to be realized.

  • 关键词

    煤矿三废(固、液、气)地质封存生态环境协同发展绿色矿山

  • KeyWords

    coal mine;three wastes (solid, liquid, gas);geological sequestration;ecological environment;coordinated development;green mine

  • 基金项目(Foundation)
    中国科学技术协会2022年十大工程技术难题资助项目; 国家自然科学基金资助项目(52374138); 黄河流域生态保护和高质量发展联合研究(第1期)资助项目(2022-YRUC-01-0306)
  • DOI
  • 引用格式
    赵康,伍俊,马超,等. 我国煤矿固、液、气“三废”地质封存研究现状与生态环境协同发展的关系[J]. 煤炭学报,2024,49(6):2785−2798.
  • Citation
    ZHAO Kang,WU Jun,MA Chao,et al. Relationship between the current status of research on geological storage of solid, liquid and gas wastes in coal mines and the coordinated development of the ecological environment in China[J]. Journal of China Coal Society,2024,49(6):2785−2798.
  • 图表

    Table1

    全球发文量前20研究机构分布情况
    排序 笔者机构 论文数量/篇 国家/地区
    1 中国矿业大学 2 331 中国
    2 中国科学院 1 602 中国
    3 华中科技大学 746 中国
    4 浙江大学 646 中国
    5 清华大学 578 中国
    6 印度理工大学 464 印度
    7 印度科学工业研究理事会 454 印度
    8 中国科学院大学 348 中国
    9 最高科研理事会 313 西班牙
    10 西安交通大学 252 中国
    11 东南大学 246 中国
    12 美国能源部 243 美国
    13 哈尔滨工业大学 235 中国
    14 肯塔基大学 222 美国
    15 中国科学院煤化学研究所 217 中国
    16 华北电力大学 207 中国
    17 克拉科夫矿冶大学 206 波兰
    18 中国地质大学 198 中国
    19 西班牙国家研究理事会 198 西班牙
    20 北京科技大学 189 中国

    Table2

    中国发文量前10研究机构分布情况
    排序 笔者机构 论文数量/篇
    1 中国矿业大学 2331
    2 中国科学院 1602
    3 华中科技大学 746
    4 浙江大学 646
    5 清华大学 578
    6 中国科学院大学 348
    7 西安交通大学 252
    8 东南大学 246
    9 哈尔滨工业大学 235
    10 中国科学院煤化学研究所 217

    Table3

    煤矿“三废”地质封存及生态环境协同发展领域论文各出版物发文量分布情况
    排序 出版来源 发文数量/篇 出版物类别 国家/地区
    1 FUEL 燃料 1506 期刊 英国
    2 ENERGY & FUELS 能源和燃料 944 期刊 美国
    3 JOURNAL OF HAZARDOUS MATERIALS 危险材料杂志 536 期刊 荷兰
    4 WASTE MANAGEMENT 废物管理 521 期刊 美国
    5 FUEL PROCESSING TECHNOLOGY 燃料加工技术 486 期刊 荷兰
    6 CONSTRUCTION AND BUILDING MATERIALS 建筑和建筑材料 403 期刊 英国
    7 INTERNATIONAL JOURNAL OF COAL GEOLOGY 国际煤炭地质学杂志 401 期刊 荷兰
    8 ENVIRONMENTAL SCIENCE AND POLLUTION RESEARCH 环境科学和污染研究 350 期刊 德国
    9 INTERNATIONAL JOURNAL OF COAL PREPARATION AND UTILIZATION 国际煤炭制备和利用杂志 336 期刊 美国
    10 CHEMOSPHERE 气候环境 334 期刊 英国
    11 JOURNAL OF CLEANER PRODUCTION 清洁生产杂志 333 期刊 美国
    12 ENERGY SOURCES PART A–RECOVERY UTILIZATION
    AND ENVIRONMENTAL EFFECTS
    能源A部分–
    回收利用和环境影响
    321 期刊 美国
    13 ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY 环境科学与技术 267 期刊 美国
    14 SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT 全面环境科学 221 期刊 荷兰
    15 POWDER TECHNOLOGY 粉末技术 220 期刊 瑞士
    16 ENERGY 能源 210 期刊 英国
    17 MINERALS 矿物质 189 期刊 瑞士
    18 MATERIALS 材料 179 期刊 瑞士
    19 JOURNAL OF THE ENERGY INSTITUTE 能源研究所杂志 147 期刊 英国
    20 BIORESOURCE TECHNOLOGY 生物资源技术 136 期刊 荷兰

    Table4

    引用次数排名前十的高被引论文情况
    排序 作者 标题 引用次数 发表时间 期刊 国家
    1 YAO等 A comprehensive review on the applications of coal fly ash 919 2015 Earth-Science Reviews 中国
    2 DAI等 Geochemistry of trace elements in Chinese coals: A review of abundances,
    genetic types, impacts on human health, and industrial utilization
    812 2012 International Journal of
    Coal Geology
    中国
    3 BLISSETT等 A review of the multi-component utilisation of coal fly ash 781 2012 Fuel 英国
    4 NIU等 Ash-related issues during biomass combustion: Alkali-induced slagging,
    silicate melt-induced slagging (ash fusion), agglomeration, corrosion, ash
    utilization, and related countermeasures
    553 2016 Progress in Energy and Combustion Science 中国
    5 IZQUIERDO等 Leaching behaviour of elements from coal combustion fly ash: An overview 486 2012 International Journal of
    Coal Geology
    英国
    6 ZHUANG等 Fly ash-based geopolymer: clean production, properties and applications 408 2016 Journal of Cleaner Production 中国
    7 CORDOBA Patricia Status of Flue Gas Desulphurisation (FGD) systems from coal-fired power
    plants: Overview of the physic-chemical control processes of wet
    limestone FGDs
    307 2015 Fuel 爱尔兰
    8 YAO等 A review of the alumina recovery from coal fly ash, with a focus in China 286 2014 Fuel 中国
    9 BUKHARI等 Conversion of coal fly ash to zeolite utilizing microwave and
    ultrasound energies: A review
    200 2015 Fuel 加拿大
    10 KLEINHANS等 Ash formation and deposition in coal and biomass fired combustion
    systems: Progress and challenges in the field of ash particle sticking
    and rebound behavior
    187 2018 Progress in Energy and Combustion Science 德国

    Table5

    煤矿“三废”地质封存及生态环境协同发展研究领域主题词频次分析
    序号 高频关键词 词频 序号 高频关键词 词频
    1 Water pollutants chemical 4 066 11 Metals heavy 829
    2 Waste disposal fluid 3 153 12 Refuse disposal 646
    3 Coal ash 3 078 13 Air pollutants 625
    4 Sewage 2 397 14 Industrial waste 587
    5 Water purification 1 864 15 Environmental monitoring 566
    6 Carbon 1 530 16 Water pollutants chemical 471
    7 Particulate matter 1 460 17 Soil pollutants 418
    8 Biodegradation environmental 1 302 18 Solid waste 417
    9 Adsorption 1 291 19 Hydrogen ion concentration 408
    10 Coal 1 224 20 Particle size 332

    Table6

    申请数量排名前10的专利申请人
    排名 申请人 专利数量/项
    1 中国矿业大学 205
    2 TAIHEIYO CEMENT CORP 71
    3 山东科技大学 65
    4 太原理工大学 49
    5 徐州中矿大贝克福尔科技股份有限公司 48
    6 西安科技大学 33
    7 KAWASAKI HEAVY IND LTD 27
    8 中国矿业大学(北京) 25
    9 BASF SE 23
    10 北京科技大学 20

    Table7

    申请数量排名前10的专利申请机构
    排名 申请人 专利数量
    1 中国矿业大学 205
    2 山东科技大学 65
    3 太原理工大学 49
    4 徐州中矿大贝克福尔科技股份有限公司 48
    5 西安科技大学 33
    6 中国矿业大学(北京) 25
    7 北京科技大学 20
    8 中国神华能源有限公司 17
    9 湖州霍里思特智能科技有限公司 16
    10 河南理工大学 15
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