“碳达峰、碳中和”系列研究成果_中国煤炭行业知识服务平台

“碳达峰、碳中和”系列研究成果

来源：煤田地质与勘探

煤矿区碳排放构成了中国碳排放总量中最重要的部分，开展煤矿区碳排放量系统评价和减排路径的综合分析、做好煤基碳减排和煤炭高效洁净低碳化利用是实现“碳达峰、碳中和”国家双碳目标的重要途径，也是落实我国“双碳”愿景的具体行动。近几年，相关技术专家及其团队开展系列研究，《煤田地质与勘探》遴选典型成果，以期促进同行交流。

行业视野: 环境保护
类别; 31个
关键词; 25位
专家; 7篇
论文; 9559IP
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煤矿区碳排放的确认和低碳绿色发展途径研究

作者(Author)：王猛, 马如英, 代旭光, 单雅迪

摘要：开展煤矿区碳排放的系统评价和减排路径的综合分析，是落实我国碳达峰与碳中和愿景的具体行动。针对煤矿区碳排放源边界不清、核算模型缺乏及碳中和背景下发展方向等问题开展分析。通过文献查阅、资料收集等方法，厘清煤矿区碳排放源边界，并建立碳排放量核算模型，明确煤矿区低碳绿色发展方向。结果表明：煤矿区碳排放(CH4和CO2)来源可划分为自然排放和人为排放两大类，并细分为5种类型，针对不同碳排放源提出相应的数学模型；同时煤矿区要加大节能和低碳技术的投入，提高综合资源的利用程度和瓦斯的监测力度，加强绿色矿山修复和建设，积极参与碳市场和碳排放权交易及培育适应市场的管理模式等一系列措施，逐步实现低碳、绿色产业体系；此外，煤矿相关单位应高瞻远瞩，深入分析并发挥政府的低碳环保政策的作用，与相关高校加强合作，在我国碳减排目标下，大力推动煤制氢技术的发展，突破CO2-ECBM和CCUS关键技术中的运输、封存选址、安全稳定性评价、成本降低等瓶颈问题，以期在双碳背景下碳减排过程中实现经济、环保双重效益。

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煤田地质与勘探

2021年第05期

586

174
超临界CO2注入煤层对顶板岩石纵波速度及力学响应特征研究

作者(Author)：陈晨, 何邢益, 牛庆合, 于洪旭, 解翔宇

摘要：深部煤层CO2地质封存与CH4强化开采(CO2–ECBM)技术在提高煤层气采收率的同时可实现碳减排，具有能源和环境双重效益。超临界CO2(ScCO2)、水和煤层顶板之间的地球化学反应可改变其物理力学性质，增加CO2泄漏的风险。以沁水盆地胡底煤矿3号煤层顶板岩石为研究对象，开展“ScCO2–水–岩”地球化学反应模拟实验，探讨CO2煤层封存条件下ScCO2–水–顶板岩样地球化学反应过程及其对岩石纵波速度和力学性质的影响。结果表明：ScCO2–水–岩之间化学溶蚀反应造成岩样Ca、Mg元素显著降低，促使岩样表面形成孤立状溶蚀孔，并随着反应时间的持续，进而形成大量的“溶蚀坑”和“溶蚀缝”；增加了岩样结构不连续性，使得声波传播路径增大、能量损失加剧，导致纵波波速降低；ScCO2–水–岩反应后岩样的峰值强度和弹性模量降低，泊松比升高，且三者之间的变化率与反应时间之间呈现Logistic函数的变化关系。对于胡底煤矿而言，ScCO2–水–岩反应过程中顶板力学性质的弱化不足以造成盖层的破裂和CO2泄漏，但在评价煤层CO2封存安全性时，还应考虑煤层吸附膨胀应力对顶板的影响。

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煤田地质与勘探

2021年第05期

386

165
煤基CO2地质封存对顶板裂缝导流能力影响实验研究

作者(Author)：朱世良, 邵丽伟, 周效志, 曹煜彤, 张琨, 王建东

摘要：煤基CO2地质封存是温室气体减排的重要方式，但也存在地下CO2泄露的安全风险。为了评估煤基CO2地质封存的安全性，采集沁水盆地南部胡底矿3号煤顶板泥质粉砂岩样品，模拟实验研究“CO2-H2O-岩”反应中柱状试样人工裂缝形貌、全岩矿物组成与CO2导流能力变化。结果表明：方解石脉溶蚀、次生矿物充填与外部有效应力共同影响试样裂缝导流能力。原始渗透率为0.016×10–3 μm2的低渗试样，方解石脉溶蚀导致实验前期渗透率升高；随着反应进行，有效应力主导下裂缝闭合，渗透率呈“先升后降”变化趋势；原始渗透率为3.785×10–3 μm2的高渗试样，H2CO3不断溶蚀裂缝壁面长石等矿物，并产生高岭石等次生矿物混合充填于裂缝中，使渗透率持续降低。煤基CO2地质封存过程中，较高的注入压力导致顶板产生人工裂缝；CO2注入施工结束后，次生矿物充填及有效应力增大使裂缝导流能力快速下降，因此，煤中封存CO2沿顶板裂缝长期泄露的风险较低。

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煤田地质与勘探

2021年第03期

854

286
论煤地质学与碳中和

作者(Author)：桑树勋, 王冉, 周效志, 黄华州, 刘世奇, 韩思杰

摘要：煤基碳排放构成了中国碳排放总量中最重要的部分，做好煤基碳减排和煤炭高效洁净低碳化利用是实现“碳中和”国家目标的重要途径，碳中和背景下的煤地质学发展值得关注。系统评述与碳中和相关的煤地质学研究领域，分析煤地质学在碳中和研究与工程实践中的作用和应用前景，探讨碳中和背景下煤地质学的重要发展方向。取得以下认识：推进清洁煤地质研究、服务煤的高效洁净化燃烧，勘探开发煤系天然气低碳燃料、优化一次能源结构和化石能源结构，开展煤化工资源勘查与开发地质保障研究、推动煤炭的低碳能源转化和新型煤化工产业发展，深化瓦斯地质研究、提高煤矿瓦斯(井下)抽采率、控制煤矿瓦斯的大气排放和泄漏，研究煤层甲烷天然逸散和煤层自燃排放、控制煤层露头的天然排放，发展煤层CO2地质封存与煤层气强化开发(CO2-ECBM)技术、推动碳捕获、利用与封存(CCUS)技术发展及其在火力电厂烟气碳减排中的商业化应用，研究煤炭勘查企业的碳足迹、实现企业净零排放，是与煤地质学紧密相关的碳减排技术路径；其中煤层甲烷与煤系气高效勘探开发、深部煤层CO2-ECBM、煤层露头气体逸散与自燃发火控制、洁净煤地质与煤炭精细勘查是碳中和背景下煤地质学优先发展的重要领域。

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煤田地质与勘探

2021年第01期

573

227
CO₂注入对煤储层应力应变与渗透率影响的实验研究

作者(Author)：牛庆合, 曹丽文, 周效志

摘要：以沁水盆地成庄矿煤样为研究对象,利用实验室自主研发的CO2注入与煤层气强化开采实验模拟装置进行不同有效应力和CO2吸附压力下的煤岩渗透率测试。实验结果表明,煤岩的裂隙压缩系数受到CO2吸附的影响,初始状态下、亚临界CO2吸附和超临界CO2吸附煤样裂隙压缩系数分别为0.066、0.086和0.089。引起裂隙压缩系数改变的原因主要有两方面:CO2和煤中矿物反应提高了煤基质的不连续性;CO2软化了煤基质同时降低了煤岩的力学性质。利用考虑吸附应变以及内部膨胀系数的渗透率模型对实测渗透率进行拟合,发现有效应力和内部膨胀系数成正比。CO2吸附压力和有效应力的增大均提高了煤岩的内部膨胀系数,这影响了煤岩孔裂隙的开度,降低了煤储层的渗透率,并最终降低CO2在煤储层中的可注性。

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煤田地质与勘探

2018年第05期

697

180
二氧化碳地质存储与煤层气强化开发有效性研究述评

作者(Author)：桑树勋

摘要：煤层CO2地质存储与CH4强化开采（CO2-ECBM）技术融温室气体减排与化石新能源开发为一体,极具发展前景。CO2-ECBM技术有效性是经济性、长期性和安全性的基础和前提,建立深部煤层CO2-ECBM有效性理论和生产技术在中国的需求尤为迫切。中国、美国、英国、澳大利亚、日本等国家在该领域开展了大量实验模拟、数值模拟和工程探索研究。研究工作表明:CO2可注性、CO2封存机制与存储容量、CH4增产效果构成了CO2-ECBM有效性的核心内涵,其中CO2可注性更为关键;CO2注入时煤储层发生体积应变效应和地球化学反应效应,其导致的渗透率快速衰减与可注性变差制约着CO2-ECBM的有效性;CO2/CH4竞争吸附与置换是主要的CO2封存机制,地层条件下CO2/CH4竞争吸附与置换封存决定了有效存储容量的主体,对于超临界CO2,改进的吸附势模型（Modified D-R model）表征计算结果与实验模拟结果的拟合度最好;通过优化注入参数、间歇性注入、先压后注、与N2交替注入等方式可以提高深部煤层的CO2可注性,试验井组煤层气生产井可实现最高3.8倍的增产效果;沁水盆地深部无烟煤CO2-ECBM技术的有效性已得到实验室研究和工程试验的初步证实。中国科学家在持续开展和不断深化CO2-ECBM技术的研究工作,CO2-ECBM有效性的关键科学技术问题有望在中国得到破解。

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煤田地质与勘探

2018年第05期

6161

7379
徐州地区深部不可采煤层CO₂地质处置潜力分析

作者(Author)：宋革, 朱炎铭, 王阳, 丁毅

摘要：地下储存是降低大气中CO2含量以缓解温室效应的有效措施之一。在我国,深部不可开采煤层处置CO2显示出巨大的潜力。选择了徐州马庄煤矿的气煤做煤样,并对其进行等温吸附实验。结果表明,在相同条件(压力、温度、煤阶等)下煤对CO2的吸附量明显高于对CH4的吸附量,两者比值在2.68~3.26;吸附过程中,随着压力的升高,CO2/CH4的吸附量比值逐渐降低;CO2在含煤水中的离子反应所达到平衡的时间约为120 d。从而认为,徐州地区煤层在深度和位置适宜的情况下可以作为CO2地质处置的有利场所。

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煤田地质与勘探

2014年第04期

302

196

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