（1）提出了二氧化碳充填的理念，从碳汇能力评估角度将二氧化碳充填分为正碳充填、零碳充填和负碳充填3种类型。
（2）给出了碳封存量的计算方法，并从反应进程和孔隙结构变化角度分析了充填体强度的形成机理。
（3）提出了采用直接湿法矿化和间接矿化两种制备CO2充填材料的方法。
（4）界定了CO2充填中碳足迹及碳消纳的计算边界，给出了包括原料运输、充填料浆制备、井下注入与充填等过程中的碳足迹及碳消纳计算方法。
煤矿充填固碳理论基础与技术构想
刘浪1，方治余1，王双明2,3，高过斌4，张波1，赵玉娇1，朱梦博1，刘志超5，王晶钰1，周静1，李艳6，王美1，张小艳1，ZHOU Song7，贾奇锋1
1. 西安科技大学 能源学院
2. 西安科技大学 煤炭绿色开采地质研究院
3. 西安科技大学 地质与环境学院
4. 国能锦界能源有限责任公司
5. 武汉理工大学 材料科学与工程学院
6. 西安财经大学 商学院
7. CSIRO Energy, 10 Murray Dwyer Cct
在国家“双碳”目标背景下，如何减少煤炭行业的碳排放、实现碳封存已成为亟待解决的难题。煤炭行业作为高碳化石能源生产者和主体碳排放源提供者，在生产和消费过程中引发的大宗固废堆存、大型采空区形成和大量CO2排放是制约煤炭可持续开发利用与绿色健康发展的瓶颈所在。为协同解决二氧化碳封存与矿山固废消纳问题，将大宗固废处置、固废高值化利用、CO2封存、采空区利用有机结合，提出了二氧化碳充填的理念，从碳汇能力评估角度界定了二氧化碳充填的3种类型。具体开展工作包括：① 分析了CO2充填料浆输运过程和矿化反应过程涉及到的基础理论，给出了各个过程的数学方程以及碳封存量计算公式，指出了温度、湿度等因素对矿化反应机理、碳封存量和充填体强度的影响规律。② 总结了现阶段CO2矿化的工艺方法、主要碱性工业固废的CO2封存能力和CO2矿化强化措施。在此基础上提出了基于直接湿法矿化和间接矿化的2种CO2充填材料制备工艺，满足矿井充填的流动性、凝固特性和强度要求。③ 针对CO2充填过程中的CO2物理封存问题，提出了窄条带式胶结充填和综采架后胶结充填2种技术路径，前者通过在弱充填条带中构筑多贯通孔隙的充填体CO2物理封存，后者借助充填支架和链式自行充填挡板在长壁工作面采空区中间断构筑充填带，控制顶板垮落，形成CO2物理化学封存空间。④ 为了评估CO2充填的碳平衡效果，依据全生命周期法界定了CO2充填中碳足迹及碳消纳的计算边界。然后，梳理了CO2充填过程中的碳足迹及碳消纳，分别考虑了CO2的来源、用量、损耗、转化等因素。给出了包括原料运输、充填料浆制备、井下注入与充填等过程中的碳足迹及碳消纳计算方法。研究成果有望降低CO2封存的能耗及成本，对煤炭绿色开采及其可持续开发利用具有深远的意义。
教授
刘浪，博士（后），西安科技大学能源学院教授，博导，澳大利亚西澳大学联合培养博士，韩国仁荷大学高级访问学者。国家优秀青年科学基金、教育部霍英东青年教师奖、中国煤炭工业科技创新领军人才、全国煤炭青年五四奖章、陕西省青年科技奖获得者，入选教育部博士研究生学术新人、陕西省青年百人计划、陕西省科技新星、西安科技大学胡杨学者等。主持国家自然科学基金5项；主持制定团体标准2部、出版专著1部；发表学术论文150余篇；获授权国家发明专利50余件，转让与转化2件；获省部级一等奖4项，省部级二等奖6项、厅局级一等奖2项。
团队提出了矿山功能性充填学术理念，着眼于“煤”的减损化开采、“废”的功能化利用、“碳”的低碳化处置三维视角，探索了“煤”-“废”-“碳”协同发展路径，为破解煤炭“不可能三角”和推动煤炭绿色低碳发展提供解决方案。秉承“取自矿山用至矿山”、“从哪里来到哪里去”和“以废治废”的原则，形成大宗煤基固废利用-采空区治理-环境污染防控-碳减排协同模式，系统研究了煤基全固废膏体充填材料及煤矸石浆体充填材料研发与性能表征、煤基全固废膏体充填工艺方法、煤基固废-改性镁渣基胶凝材料的协同反应机理、煤气化渣的改性方法与基本原理、煤基固废CO2矿化封存与充填一体化技术、煤矿固废基充填碳减排、生态效率评价，同时开展了煤矸石全固废膏体充填现场应用、CO2矿化封存与充填示范。
刘浪，方治余，王双明，等. 煤矿充填固碳理论基础与技术构想[J]. 煤炭科学技术，2024，52（2）：292−308.
LIU Lang，FANG Zhiyu，WANG Shuangming，et al. Theoretical basis and technical conception of backfill carbon fixation in coal mine[J]. Coal Science and Technology，2024，52（2）：292−308.
END 责任编辑：常 琛
整 理：黄小雨
责任编辑：常 琛
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