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摘 要

矿山开采又引发了一系列生态环境问题，导致矿区生态退化与环境污染，严重制约了可持续发展战略。由于矿藏的不可移动性，以致矿山开采长期占用、破坏、污染土地，改变了区域土壤以及水系结构，破坏了动植物区系，引发一系列社会经济与生态环境问题，成为全球环境与发展面临的焦点问题之一。改变传统采煤方式，发展高科技新型采煤技术是我国资源枯竭型城市持续发展的重中之重的核心工作。

在我国，煤炭是我国的重要能源，占一次性能源的70%左右，煤炭资源开采造成的土地、生态破坏是巨大的。煤炭地下气化技术是一种高新的化学采煤技术，即是将埋藏在地下的煤炭就地进行有控制的燃 才烧，通过对煤的化学反应与热作用产生可燃气体输送出来。其以井下无人、无设备，集建井、采煤、气化三大工艺合为一体的三合一工艺特点，被誉为第二代采煤法，深受世界各国的重视。

关键词: 新技术采煤法; 煤气化;

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矿区地下煤气化实验探讨

1前言

土地是人类赖以生存的资本，珍惜和合理利用每一寸土地，切实保护好耕地是我国的基本国策之一。我国人多地少，人均占有的耕地仅为0.08公顷，然而，目前因资源开发、民用建筑、市政工程建设、风水侵蚀等人为或自然界的影响，大量耕地被占用，致使仅有的耕地面积逐年减少。面对土地问题的严峻现实及土地被破坏而引起的生态不平衡及环保问题，世界各国政府都给予了高度重视。随着我国经济与社会快速发展，可持续发展战略越来越引起各级政府高度重视，近年来，我国的土地破坏和生态环境的恶化已达到惊人的程度。特别是我国是一个矿业大国，矿产资源开发已成为我国国民经济增长的重要手段，但矿山开采又引发了一系列生态环境问题，导致矿区生态退化与环境污染，严重制约了可持续发展战略。由于矿藏的不可移动性，以致矿山开采长期占用、破坏、污染土地，改变了区域土壤以及水系结构，破坏了动植物区系，引发一系列社会经济与生态环境问题，成为全球环境与发展面临的焦点问题之一。改变传统采煤方式，发展高科技新型采煤技术是我国资源枯竭型城市持续发展的重中之重的核心工作。 在我国，煤炭是我国的重要能源，占一次性能源的70%左右，煤炭资源开采造成的土地、生态破坏是巨大的。煤炭地下气化技术是一种高新的化学采煤技术，即是将埋藏在地下的煤炭就地进行有控制的燃烧，通过对煤的化学反应与热作用产生可燃气体输送出来。其以井下无人、无设备，集建井、采煤、气化三大工艺合为一体的三合一工艺特点，被誉为第二代采煤法，深受世界各国的重视。1979年联合国召开世界煤炭远景会议提出：“发展煤炭地下气化是世界煤炭开采的研究方向” 。1992年确定的我国科学技术发展纲要把“完成煤炭地下气化研究试验和建立商业性煤炭地下气化站”定为战略目标和关键技术。江泽民主席于1994年亲自批示：“煤炭地下气化试验，从煤炭资源的充分利用以及经济效益来讲，值得进一步研究。”钱学森认为：“等这项试验圆满成功之日，我们的资源概念也将革命了，是真正的新世纪了。”“十五”计划纲要的报告中又明确指出“积极推进大型煤矿改造，建设高产高效矿井，重视洁净煤的开发利用”。

燃煤造成的大气污染已成为重要的社会问题，解决锅炉尾气脱硫等更是难题，而煤气能集中净化，实现洁净燃烧，基本根除大气污染，大大改善生态环境。煤炭的运输、储存和加工利用会给环境造成较大污染，如污水、煤尘及有害气体的排放。矸石自燃会散发出大量烟尘及SO2、CO、H2S等有害气体，严重污染大气环境。矸石堆存达39亿吨，占地1.2万公顷，且每年仍以1.3亿吨外排。传统井工采煤会造成地表塌陷，全国

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约有30万公顷因此塌陷的土地，且每年还要新增1.3～2.0万公顷。而煤炭地下气化燃烧后的灰渣留在地下，减少了地表下沉量，若再加以充填可作到基本不下沉，且无固体废物排放产生的占地与污染。

煤气化生产比井工开采可节省投资三分之二并缩短工期一半以上；比地面气化站可节省大量设备和占地。生产管理操作简单，用人少效率高，成本低利润高，比井工开采可提高功效3倍以上，节约成本一半左右；而且生产安全性好。可实现煤、热、电、化、能的综合开发利用和多种经营，使煤炭价值和产业的经济效益提高。

我国煤矿矿区都有大量的遗留及丢失的煤柱和开采不经济的煤层以及劣质煤、高硫煤、“三下”压煤等，造成大量的煤炭资源呆滞甚至损失。由于煤炭地下气化燃烧后灰渣全部留在地下，加上遗留的未充分气化的丢煤，其体积占燃空区的50%左右，大大减少了气化后留下的空间与地面的下沉量，减轻了对地面与建筑物的破坏影响，一般情况下能维护地面建筑物安全正常使用。所以，遗留及丢失的煤柱和大量“三下”压煤等，均可通过地下气化回收出来，变废为宝，充分利用煤炭资源。

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2煤炭地下气化技术国内外发展现状

2．1国外煤炭地下气化技术研究与发展现状

1868年，德国科学家威廉·西蒙斯首先提出了煤炭地下气化(UCG)的概念。1888年，俄罗斯化学家门捷列夫提出了地下气化的基本工艺。1907年，通过钻孔向点燃的煤层注入空气和蒸汽的UCG技术在英国取得专利权。1933年，前苏联开始进行UCG现场试验。1940～1961年建成5个试验性气化站。其中规模较大的是俄罗斯的南阿宾斯克气化站和乌兹别克斯坦的安格连斯克气化站。这2个气化站都采用无井(筒)气化工艺。前苏联的试验性气化站，生产的煤气热值低，产量不稳定，成本高。1977年，安格连斯克等气化站被关闭。南阿宾斯克气化站气化烟煤，到1991年累计产气90亿m3，煤气平均热值3.82MJ/ m3 (1600 Kcal/m3)。安格连斯克气化站气化褐煤，1987年恢复运行，生产低热值燃料气供发电。

20世纪50年代，美、英、日、波、捷等国也都进行UCG试验，但成效不大。到50年代末都停止了试验。70～80年代，除前苏联外，美国、德国、比利时、英国、法国、波兰、捷克、日本等国都进行试验。美国UCG研究试验投入大量资金。劳伦斯·利弗莫尔、桑迪亚国家实验等研究机构，应用高技术进行UCG的实验室研究和现场试验。到20世纪80年代中期，共进行29次现场试验，累计气化煤炭近4万t，煤气最高热值达14 MJ/ m3。劳伦斯·利弗莫尔国家实验室开发成功的受控注入点后退(CRIP)气化新工艺，是UCG技术的一项重大突破，使美国UCG技术居世界领先地位。美国UCG试验，证实了UCG的技术可行性，但产气成本远高于天然气，据美国能源部1986年评估报告，地下气化成本为4.8美元/MBtu，而天然气井口价仅1.7美元/ MBtu (1989年，1 MBtu=28m3天然气)，汉那商业性地下气化站设计预估成本高达10.4美元/ Mbtu。

西欧国家(英国、德国、法国、比利时、荷兰、西班牙)深度1000m以下和北海海底煤炭储量很大。石油危机后，这些国家试图采用UCG技术从不能用常规方法开采的深部煤层取得国产能源。1976年，比利时和原西德签署了共同进行深部煤层地下气化试验的协议，1979年在比利时成立了地下气化研究所，进行UCG实验室研究和现场试验。1978～1987年，在比利时的图林进行现场试验。气化煤层厚2m，倾角15°，深860m。第一阶段采用反向燃烧法，试验失败。后来采用小半径定向钻孔和CRIP工艺，试验基本成功。1988年，6个欧盟成员国组成欧洲煤炭地下气化工作组，进行验证深部煤层地下气化可行性的商业规模示范。1991年10月到1998年12月，在西班牙特鲁埃尔进行现场试验。气化煤层厚2m，深500～700m，采用定向钻孔和CRIP工艺。

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