王双明院士：“双碳”目标下煤炭开采扰动空间CO2地下封存途径与技术难题探索本文转自：全国能源信息平台

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CO2地下封存是实现CCUS技术的重要组成部分。目前， CO2地下封存技术的基本思路为：将集中排放源分离得到的CO2注入地下具有合适封闭条件的地层中隔离封存。常见的地下封存方式包括利用沉积盆地内深部咸水层、油气田以及不可开采深部煤层封存。但这些方式多以CO2超临界状态处理为前提，普遍存在技术要求高、综合投入成本高、对储层封闭地质特征及埋深条件存在明显约束、无法进行大规模封存等问题。因此，探索大规模、低成本的CO2地下封存技术是煤炭工业领域低碳化发展利用亟待破解的技术难题，具有重要的理论意义与应用前景。
据预测，到2030年我国废弃矿井数量将达到1.5万个，若按每个矿井地下空间60万m3测算，具有约72亿~90亿m3的潜在空间。
若能科学论证开采扰动空间进行CO2地下高效封存所需地质条件，进而开展适宜于CO2封存的煤矿开采区地质选址，即可实现“煤炭从哪儿来，煤炭利用产生的固废和CO2回到哪儿去”的可持续发展思路。
在进行CO2地下封存时，往往选择埋深＞1000m的深部地层，并通过压力控制使CO2处于超临界状态实现大规模封存，但这会导致压注阻力较大、封存成本偏高。在本研究中，通过论证得出：无论何种CO2封存类型，即使储存载体、储存埋深及禀赋地层条件等有所差异，其共性条件均具有良好的地质盖层。即在煤矿开采区，只要满足不受开采扰动影响的稳定地质盖层和良好储集空间密闭性即可实现采空区CO2封存，与地层埋深关系并不十分密切。事实上，埋深≤1000m的中浅部地层在具备良好的“储+盖”地质组合条件时，同样可实现CO2规模化封存。因此，本次研究提及的煤炭开采扰动空间系指中浅部煤层（埋深≤1000m）开采过程中形成的地下采空区及其扰动影响范围区。研究明确了实现CO2地下高效封存的必备条件：①煤层上部存在不受开采扰动影响的地质密闭层是实现煤矿扰动空间CO2封存的先决要求；②构建功能性充填空间是实现CO2地下封存的核心工作；③由功能性充填体围限的碎裂岩体、气化煤灰及热解半焦等封存载体物性特征是影响CO2封存量及封存效果的重要因素。
1煤层采空区碎裂岩体CO2封存技术
封存理念：首先利用功能性充填技术，回采采煤工作面四侧的煤柱，并同步构筑功能性“回”形充填体，完成采煤工作面四周封闭。采煤工作面回采后，覆岩碎裂垮落，未垮落覆岩受重力作用而压覆在功能性充填体上，实现覆岩与功能性充填体之间的密封。煤层上方岩层中有低渗透性盖层，覆岩垮裂形成的裂缝带发育高度未到达盖层，则盖层、功能性充填体和底板构成了CO2地下封存空间，实现以采煤工作面为单元采空区碎裂岩体CO2封存。

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煤层扰动空间CO2封存地质要素

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煤矿开采扰动空间的典型CO2封存载体
技术途径：煤层采空区碎裂岩体CO2封存技术分为6个阶段，具体包括煤层划分、煤柱功能性充填回采、开切眼区充填、长壁工作面垮落开采、停采区功能性充填和CO2充注阶段。