废弃矿井绿色转型:科学问题、关键技术与山西实践

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在当前经济发展新常态和供给侧改革的背景下,废弃矿井的处理和资源再利用成为了一个重要的议题。随着关闭或废弃矿井数量的增加,这些矿井内依然蕴含着丰富的可开发利用资源,包括煤炭、煤层气和地下空间等,其开发利用对于推动绿色经济转型具有重要意义。然而,当前的研究工作在这方面尚存在不足,未能有效解决遗留能源资源开发的技术难题以及地下空间利用的科学问题。 首先,关键的科学问题主要包括:一是建立关闭/废弃矿井能源资源协同综合利用评价方法,这涉及到如何评估不同类型资源之间的相互影响,优化综合利用策略;二是深入研究固-液-气及应力-位移-渗流-温度等多相多场动态演化机制,这对于理解和控制废弃矿井内部复杂的地质条件至关重要;三是探索复杂遗留空间中煤层气的运移规律及其储集成藏机理,这是实现高效开采的关键;四是解析复杂岩体中多场耦合作用机理及稳定性控制,确保开发利用过程中的安全性。 在技术方面,需攻克的重点技术包括:一是开发关闭/废弃矿井能源资源协同利用的安全与风险评价技术,以便于识别和降低潜在风险;二是设计和优化遗留煤炭地下气化炉及相应的气化工艺,提高能源转换效率;三是提升遗留煤层气的地面抽采与利用技术,使其经济效益最大化;四是研发地下储库(如储水、储油、储气)的库容探测与防渗技术,保障储存设施的稳定性和环境安全性。 为了实现矿井的全生命周期绿色利用,作者提出了一种“能源化、资源化、功能化”的协同利用方案,即通过将废弃矿井的资源转化为能源、开发其多种功能价值,实现资源的高效回收和再利用。这种方案创新了“政产学研用金”协同机制,倡导政府、科研机构、企业、产业用户和金融资本共同参与,以推动废弃矿井的精准开发与利用新模式。 具体案例中,以白家庄煤矿为例,展示了山西省在废弃矿井资源管理方面的实践和创新,通过实施这一综合解决方案,有望减少资源浪费,促进可持续发展,并为全国其他地区的废弃矿井处理提供借鉴。 废弃矿井的再利用是一项既涉及基础科学研究又涵盖工程技术挑战的任务,通过解决上述科学问题和关键技术,可以有效推动我国废弃矿井的绿色转型和可持续发展。