1. 未來20年煤炭仍會(huì)是我國一次能源消費(fèi)的主體

國家統(tǒng)計(jì)局2月28日發(fā)布的2020年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，2020年原煤產(chǎn)量同比增長1.4%，煤炭消費(fèi)量同比增長0.6%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年我國原煤產(chǎn)量39.0億噸，同比增長1.4%。發(fā)電量77790.6億千瓦小時(shí)，同比增長3.7%，其中火電53302.5億千瓦小時(shí)，同比增長2.1%。2020年我國能源消費(fèi)總量49.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，比上年增長2.2%,我國煤炭消費(fèi)量同比增長0.6%。煤炭消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的56.8%，比上年下降0.9個(gè)百分點(diǎn)。從2020年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，煤炭仍然是我國能源消費(fèi)的主體；從下降趨勢(shì)看，20年內(nèi)仍然會(huì)是我國一次能源消費(fèi)的主體。

2.動(dòng)力煤是我國碳排放的主體

根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的估計(jì)，我國能源行業(yè)是碳排放的主要行業(yè)，煤炭開采利用、特別是動(dòng)力煤（thermal coal）燃燒過程中的碳排放是我國能源行業(yè)碳排放的主體。動(dòng)力煤的主要利用方向是燃燒產(chǎn)生熱能，其熱能主要用于發(fā)電，也可用于供暖等其他熱需求，是煤炭利用時(shí)排放CO2的主體。

根據(jù)楊方亮等的研究，電力行業(yè)煤炭消費(fèi)量一直保持在20億t左右的規(guī)模，電力行業(yè)煤炭消費(fèi)量占煤炭消費(fèi)總量的比重呈總體上升的趨勢(shì)，截至2019年，這一比重已升至55％以上。我國煤電發(fā)電量由2009年的28665億kW·h增加至2019年的45600億kW·h，煤電發(fā)電量占當(dāng)年電力發(fā)電總量的比重由77.2％降低至60.8％。

中國已承諾在2030年前，二氧化碳的排放達(dá)到峰值；2060年，通過植樹造林和節(jié)能減排等手段，將排放的二氧化碳全部抵消。根據(jù)朱法華等的研究，中國碳達(dá)峰時(shí)火電行業(yè)排放的CO2量約47億t，碳中和時(shí)火電行業(yè)允許排放CO2量約13.5億t。根據(jù)陳浮等研究，進(jìn)入21 世紀(jì)以來，煤炭碳排放量從2000年的23.9億t快速升至2013年的69.04億t，達(dá)到歷史最高位；隨后緩慢下降，自2016年起基本保持66億t左右，仍處高位平臺(tái)期。其外，即便碳排放增速有所放緩，但煤炭的碳排放量依舊占能源總排放量的70%~80%"。

從近期的公開資料看，各種預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)主要是基于傳統(tǒng)的煤炭采掘、洗選、運(yùn)輸、熱電廠、供熱廠燃燒產(chǎn)熱、發(fā)電的傳統(tǒng)思路，或煤地下氣化的開采利用思路，沒有跳出傳統(tǒng)的煤炭開采利用框框。跳出傳統(tǒng)框框，尋找動(dòng)力煤開采利用的新途徑，既能夠滿足我國一次能源消費(fèi)的需求，又能夠大幅度減少煤炭消費(fèi)產(chǎn)生的碳排放，是煤炭行業(yè)發(fā)展的必由之路。

3.動(dòng)力煤的傳統(tǒng)利用路徑與碳排放

煤炭的用途多樣，作為能源，主要通過燃燒產(chǎn)熱，熱量用于發(fā)電和供熱等。目前動(dòng)力煤的利用方式主要是通過煤炭開采作業(yè)采出到地表，經(jīng)洗選后運(yùn)至熱電廠、供熱廠等電力和熱能供應(yīng)廠家，經(jīng)燃燒產(chǎn)熱能，共發(fā)電、供暖等。這種將煤炭采出運(yùn)至熱電廠等煤炭利用區(qū)進(jìn)行燃燒產(chǎn)熱，熱量用于發(fā)電、供熱等的利用技術(shù)路線，煤炭、電力等行業(yè)已非常適應(yīng)。根據(jù)王蕓等的研究結(jié)果，煤炭在鍋爐中燃燒產(chǎn)生的二氧化碳最多，約占電廠二氧化碳排放總量的94.5%左右，即對(duì)于動(dòng)力煤而言，鍋爐燃燒是CO2排放的主要環(huán)節(jié)，如果要減少鍋爐燃燒產(chǎn)生的CO2排放，只能針對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生的CO2進(jìn)行，如碳捕獲、利用與封存(Carbon Capture，Utilization and Storage，簡(jiǎn)稱CCUS)技術(shù)，將煤炭燃燒才產(chǎn)生的CO2重新捕獲并中注入到地下封存，并用于驅(qū)替油氣和煤層氣。

4.煤地下氣化利用與碳排放

煤炭地下氣化技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了幾十年。近十年來，我國煤炭地下氣化試驗(yàn)也在多地開展。根據(jù)朱銘等的研究，到目前為止在世界上已建和正要建的煤炭地下原位氣化站至少已有23個(gè)，其中烏茲別克斯坦安格連氣化站機(jī)電廠已經(jīng)運(yùn)行了50多年；我國目前正在運(yùn)行的煤地下氣化電站有華亭、新澳、新汶等。

將煤炭地下原位氣化的主要目的是獲取煤制氣，其過程是將煤層在點(diǎn)燃并控制其持續(xù)燃燒，燃燒的熱量使得周圍煤層加熱，產(chǎn)生包括H4C、H2、CO、CO2、SO2、氮氧化物等的混合氣體，并采出地表利用。煤炭的燃燒和產(chǎn)氣過程發(fā)生在地下，燃燒產(chǎn)生的廢渣直接埋藏在了地下，氣體產(chǎn)物、特別是燃燒區(qū)的氣體產(chǎn)物也部分留在了地下，減少了固體廢棄物和部分CO2、SO2的排放。但采出的混合氣中還包括CO2、SO2、氮氧化物等；同時(shí)，由于煤層上覆巖層等覆蓋層的封閉性差異，也會(huì)導(dǎo)致燃燒產(chǎn)生的氣體滲透到地表，形成碳排放；從目前公開的資料看，煤地下氣化產(chǎn)物主要用于發(fā)電，采出的H4C、H2、CO如果用于發(fā)電，還會(huì)排放CO2。因此，以獲取H4C、H2、為主要目的煤炭地下氣化可以降低碳排放，但與天然氣相比，因氣體中含有CO、CO2、SO2、氮氧化物等；碳排放要高一些。

5.動(dòng)力煤地下原位燃燒、采熱及直接碳埋藏研究現(xiàn)狀及優(yōu)勢(shì)

孫偉民等于2017年提出了煤炭資源在地下進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的設(shè)想，給出了煤炭資源在地下進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換開發(fā)利用工藝是對(duì)地下煤炭資源進(jìn)行有控制地燃燒，釋放熱能直接加熱管道水，蒸氣可用于發(fā)電，熱水可用于取暖。同時(shí)與水、氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生水煤氣，抽出后再凈化利用。其工藝是一個(gè)圓桶井為一個(gè)反應(yīng)單元。直徑1m左右基桶由鉆井打入地下直至煤層深處。一個(gè)圓基桶內(nèi)設(shè)5個(gè)管道孔，一個(gè)為冷水進(jìn)水孔，一個(gè)為熱水出水孔，一個(gè)為供氧壓風(fēng)孔，一個(gè)水煤氣產(chǎn)出孔，中間為監(jiān)測(cè)噴水孔。這是截至2020年底，在CNKI上能夠檢索到的唯一一篇煤炭資源在地下進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的中文文獻(xiàn)。個(gè)人認(rèn)為，其總體設(shè)想是可行的，但所給出的工藝適用面較窄，主要適用于埋藏淺的厚煤層。另外，任小坤等研究了地下自燃煤火中熱能回收利用技術(shù)路線。

煤炭作為能源，其主要可用產(chǎn)物為熱能。孫偉民等提出的煤炭資源在地下進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的思路，抓住了動(dòng)力煤的核心產(chǎn)物-熱能。與煤炭地下氣化發(fā)電相比，不需要通過消耗熱能將煤炭轉(zhuǎn)化為H4C、H2、CO等可燃物，之后再采出地表用于燃燒發(fā)電這種相對(duì)復(fù)雜的過程，而是在地下直接燃燒煤炭產(chǎn)生熱能，并采出熱能用于發(fā)電、供熱。這種直接的能量轉(zhuǎn)化及利用過程如果能夠得到實(shí)踐證實(shí)技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理，碳埋藏有保證，那么，這種動(dòng)力煤的利用方式與煤炭地下氣化相比，燃燒產(chǎn)生的熱能會(huì)得到充分利用，碳排放將進(jìn)一步降低，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)力煤低排放至零排放利用的主要技術(shù)路徑。

6.動(dòng)力煤地下原位燃燒、采熱及直接碳埋藏幾個(gè)關(guān)鍵因素

實(shí)現(xiàn)煤炭地下原位燃燒、采熱及直接碳埋藏，需要重點(diǎn)解決以下幾個(gè)方面的問題：

（1）煤層地下原位可控、持續(xù)燃燒。

煤層地下原位可控、持續(xù)燃燒包括燃燒范圍可控、燃燒強(qiáng)度可控、燃燒可持續(xù)。埋藏于地下的絕大多數(shù)煤層處于缺氧狀態(tài)，只有不間斷地提供氧氣，才能夠?qū)崿F(xiàn)煤炭的地下原位燃燒。通過不斷向目標(biāo)煤層注入空氣，是目前煤炭地下原位氣化時(shí)，維持煤層持續(xù)燃燒的主要手段。要控制煤層的燃燒范圍和燃燒強(qiáng)度，關(guān)鍵是控制注入煤層中空氣的范圍和量，如果要形成帶狀燃燒區(qū)，空氣要注入到目標(biāo)煤層的預(yù)期燃燒帶范圍內(nèi)，并通過空氣的單位注入量來控制燃燒帶的寬度和燃燒的強(qiáng)度。

以煤炭地下氣化為目標(biāo)的煤層地下原位可控、持續(xù)燃燒技術(shù)的研究較多，也取得了許多研究成果。煤地下氣化本身是通過煤的燃燒產(chǎn)生熱量，熱量加熱燃燒區(qū)周圍煤炭并使之產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成H4C、H2、CO、CO2、SO2、氮氧化物等的混合氣體。煤的地下可控燃燒是煤地下氣化技術(shù)實(shí)施的基礎(chǔ)。近幾十年的煤地下氣化試驗(yàn)表明，煤的地下可控燃燒技術(shù)基本成熟，煤的地下原位可控燃燒在現(xiàn)有的技術(shù)條件下是可以實(shí)現(xiàn)的。

（2）煤炭地下原位燃燒熱能采出路徑

煤地下燃燒所產(chǎn)生熱能的采出技術(shù)路徑方面，孫偉民等給出了熱交換采熱技術(shù)路徑；任小坤等給出的向自燃煤火中注入水、采出氣化產(chǎn)物的技術(shù)路線，在煤地下氣化試驗(yàn)中也有嘗試。從實(shí)現(xiàn)充分碳埋藏角度，通過熱交換的方式將燃燒熱能采出是煤層地下原位燃燒熱能采出的主要發(fā)展方向。通過采出燃燒區(qū)氣體的方式采出熱能，因氣體中含有CO2、SO2、氮氧化物等溫室氣體和有害物質(zhì)，碳減排能力要明顯低于熱交換采熱。

（3）煤炭原位燃燒產(chǎn)生的CO2、SO2、氮氧化物的地質(zhì)封存

煤炭原位燃燒產(chǎn)生的廢渣會(huì)直接留在地下已燃燒過的煤層所在地層中，燃燒產(chǎn)生的CO2、SO2、氮氧化物的封存，主要取決于煤層上覆地層的自然封存能力，以及煤層燃燒后上覆地層產(chǎn)生變形之后后的封存能力。這需要綜合考慮煤層埋深、上覆地層的封閉性、地層水特點(diǎn)，燃燒后上覆地層形變特點(diǎn)及波及高度，以及擬封存CO2的比例進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過綜合評(píng)價(jià)，優(yōu)選綜合封存能力符合要求的煤炭地下燃燒目標(biāo)區(qū)和目標(biāo)煤層。如果要實(shí)現(xiàn)全部的CO2封存，煤層的埋深要大于800m。近年來煤炭地下氣化的煤層埋深多在300m以深，但還缺少系統(tǒng)的碳封存監(jiān)測(cè)資料數(shù)據(jù)。劉淑琴等通過鉆孔取樣對(duì)已經(jīng)閉爐的氣化區(qū)地層污染情況進(jìn)行了評(píng)價(jià)，但沒有碳數(shù)據(jù)。不同深度、不同上覆地層和地層水特征，地表植被發(fā)育情況等對(duì)煤層原位燃燒時(shí)排放的CO2、SO2、氮氧化物的封存和吸收能力，需要在實(shí)踐中進(jìn)一步總結(jié)。

廣大地質(zhì)工作者在進(jìn)行野外地質(zhì)調(diào)查和巖礦鑒定工作中均發(fā)現(xiàn)，地層、巖石的裂縫是普遍發(fā)育的。除了新構(gòu)造活動(dòng)產(chǎn)生的最新裂縫沒有被礦物質(zhì)充填外，地層、巖石中的大多數(shù)裂縫均被礦物質(zhì)充填，充填物主要為方解石（CaCO3），是CO2與CaO結(jié)合的產(chǎn)物。這說明地殼中的地層和巖石對(duì)CO2的埋藏作用一直在進(jìn)行。煤炭地下原位燃燒產(chǎn)生的CO2，進(jìn)入到煤層上覆蓋層中后，也會(huì)逐步與地層中的Ca結(jié)合，以CaCO3方式永久固化。不過，這個(gè)過程目前還沒有收集到公開的研究成果，需要開展地層碳固化能力的理論與實(shí)踐研究，為地層的參封存與固化能力評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

7. 動(dòng)力煤地下原位燃燒、采熱及直接碳埋藏實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線

通過以上分析和總結(jié)認(rèn)為，目前實(shí)現(xiàn)煤炭地下原位可控燃燒的技術(shù)是基本成熟的，需要根據(jù)煤炭原位燃燒產(chǎn)熱、采熱及碳埋藏需求，開發(fā)具體的控制燃燒技術(shù)裝置，達(dá)到控制燃燒范圍、燃燒擴(kuò)展方向、燃燒強(qiáng)度的目的。煤炭地下原位燃燒的直接碳埋藏能力，需要通過事前地質(zhì)評(píng)價(jià)做出基本判斷；也需要在實(shí)踐中，通過對(duì)目標(biāo)煤層上覆蓋層從燃燒后至地面沉降達(dá)到基本穩(wěn)定這個(gè)階段內(nèi)封存能力的實(shí)際評(píng)價(jià)的出具體結(jié)論。煤炭地下原位燃燒所產(chǎn)生的熱能的采出，以熱交換方式為熱能采出利用最佳方案。熱交換方式以采出熱能為主要目標(biāo)，符合動(dòng)力煤利用最終目的；通過優(yōu)選地下原位目標(biāo)煤層，可實(shí)現(xiàn)最大限度封存煤炭地下原位燃燒產(chǎn)生的CO2、SO2、氮氧化物；煤炭因燃燒熱生成的H4C、H2、CO等，可在煤層燃燒時(shí)直接燃燒產(chǎn)熱，增加熱能供應(yīng)。通過合理設(shè)計(jì)燃燒所需空氣供氣裝置、燃燒熱的采出裝置，最大限度地采出煤炭原位燃燒產(chǎn)生的熱能，可保證煤炭原位燃燒熱能的充分利用。

從以上幾個(gè)方面考慮，煤炭地下原位燃燒產(chǎn)熱、采熱及直接碳埋藏的技術(shù)路線設(shè)計(jì)為：

（1）優(yōu)選煤炭地下原位燃燒區(qū)和煤層

根據(jù)碳封存目標(biāo)的要求，通過分析已查明煤炭的蓋層、蓋層含水性及地層水礦化類型和礦化度，分析其對(duì)CO2、SO2、氮氧化物等的封存能力是否符合碳封存目標(biāo)的基本要求。通過數(shù)值模擬，分析燃燒后，燃燒區(qū)范圍及形態(tài)所導(dǎo)致的蓋層變形及其對(duì)CO2、SO2、氮氧化物封存能力的影響，分析燃燒后蓋層對(duì)CO2、SO2、氮氧化物等的封存能力是否符合碳封存目標(biāo)要求。最終優(yōu)選出可供煤炭地下原位燃燒產(chǎn)熱、采熱及直接碳埋藏的煤炭分布區(qū)和目標(biāo)煤層。

（2）布設(shè)供氣及熱交換采熱裝置

通過綜合優(yōu)選確定的煤炭地下原位燃燒產(chǎn)熱、采熱及直接碳埋藏的煤炭分布區(qū)和目標(biāo)煤層是處于缺氧狀態(tài)的煤層，要維持煤層的持續(xù)穩(wěn)定燃燒，需要不間斷地提供空氣。這樣，通過控制空氣的供應(yīng)位置和供應(yīng)量，可以控制煤層的燃燒位置、延伸方向、燃燒寬度和強(qiáng)度。將熱交換裝置與供氣裝置配合部署，可以實(shí)現(xiàn)煤層可控燃燒及燃燒熱的充分利用。

除了巨厚煤層外，大多數(shù)煤層的供氣裝置及熱交換裝置的主體最好沿煤層順層布設(shè)，在煤層中的延伸長度在1000m以上，剖面形態(tài)類似于頁巖氣開采的"L"型水平井（圖1）或煤層氣開采的"U"型井（圖2）。在煤層中的具體延伸長度要通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析確定。

供氣裝置與熱交換裝置配合部署的具體實(shí)現(xiàn)方式用兩種，一種是多層管供氣及采熱方式，另一種是供氣管與采熱管平行部署的部署方式。

多層管供氣及采熱。供氣及采熱通過內(nèi)外兩層-三層金屬管組成。在煤層中時(shí)，外層為篩管，用于供氣，如果需要，也可用于供應(yīng)含氧水蒸氣。采用"U"型結(jié)構(gòu)時(shí)，內(nèi)層為水管；采用"L"型結(jié)構(gòu)時(shí)，因需要原井口回水采熱，需布設(shè)前端連通的兩層水管。水管用于熱交換采熱。

"L"型結(jié)構(gòu)采熱裝置有一個(gè)煤層到地表的垂直管段，垂直管段的供氣管與地層之間要完全封閉，防止煤層燃燒產(chǎn)生的CO2、SO2、氮氧化物等泄露到地表。"U"型結(jié)構(gòu)采熱裝置有2個(gè)煤層到地表的垂直段。其中包括一個(gè)有供氣管的垂直段，要將供氣管與地層之間要完全封閉；只有采熱管的垂直段，要將采熱管與地層之間要完全封閉。通過以上封閉措施，阻止煤層燃燒產(chǎn)生的CO2、SO2、氮氧化物等泄露到地表。

供氣篩管采熱管平行部署供氣及采熱。供氣管在煤層中為獨(dú)立的單層金屬篩管，采用"U"型結(jié)構(gòu)時(shí)，部署單層采熱管；采用"L"型結(jié)構(gòu)時(shí)，因需要同一井口注水及回水采熱，需布設(shè)前端連通的兩層水管。在煤層中，獨(dú)立的金屬篩管與采熱管上下平行部署，采熱管不屬于煤層底部，供氣篩管部署與煤層中部，兩者臨近并保持平行，保證煤層燃燒區(qū)域采熱管分布區(qū)保持基本一致。

"L"型結(jié)構(gòu)采熱裝置、"U"型結(jié)構(gòu)采熱裝置均要封閉煤層到地表垂直管段采熱管與地層之間的空隙，以及"L"型結(jié)構(gòu)供氣裝置供氣管與地層之間的縫隙，防止煤層燃燒產(chǎn)生的CO2、SO2、氮氧化物等泄露到地表。

供氣及采熱裝置的布設(shè)方式。"U"型結(jié)構(gòu)、"L"型結(jié)構(gòu)采熱裝置的布設(shè)需要結(jié)合所選目標(biāo)區(qū)和目標(biāo)煤層煤炭開采的實(shí)際情況具體確定。對(duì)于已經(jīng)投入開采的煤層，已經(jīng)形成了煤炭開采地下工程，可以充分利用這些地下工程進(jìn)行供氣及采熱裝置的布設(shè)。對(duì)于還沒有投入開采、埋深較大的煤層，可以通過鉆探方式實(shí)施。

供氣及燃燒控制。煤層燃燒的控制主要通過控制供氣篩管進(jìn)行。通過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)和材料，有序控制篩孔的打開，引導(dǎo)煤層巖燒的延伸方向、控制燃燒強(qiáng)度。

8.產(chǎn)熱能力分析

（1）假設(shè)目標(biāo)煤層的平均厚度為3m，如果燃燒寬度為30m，燃燒單元長度為1000m，體積密度為1.1t/m3。恒濕無灰基高位發(fā)熱量為25MJ/kg。則一個(gè)供氣-采熱單元?jiǎng)佑妹禾績?chǔ)量為：

 Q = 3×30×1000×1.1=99000t，。

 發(fā)熱量為：

 H = 99000×1000×25=2475×106 MJ。

按3.6 MJ=1Kw/h換算，2475×106MJ為687.5×106Kw/h。如果其中的70%得到利用，則為481.25×106千瓦時(shí)。每千瓦時(shí)價(jià)格分別為0.05元、0.1元、0.15元、0.2元時(shí)，靜態(tài)價(jià)值分別為24.06、48.13、72.19、96.26百萬元。按每千瓦時(shí)價(jià)格為0.05元測(cè)算，一個(gè)供氣-采熱單元的建設(shè)成本和運(yùn)營成本控制在2千4百萬元以下就有經(jīng)濟(jì)效益。

（2）假設(shè)目標(biāo)煤層的平均厚度為2m，如果燃燒寬度為20m，燃燒單元長度為500m，體積密度為1.35t/m3。發(fā)熱量為32MJ/kg。則一個(gè)供氣-采熱單元?jiǎng)佑妹禾績?chǔ)量為：

 Q = 2×20×500×1.35=27000t，。

 發(fā)熱量為：

 H = 27000×1000×32=864×106 MJ。

按3.6 MJ=1Kw/h換算，864×106MJ為240×106Kw/h。如果其中的70%得到利用，則為168.5×106千瓦時(shí)。每千瓦時(shí)價(jià)格分別為0.05元、0.1元、0.15元、0.2元時(shí)，靜態(tài)價(jià)值分別為8.4、16.8、25.2、33.6百萬元。按每千瓦時(shí)價(jià)格為0.05元測(cè)算，一個(gè)供氣-采熱單元的建設(shè)成本和運(yùn)營成本控制在8.4百萬元以下才有經(jīng)濟(jì)效益。

從以上初步測(cè)算結(jié)果可以看出，每個(gè)燃燒單元中煤的發(fā)熱量，煤層的厚度、寬度和長度對(duì)其預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益有明顯影響。在煤層厚度和發(fā)熱量一定時(shí)，燃燒單元的體積越大，經(jīng)濟(jì)性越好。但過大的體積會(huì)帶來技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。因此合理選擇目標(biāo)煤層，和李設(shè)計(jì)燃燒單元，是保證其經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。

9.燃空區(qū)的進(jìn)一步利用

以上煤炭地下原位燃燒實(shí)施后，在燃燒區(qū)因煤炭燃燒形成臨時(shí)地下空間。這個(gè)臨時(shí)地下空間會(huì)因頂板塌落而逐步閉合。如果通過控制燃燒寬度，如控制在20-30m寬，并在兩側(cè)留下一定寬度的支撐煤帶，則頂板塌落、燃空區(qū)閉合的速度會(huì)很慢。燃空區(qū)頂板保持穩(wěn)定，基本不塌落，對(duì)于實(shí)現(xiàn)碳封存是有利的。同時(shí)，對(duì)于燃空區(qū)的再利用也是有利的。

（1）秸稈的能源化利用。燃空區(qū)的再利用可以考慮進(jìn)行農(nóng)作物秸稈的能源化利用。這需要在布設(shè)供氣和熱能采出裝置時(shí)，同時(shí)布設(shè)秸稈投入井。并將擬投入燃空區(qū)的秸稈加工成直徑略小于秸稈投入井井筒直徑的短柱狀，并預(yù)先投入井筒至煤層。當(dāng)投入井井底已經(jīng)燃空區(qū)后，可持續(xù)向境內(nèi)投入秸稈。秸稈在燃空區(qū)高溫作用下直接燃燒，形成新的熱能，燃燒產(chǎn)生的CO2、SO2、氮氧化物等直接封存在地下。

（2）燃空區(qū)沼氣池化。在燃空區(qū)整體溫度降到90度以下后，將生產(chǎn)、生活產(chǎn)生的有機(jī)廢料注入到燃空區(qū)，利用燃空區(qū)的低溫?zé)崃考ぐl(fā)產(chǎn)甲烷菌活性。產(chǎn)甲烷菌將生產(chǎn)、生活產(chǎn)生的有機(jī)廢料轉(zhuǎn)化為甲烷。產(chǎn)生的沼氣可以通過現(xiàn)有管道采出利用。從目前煤炭采空區(qū)情況看，采空區(qū)會(huì)有酸性水存在。燃空區(qū)的環(huán)境是否適合產(chǎn)甲烷菌生長并產(chǎn)生沼氣，還需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)和評(píng)價(jià)。

10.基本認(rèn)識(shí)

1.動(dòng)力煤是碳排放的主體，其中鍋爐燃燒占煤炭發(fā)電利用過程產(chǎn)生的CO2的95%左右，是現(xiàn)行煤炭燃燒利用中產(chǎn)生CO2的主要環(huán)節(jié)。

2. 在2030年碳達(dá)峰、2060年碳綜合目標(biāo)的約束下，若要繼續(xù)大規(guī)模開采利用動(dòng)力煤并同時(shí)大幅度降低動(dòng)力煤燃燒利用中的碳排放，需要下決心放棄現(xiàn)行動(dòng)力煤開采、運(yùn)輸、燃燒發(fā)電、碳捕獲、碳埋藏的傳統(tǒng)技術(shù)路線，發(fā)展全新的動(dòng)力煤地下原位燃燒產(chǎn)熱、采熱和直接碳埋藏的技術(shù)路線。

3.分析結(jié)果認(rèn)為，動(dòng)力煤地下原位燃燒產(chǎn)熱、采熱和直接碳埋藏的技術(shù)路線在技術(shù)上是可行的；初步測(cè)算，在經(jīng)濟(jì)上也具有可行性。

4. 動(dòng)力煤地下原位燃燒形成的燃空區(qū)可以進(jìn)一步利用，包括用來進(jìn)行進(jìn)行農(nóng)作物秸稈的能源化利用、沼氣池化利用等能源化利用方向。

5. 動(dòng)力煤地下原位燃燒產(chǎn)熱、采熱和直接碳埋藏的技術(shù)路線的實(shí)施，會(huì)改變現(xiàn)有煤炭及電力產(chǎn)業(yè)格局，煤炭產(chǎn)業(yè)不再生產(chǎn)和銷售煤炭，而是銷售熱能；電力產(chǎn)業(yè)不再購買煤炭，而是購買熱能?；蛘呙禾啃袠I(yè)成為直接生產(chǎn)和供應(yīng)電力的主體之一。

針對(duì)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，煤炭開采利用方式必須轉(zhuǎn)變。比較煤炭地下氣化和煤炭地下原位燃燒采熱，兩者均需要進(jìn)行煤炭地下原位可控燃燒。且煤炭地下氣化產(chǎn)物也多用來再次燃燒發(fā)電，還有一定的碳排放。因此，不如一步到位，實(shí)施煤炭地下燃燒產(chǎn)熱、采熱及直接碳埋藏，從根本上解決傳統(tǒng)煤炭利用、煤炭地下氣化產(chǎn)物再次燃燒時(shí)的碳排放問題。

以上是針對(duì)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，提出的動(dòng)力煤開采利用的新思路，是初步的，粗糙的，請(qǐng)各位專家提出寶貴意見。