中國礦業大學教授葛世榮近日在《中國礦業大學學報》發表了題為《深部煤炭化學開采技術》的論文。

人類規模開采地下煤炭已有1000年以上的歷史，無論是最早人力使用工具開采煤炭，還是后來采用爆破剝落煤炭，直至當今通過機械驅動刀具切割煤炭，都屬于基于力學作用的機械開采方法，這種開采手段一直未有根本上的突破。隨著煤炭開采越來越深，沿用傳統的機械開采方法將面臨很多難題，例如井下采場圍巖穩定性維護難度大，開采系統更復雜以及開采能耗大幅度增加。

葛世榮在論文中指出，隨著煤炭資源量持續減少、煤炭資源開采深度增加，迫使人類必須思考和探索低資源消耗、低環境污染、低地層損害的煤炭開采技術革命新方法。

為了探索地下煤炭開采技術革命的新方法，該論文提出了地下煤炭化學開采的基本概念，并將其歸納為3種化學開采方法，即地下氣化、地下熱解和生物溶解。該論文首次提出了煤炭化學開采技術架構、工藝系統和需要突破的關鍵技術：地下煤炭盾構—氣化協同工藝及裝備系統，合成燃氣用于整體煤氣化聯合循環（IGCC）發電及CO2埋藏的技術思路，地下氣化污染物抑制及穩定產氣控制方法；基于聚光太陽能供熱和干熱巖集熱供熱的地下煤炭原位干餾技術，基于電磁感應加熱和微波輻射加熱的地下煤炭原位熱解技術；基于微生物溶煤的地下煤炭原位生物開采技術。

煤炭化學開采是在煤層人為地誘導化學反應，進而提取原煤中的有用化學成分的無人化、智能化開采方法。它是一種在地下煤層施加溫度或壓力（也可加入催化劑）而形成可控化學反應，進而把煤炭轉化為氣體、液體燃料和其他化學品的煤炭開采利用一體化過程。

葛世榮在論文中指出，國內外研究表明，與傳統井工煤礦生產和發電系統相比，煤炭地下氣化的投資降低60％，生產成本降低70％，煤炭資源回采率提高到95％，土地復耕成本降低80％；發電熱效率提高50％，發電成本約為0．15元／千瓦時。可以預見，化學開采將成為高回收、低損害、超低排放、零死亡的煤炭開采技術革命的新方向。

煤炭化學開采可從地下氣化、地下熱解、地下溶解3條技術路徑得以實現。從技術難易程度而言，工業化規模的煤炭地下氣化的近期（未來10年左右）可實現度最高，煤炭地下熱解具有中期（未來20年）規模化遠景，煤炭地下生物溶解將在遠期（未來30年）實現。這些化學開采方法將從根本上改變傳統的煤炭開采工藝，使得深部地下資源開采真正實現地下無人化、地面無煤化、產品流態化，從而達到煤炭開采零死亡、供能零排放、環境零損害的安全生產、清潔利用的境界。

同時，化學開采為淺部的難采煤層（薄煤層、高瓦斯、急傾斜）開采，以及數以百億噸的殘留煤開采提供了再開采技術途徑，為煤炭企業和煤炭資源型城市的可持續發展提供了技術支撐。

該論文指出，煤炭化學開采不是今天才有的創新夢想。150年前就有科學家提出，它將是未來的煤炭開采方向，但這個夢想至今未能成真，足以可見煤炭化學開采的難度之大。隨著當今地球科學、材料技術、信息技術、裝備制造技術的快速發展，許多之前難以解決的煤炭化學開采技術難題將會有新的突破，當地下盾構—氣化一體機、地下熱解反應腔、地下溶解生物菌等關鍵技術難題解決之后，煤炭化學開采將有可能成為現實。這些目標需要幾代科技工作者為之不懈努力。