第47卷第1期煤炭学报Vol.47 No.1202年1月JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETYJan.2022煤炭加工与利用碳中和目标下煤矿甲烷减排趋势模型及关键技术刘文革，徐鑫，韩甲业，王勃，李志，严媛(应急管理部信息研究院（煤炭信息研究院），北京100029)摘要：“双碳”目标的提出，要求我国在强化C02排放控制的同时加强对甲烷等非C02温室气体的控排。在研究我国煤矿甲烷排放来源及构成的基础上，采用基于矿井实测法3方法分析测算我国煤矿甲烷的历史排放趋势，辨识煤矿甲烷排放的影响因素，建立煤矿甲烷排放主因素分析模型(MFAME),并按照基准、发展、新政策3种情景预测到2060年的煤矿甲烷排放量，提出甲烷减排的总体路径和减排关键技术。研究表明：煤矿地下开采过程中的甲烷排放是我国煤矿甲烷最主要的排放来源，露天开采过程中的甲烷排放和废弃煤矿的甲烷排放量呈现上升趋势。我国煤矿甲烷排放总量仍然较大，基于T3方法测算的煤矿瓦斯统计排放量峰值为591.6万。碳中和目标下煤炭消费需求侧的加速减少会导致煤炭产量快速下降、煤矿数量减少以及煤炭供应生产结构的进一步调整，高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井等灾害严重矿井比例逐渐减少。预计不同情景下，到2060年，我国煤矿甲烷的排放量为365万~542万。未来需加强煤矿地下开采、矿后活动及废弃煤矿瓦斯排放等重点排放环节的管控，按照“技术-经济一政策”协同发展路径，深入推动低浓度瓦斯高效提浓技术、超低浓度通风瓦斯催化氧化销毁和余热利用技术等瓦斯利用关键技术的研发，建立废弃煤矿瓦斯逸散监测及治理利用技术体系，提高煤矿瓦斯综合利用量和利用率。关键词：碳中和：煤矿甲烷：排放历史；排放模型：减排技术中图分类号：TD4215文献标志码：A文章编号：0253-9993(2022)01-0470-10Trend model and key technologies of coal mine methane emissionreduction aiming for the carbon neutralityLIU Wenge,XU Xin,HAN Jiaye,WANG Bo,LI Zhi,YAN YuanAbstract:It is essential to strengthen the emission control of carbon dioxide and non-carbon dioxide greenhouse gasesincluding methane as well under the carbon emission peak carbon neutrality goal in China.Based on the sourceand composition of methane emissions from coal mines in China,T3 approach using direct measurements on a mine-specific basis was proposed to analyze and estimate the historical coal mine methane emission trends in China.The in-fluencing factors of methane emissions from coal mines were identified,and the coal mine methane emissions in 2060was predicted by MFAME Main Factor Analysis Model of Coal Mine Methane Emissions)according to three scenari-os:BAU,rapid,and new policy.Moreover,the overall path of methane emission reduction and key technologies foremission reduction were put forward.Research results show that methane emissions from coal mining inunderground coal mines are the most important source of coal mine methane emissions in China,and the methane收稿日期：2021-12-12修回日期：2022-01-07责任编辑：王晓珍D0L:10.13225/小cki.jcs.202L.1962基金项目：回家自然科学基金资助项目(41872179)引用格式：刘文革，徐鑫，韩甲业，等.碳中和目标下煤矿甲烷减排趋势模型及关键技术[J].煤炭学报，2022，47(1):470-479.移动阅读(C)1994-2022 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net第1期刘文革等：碳中和目标下煤矿甲烷减排趋势模型及关键技术471emissions by surface coal mining and abandoned coal mines are on the rise.The total amount of China's coal minemethane emissions is still large.The statistic peak coal mine methane emissions calculated based on T3 approach is 5.916 million tonnes.The accelerated demand side of coal consumption reduction under the carbon neutrality goal willlead to rapid decline in coal production,reduction in coal mines numbers,and further adjustment in the structureof coal production.The proportion of high gas mines,coal and gas outburst mines and other disaster-stricken mineswill gradually decrease.It is predicted that by 2060,China's total coal mine methane emissions will be 3.65 million-5.42 million tonnes.In the future,it is necessary to strengthen the management and control of key emission parts suchas underground coal mining,post-mining activities,and methane emissions of abandoned coal mines.In accordancewith the technology-economy-policy synergetic development roadmap,the deep R&D of key technologies for gas utiliza-tion is expected such as high-efficiency gas purification technology for low concentration methane,catalytic oxidationand waste heat utilization technology for ultra-low-concentration VAM.It is also suggested to establishabandoned coal mine gas emission monitoring and utilization technology system to achieve the target to promotethe comprehensive utilization and utilization ratio of coal mine methane.Key words:carbon neutrality;coal mine methane;emission history;emission model;emission reduction technology应对全球气候变化目前已经成为国际社会广泛漏量达4000万【)。对于我国来说，能源和农业领共识，根据《巴黎协定》提出的到21世纪末全球平均域都是甲烷减排的重点领域，目前油气、农业等领域气温较工业化前水平上升幅度不超过2℃并努力控的研究学者纷纷发布研究成果，提出碳中和对本领域制在1.5℃目标，全球需要在2065一2070年实现碳的发展启示及未来的发展路径[4。我国作为世界中和。习近平主席在第75届联合国大会一般性辩论上最大的煤炭生产国，以煤为主的能源资源禀赋和经上提出中国将提高国家自主贡献力度，C0,排放力争济社会发展所处的阶段，决定了未来很长时间内，我于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中国的经济社会发展仍然离不开煤炭，2021年下半年和目标，体现了中国对全人类共同利益的大国责任担以来的能源供应紧张问题也再一次凸显了煤炭作为当，将可能使全球实现碳中和的时间提前5~10a。保障能源的重要地位。在全球低碳转型和我国能源但相比于欧美发达国家50~70a的过渡期，中国从碳绿色低碳发展的大背景下，笔者基于我国煤矿甲烷达峰到碳中和只有30a,2030年后中国的年减排率平的排放现状规律研究，分析研判影响煤矿甲烷排放均达8%~10%，远超发达国家减排的速度和力度山。的重要因素，锚定2060碳中和目标，积极探索煤矿因此我国若要实现碳中和目标，在强化C0,排放控制甲烷减排的可持续发展路径，推动煤矿甲烷减排关的同时，加强对甲烷等非C02温室气体的排放控制显键技术研发，对于助力我国能源行业尽早实现碳达得尤为必要。目前加大甲烷排放的控制力度已经被纳峰具有重要意义。人到我国最新发布的“十四五”规划和2035远景目标1我国煤矿甲烷排放现状纲要中。2021年11月，中国和美国在联合国气候变化格拉斯哥大会期间发布的《中美关于在21世纪20年1.1煤矿甲烷排放构成代强化气候行动的格拉斯哥联合宜言》中，将甲烷减排根据《PCC2006指南》[)，煤炭行业的温室气体作为双方最具代表性的合作领域之一，并提出促进有排放主要来自煤炭开采过程、矿后活动、低温氧化、非关甲烷减排挑战和解决方案的联合研究。中国将制定控制燃烧和废弃煤矿，其中低温氧化和非控制燃烧产一份全面、有力度的甲烷国家行动计划，争取在21世生的温室气体以C0,为主，甲烷的排放主要来自煤炭纪20年代取得控制和减少甲烷排放的显著效果。开采过程、矿后活动和废弃煤矿排放[，如图1所示。甲烷排放主要来自能源、农业和废弃物三大领煤炭开采过程（包括地下开采和露天开采）中的域，其中有50%~65%的排放来自人类活动四1。人类排放主要是指煤炭采掘活动造成煤岩层扰动导致吸能源活动造成的甲烷排放主要来自油气、煤炭生产运附其中的甲烷变成游离态释放到大气中的排放，其中输和使用过程中的甲烷逃逸排放。煤炭行业的甲烷地下开采过程中的甲烷排放通过井下抽采系统和通排放作为人类能源活动的重要甲烷排放源之一，贯穿风系统排放，部分可以实现回收利用：矿后活动的排于煤炭开采过程及矿后活动中。国际能源署发布的放主要是指煤炭分选、储存，运输及燃烧前的粉碎等《世界能源展望2019》显示，2018年全球煤矿甲烷泄过程中，煤炭中残存的瓦斯缓慢释放产生的甲烷排放：(C)1994-2022 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