Hiện trạng và định hướng phát triển công nghệ khí hóa than ngầm trên thế giới

THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
 KHCNM SỐ 4/2019 * AN TOÀN MỎ26
Tóm tắt: 
Bài báo trình bày thông tin về hiện trạng, việc thực hiện dự án và định hướng phát triển công 
nghệ UCG trên thế giới, những thành tựu đã đạt được cũng như những thách thức về sử dụng công 
nghệ khí hóa than.
1. Mở đầu
Than là nguồn năng lượng cơ bản, và nhu 
cầu về than trong những năm gần đây tăng cao. 
Nó là động lực chính để tăng trưởng kinh tế của 
nhiều nước, nhất là các nền kinh tế dựa vào 
than như Trung Quốc, Ấn độ và một số quốc 
gia khác. Than là nguồn năng lượng rẻ nhất, 
than cũng là nguồn nguyên liệu dồi dào nhất 
trong 150 năm qua. Trong thế kỷ 21, việc sử 
dụng than từ 4762 triệu tấn năm 2000 tăng lên 
7697 triệu tấn năm 2012, tăng 60%, trung bình 
tăng 4%/năm. Từ năm 2005 đến năm 2012, mỗi 
ngày Trung Quốc bổ sung thêm 150 MW điện 
sản xuất từ than [8]. 
Một thách thức lớn cho nhiên liệu hóa thạch, 
đặt biệt là than đó là công tác bảo vệ môi trường 
thiên nhiên nói chung và điều kiện khí hậu nói 
riêng có tính đến xu hướng toàn cầu trong việc 
sử dụng nhiên liệu than và phân tích dự báo nhu 
cầu trong lĩnh vực này, trong đó nêu rõ vai trò 
của than trong những thập kỷ tới, nó là chìa khóa 
cho sự phát triển công nghệ than sạch và sử 
dụng hiệu quả cả than và các nguồn tài nguyên 
khác. Đốt than sinh ra 29,5 % khí thải nhà kính 
trên toàn cầu [8], hiện đại hóa và xây dựng mới 
các nhà máy điện chạy bằng than giúp nâng cao 
hiệu quả đang là những thách thức hiện tại cho 
sự phát triển ngành công nghiệp. 
2. Đặc điểm công nghệ khí hóa than dưới 
lòng đất
Than đá từ nhiều năm trở lại đây đã là nguồn 
cung cấp năng lượng chủ yếu để sản xuất điện 
và sưởi ấm. Với việc sử dụng than đá như vậy, 
quá trình chuyển đổi sang một dạng năng lượng 
khác là khó khăn. Sơ đồ quá trình cơ bản đốt 
cháy than và các sản phẩm sinh ra xem trong 
hình 1[11].
Như chúng ta thấy, một trong những quá 
trình cơ bản để sử dụng than là khí hóa nó. Kết 
quả là chúng ta thu được các sản phẩm như: 
khí tổng hợp, nhiên liệu cũng như khí thay thế 
khí tự nhiên.
Khí hóa than trong lòng đất (UCG) khác với 
khí hóa trên mặt đất trong các lò phản ứng, quá 
trình khí hóa diễn ra trực tiếp trong khoáng sàng, 
trong các vỉa than dưới lòng đất. Quá trình này 
là phương pháp trực tiếp chuyển hóa than thành 
khí tổng hợp mà không cần phải khai thác than 
bằng các kỹ thuật thông thường. Công nghệ khí 
hóa bao gồm than nằm dưới lòng đất sẽ chịu 
tác động của môi trường khí hóa như: không khí 
chứa ô xy, hơi nước cùng những hỗn hợp dẫn 
chất, kết quả là phản ứng thu nhiệt diễn ra mạnh 
mẽ, nhiệt độ tăng cao, sau thời gian này, hỗn 
hợp các khí chính sinh ra như H2, CO, CO2 và 
CH4. Tỷ lệ mỗi thành phần trong các sản phẩm 
khí thu được phụ thuộc vào điều kiện nhiệt động 
học. Trong thực tế, khí hóa than hầm lò là quá 
HIỆN TRẠNG VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA 
THAN NGẦM TRÊN THẾ GIỚI
 Đỗ Mạnh Hải
 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin 
 Biên tập: ThS. Phạm Chân Chính
Hình 1. Các quá trình cơ bản và các sản phẩm sinh 
ra[11].
 THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
27 KHCNM SỐ 42019 * AN TOÀN MỎ
trình rất khó khăn và vô cùng phức tạp, do đó 
đòi hỏi phải có thêm nhiều nghiên cứu và nhiều 
tính toán thực nghiệm quy mô trước khi nó trở 
thành công nghệ phổ biến và có giá trị thương 
mại.
Quá trình UCG bắt đầu từ đốt cháy vỉa than 
tại điểm đầu tiên của lỗ khoan địa nhiệt. Sau khi 
sinh ra ngọn lửa, giai đoạn quan trọng tiếp theo 
là cung cấp vào khu vực các dẫn chất khí hóa, 
kết quả là quá trình khí hóa bắt đầu diễn ra.
Khi đám cháy phát triển, nhiệt độ tăng cao 
trong khu vực và di chuyển dần dần dọc theo 
lỗ khoan ra khu vực đường khí ga thu hồi sản 
phẩm khí hóa [10]. Mô hình quá trình phát triển 
khí hóa than trong vỉa than xem trong hình 2. 
Công nghệ khí hóa than có hai biến thể cơ 
bản, khác nhau ở phương pháp mở vỉa để khí 
hóa, được gọi là phương pháp có và không có 
giếng đứng. Phương pháp giếng đứng, như 
tên gọi của nó là đường lò mở vỉa tiếp cận than 
bằng giếng đứng. Chia vỉa than thành nhiều 
đoạn, sau đó khoan các lỗ khoan để phục vụ 
công tác khí hóa và thu hồi sản phẩm khí hóa. 
Cả hai đều được vận chuyển lên mặt đất bằng 
những đường ống được lắp đặt trong quá trình 
đào giếng.
Ngược lại, phương pháp không dùng giếng 
đứng, mục tiêu là khí hóa vỉa than, đường lò 
mở vỉa dạng buồng đốt được thực hiện bằng lỗ 
khoan từ mặt đất hình thành lên các kênh cung 
cấp và sản xuất khí, những kênh này kết nối với 
nhau và với vỉa than được khí hóa. Biến thể của 
công nghệ UCG này hiện nay đang được tiếp 
tục phát triển với sự trợ giúp đáng kể trong công 
nghệ khoan định hướng trong những năm gần 
đây. Sơ đồ các phương pháp UCG được trình 
bày trong hình 3 và 4. 
Phân tích khả năng khí hóa than dưới lòng 
đất khi không sử dụng giếng - Biến thể của lỗ 
khoan mở vỉa trong khoáng sàng ảnh hưởng đến 
khả năng thu hồi khí và sự phát triển của công 
nghệ khí hóa hiện tại. Đó là công nghệ CRIP 
(Controlled Reacting Ignition Point), được phát 
triển tại Mỹ từ năm 1980 đến 1990 bởi phòng thí 
nghiệm quốc gia Lawrence Livermore, họ đã sử 
dụng phương pháp khoan định hướng và cho 
phép phát điện từ các sản phẩm khí hóa tại một 
điểm xác định của vỉa than bằng sự trợ giúp của 
ống thép linh hoạt. Khi các thông số cung cấp 
khí giảm, điểm nạp được thay đổi cho phép khí 
hoá vỉa than [22]. 
Một vài công nghệ khác cũng được phát triển 
dựa trên kinh nghiệm của Liên Xô bởi công ty 
Ergo Exergy, công nghệ εUCG (εUnderground 
Coal Gasification) đã được áp dụng thành công 
tại dự án khí hóa than tại Trung Quốc. Phương 
pháp này sử dụng nhiều phương pháp khoan 
hiện đại, bao gồm các lỗ định hướng chính xác 
cũng như các lỗ khoan dọc và nghiêng thông 
Hình 2. Các khái niệm về khí hóa than trong vỉa than 
và khu phản ứng trong đường lò khí hóa [14] Hình 3. Phương pháp giếng đứng
a. Ví dụ phương pháp lỗ khoan cục bộ
b. Sơ đồ ứng dụng khí hóa vỉa 501 tại mỏ 
Wieczorek - Ba Lan [17]
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
 KHCNM SỐ 4/2019 * AN TOÀN MỎ28
thường, trong khi sử dụng các phương tiện 
khí hoá khác nhau, được lựa chọn tối ưu cho 
các điều kiện [21]. Nói một cách đơn giản, trong 
công nghệ εUCG, đường lò mở vỉa được tạo ra 
bằng cách khoan hai lỗ khoan thẳng đứng, một 
lỗ khoan cung cấp và một lỗ khoan khai thác. 
Những lỗ này được kết nối bằng lỗ khoan định 
hướng nằm trong vỉa than khí hóa.
Công nghệ mới là công nghệ SWIFT (Single 
Well Integrated Flow Tubing), được phát triển 
bởi Portman Energy vào năm 2012 và được cấp 
bằng sáng chế năm 2013. Công nghệ này chỉ 
sử dụng một lỗ khoan thẳng đứng cho cả sản 
phẩm và cung cấp dẫn chất. Công nghệ này sử 
dụng một lớp vỏ để định vị các đường ống bên 
trong, không gian bên trong chứa đầy khí trơ, 
cho phép quan trắc sự rò rỉ khí ga, ngăn ngừa 
sự ăn mòn và truyền nhiệt [22]. Sơ đồ công nghệ 
chung xem hình 5. 
3. Kinh nghiệm công nghệ UCG trên thế 
giới
Ý tưởng về quá trình khí hóa than đã có cách 
đây 200 năm, sau đó được sử dụng rộng rãi ở 
Mỹ và Châu Âu [3]. Những năm 60 của thế kỷ 
19, công nghệ này phát triển mạnh, cho phép 
sử dụng khí ga từ than. Năm 1883 nhà công 
nghiệp và hóa học người Anh là Ludwiga Monda 
đã phát triển phương pháp khí hóa than [19]. 
Những năm tiếp theo sau chiến tranh thế giới lần 
2, khí hóa được sử dụng rộng rãi để chuyển hóa 
than, sử dụng khí tổng hợp Fischera-Tropscha. 
Những năm sau đó, khí hóa than được sử 
dụng để chuyển đổi thành hydro, sau đó sản 
xuất amoniac và phân bón, hoặc sử dụng cho 
nghành công nghiệp hóa chất. Quy mô sử dụng 
sản phẩm từ khí hóa than là rất lớn.
Khí ga tổng hợp có giá trị cao H2 và CO là 
nguyên liệu có giá trị trong ngành hóa học. 
Ngành công nghiệp năng lượng cũng mới sử 
dụng khí hóa than gần đây, chính là sự ra đời 
của công nghệ sử dụng tích hợp khí ga-hơi 
nước với nhiên liệu khí hóa than (Integrated 
Gasification Combined Cycle (IGCC)) [3]. 
Các khái niệm đầu tiên về khí hóa than 
được trình bày vào năm 1868 bởi Carl Wilhelm 
Siemens. Ý tưởng này đã được phát triển vài 
thập kỷ sau đó bởi nhà khoa học nổi tiếng, nhà 
hóa học người Nga Dimitri Mendeleev. Những 
năm đầu thế kỷ 20, việc cấp bằng sáng chế khí 
hóa than cho Anasona Betts và kế hoạch thí 
nghiệm khí hóa than ngầm đầu tiên được tiến 
hành trong mỏ ở Anh [2, 3]. Tuy nhiên, do vụ nổ 
mỏ ở Anh và chiến tranh thế giới nên thí nghiệm 
đã không đi đến kết quả. Cuối những năm 1920 
và những năm tiếp theo công nghệ khí hóa than 
ngầm được nghiên cứu chuyên sâu ở Liên Xô 
cũ. Các thí nghiệm đầu tiên được tiến hành tại 
lưu vực Podmoskiewski (1933), Donetsk (1935). 
Trong những năm 1950, đã có năm cơ sở công 
nghiệp hoạt động ở Liên Xô. Hiện tại, chỉ có hai 
gồm: Jużno - Abinskaja ở Siberia và Angren ở 
Uzbekistan, nơi sản xuất khí đốt hàng năm đạt 
1,5 tỷ m3. Vào những năm 1940 và 1950, công 
nghệ UCG bắt đầu phát triển ở Hoa Kỳ, công tác 
nghiên cứu chuyên sâu được thực hiện từ năm 
1973 đến 1989 tại Phòng thí nghiệm quốc gia 
Lawrence Livermore, nơi các thử nghiệm được 
thực hiện trong một số bể than. Trong nửa sau 
của thế kỷ XX, các nghiên cứu về công nghệ 
UCG và những nỗ lực thực tế để sử dụng nó đã 
diễn ra ở nhiều quốc gia khác trên thế giới như: 
Bỉ, Morocco, Anh, Pháp, Tây Ban Nha, New 
Zealand, Úc, Ấn Độ, Nam Phi và Ba Lan. Một 
nhóm làm việc chung tại châu Âu về UCG được 
thành lập vào năm 1988.
Tại Ba Lan, nghiên cứu về công nghệ khí hoá 
than dưới lòng đất đã được thực hiện vào cuối 
Hình 4. Phương pháp không giếng UCG (ví dụ 
phương pháp CRIP) [20]
Hình 5. Sơ đồ công nghệ SWIFT [16]
 THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
29 KHCNM SỐ 42019 * AN TOÀN MỎ
những năm 40 của thế kỷ trước. Năm 1948, các 
kỹ sư Ba Lan trên cơ sở hợp tác, đã đưa nghiên 
cứu UCG thực hiện tại Bỉ. Các nghiên cứu sâu 
hơn trong những năm 1950 và sau đó được 
tiếp tục triển khai tại Viện mỏ Trung ương, nơi 
đặt một phòng thí nghiệm đặc biệt khí hoá than 
dưới lòng đất [6].
Hiện nay, công nghệ khí hóa than dưới lòng 
đất và sự phát triển tiếp theo của công nghệ này 
là mối quan tâm của nhiều nền kinh tế và tạo 
nhiều việc làm cho các viện nghiên cứu khoa 
học. Các nước quan tâm đến công nghệ này 
bao gồm: Úc, New Zealand, Nam Phi, Trung 
Quốc, Mỹ, Ba Lan, Đông Âu, Ấn Độ, Indonesia, 
Việt Nam, Pakistan và Anh Quốc, gần đây đã 
cấp một số giấy phép sử dụng công nghệ UCG 
ngoài biên giới các quốc gia này [20]. Các địa 
điểm tiến hành khí hóa than trên thế giới và các 
dự án đã hoàn thành trong lĩnh vực này thể hiện 
trong hình 6. 
3.1.Tại Trung Quốc
Trung Quốc có lịch sử nghiên cứu và phát 
triển lâu dài về công nghệ UCG cũng như tiến 
hành các dự án thực nghiệm. Tổ chức quốc tế 
về UCG ước tính có khoảng 30 dự án về UCG 
tại Trung Quốc đang trong giai đoạn chuẩn bị. 
Mặt khác, các nguồn tin chỉ ra rằng hiện tại 
có thể có hơn 50 cơ sở lắp đặt UCG ở Trung 
Quốc[4]. Kinh nghiệm của Trung Quốc trong lĩnh 
vực UCG, ngoài các thử nghiệm được mô tả ở 
trên, họ tập trung vào chương trình khí hóa than 
trên cơ sở nghiên cứu của các tập đoàn công 
nghiệp được được thành lập vào năm 1980. 
Những đơn vị nghiên cứu lĩnh vực này bao 
gồm: Đại học mỏ và Công nghệ Trung Quốc ở 
Bắc Kinh (UCG Engineering Research Center of 
Coal Industry), Đại học Mỏ và Công nghệ Trung 
Quốc ở Xuzhou (Underground Coal Gasification 
and Clean Coal Energy Research Institute).
Các dự án chính về UCG được lắp đặt bởi 
tập đoàn Xinwen tại Lai-wu tỉnh Sơn Đông và 
lắp đặt trong mỏ than nâu ở Gonygon phần phía 
bắc Nội Mông.
Các thiết bị đã được lắp đặt từ năm 1998, 
sản xuất 50.000m3 khí hàng ngày từ khí hóa 
than. Khí ga được làm sạch và được sử dụng 
cho mục đích kinh doanh. Quá trình khí hóa 
được thực hiện trên vỉa than dày 2m, ở độ sâu 
300m. Quá trình khí hóa chủ yếu được thực 
hiện bằng cách cung cấp không khí, định kỳ bổ 
sung ô xy thông qua 2 lỗ khoan ở độ sâu 300m, 
lỗ khoan khai thác nằm giữa hai lỗ khoan cung 
cấp. Thành phần hóa học của các khí nhận 
được từ quá trình khí hóa là H2 - 43%; N2 -12%; 
CO - 10%; CH4 - 14%; CO2 - 21%. Giá trị nhiệt 
của khí không vượt quá 10 MJ/m3 [4]. 
Tập đoàn Xinwen ở tỉnh Sơn Đông có 5 công 
trình lắp đặt để khí hoá than dưới lòng đất, cung 
cấp khí cho 25.000 hộ gia đình trong vùng lân 
cận các mỏ. Trong đó, khí từ mỏ Suncun và 
E’zhuang được sử dụng để sản xuất điện với 
4 máy phát điện, công suất 400 kW mỗi máy [4]. 
Tại mỏ than nâu Gonygon, đã tiến hành lắp 
đặt thiết bị để khí hóa lớp than dầy 12 đến 20m 
ở độ sâu 200m. Quá trình khí hóa diễn ra thông 
qua các lỗ khoan từ bề mặt, với khoảng cách 12 
đến 20m. Sản lượng khí dao động trong khoảng 
150.000 m3/ngày với giá trị nhiệt là 5 MJ/m3, mục 
tiêu là đạt 1.000.000 m3/ngày. Khí ga thu được 
từ quá trình khí hóa được sử dụng chủ yếu để 
sản xuất điện bằng động cơ khí. Hệ thống sản 
xuất không ngừng được cải tiến bằng cách giám 
sát liên tục các thông số cơ bản của công nghệ 
khí hoá và tinh chế khí sạch.
Thời gian gần đây, Trung Quốc thực hiện 
nhiều dự án mới, một trong số đó là dự án khí 
hóa than tại lưu vực Haoqin miền trung Nội Mông 
do tập đoàn Zhengzhou thực hiện (Zhengmei 
Group). Dự án này sẽ được thực hiện cùng với 
công ty Carbon Energy dựa trên công nghệ của 
công ty này. Lưu vực than có diện tích khoảng 
184 km2 và tài nguyên ước tính khoảng 3,1 tỷ 
tấn than [5].
3.2. Tại Nam Phi
Có nhiều công nghệ khí hóa than trong lòng 
đất đã được ghi nhận gần đây tại Nam Phi. Tuy Hình 6. Các thử nghiệm trên thế giới về UCG [2].
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
 KHCNM SỐ 4/2019 * AN TOÀN MỎ30
nhiên, các sáng kiến trong phạm vi UCG không 
phải là mới trên thế giới. Các thử nghiệm đầu 
tiên về khí hóa than đã được thực hiện những 
năm 60 của thế kỷ 20 bởi công ty Sasol. Thành 
công của công ty này là nỗ lực khí hóa than 
thành chất lỏng - CTL (Coal to Liquid). Hiện tại, 
Sasol và Eskom đang cố gắng cải tiến công 
nghệ UCG để nâng cao hiệu quả của nó. Dự 
án đầu tiên về UCG được lắp đặt tại Majuba 
(Hình 7) ở Nam Phi năm 2007 và được xây 
dựng trước một số dự án nghiên cứu từ năm 
2002 với mục đích xác minh khả năng sử dụng 
UCG để sản xuất năng lượng. Kết quả tích cực 
của nghiên cứu này cho phép xây dựng những 
dự án thí điểm vào đầu năm 2007 và đạt được 
công suất 5.000 Nm3/giờ khí thu được trong quá 
trình UCG [18] và cho phép sản xuất khí tổng hợp 
chất lượng cao, sử dụng để tạo ra năng lượng 
trong tổ máy 4110 MW hiện có. Eskom đang có 
kế hoạch xây dựng một tổ máy 2100 MW mới 
trong lĩnh vực này vào năm 2020 [21].
3.3. Tại Úc
Một trong những công trình nổi tiếng và dễ 
nhận biết nhất trên thế giới là dự án UCG được 
lắp đặt tại Chinchilla, do công ty Linc Energy 
của Úc tiến hành dựa trên công nghệ do Ergo 
Exergy cung cấp. Từ năm 1999 đến 2002, Úc 
đã nỗ lực triển khai các dự án khí hóa than dưới 
lòng đất. Việc lắp đặt bao gồm 9 lỗ khoan cung 
cấp và lỗ khoan khai thác, 19 lỗ khoan quan trắc 
và được thực hiện trên vỉa than có chiều sâu 
trung bình khoảng 140m [15]. Các thử nghiệm 
tiến hành trong 30 tháng, trong thời gian này 
đã khí hóa được khoảng 35.000 tấn than, sản 
lượng khí lớn nhất đạt 80.000 m3/giờ [15]. Trong 
những năm tiếp theo, việc xây dựng và lắp đặt 
các nhà máy khí hóa than vẫn được tiếp tục để 
sản xuất nhiên liệu tổng hợp theo công nghệ 
Gas-to-Liquids (GTL) với 3 mô đun bổ sung.
Năm 2007, mô đun thứ 3 đi vào hoạt động 
cho phép sản xuất nhiên liệu tổng hợp bằng 
công nghệ GTL trên cơ sở khí hỗn hợp thu được 
từ quá trình khí hóa than. Hiện tại, mô đun thứ 
4 đã hoạt động để sản xuất khí tổng hợp. Công 
ty Linc Energy đã kết hợp công nghệ GTL từ 
quá trình khí hóa than thu được, kết quả là khí 
tổng hợp thu được từ quá trình khí hóa được 
chuyển thành dầu tổng hợp bằng phương pháp 
tổng hợp GTL Fischer -Tropsch. 
Các hoạt động khác ở Úc như lắp đặt thí 
điểm tại Bloodwood Creek do công ty Carbon 
Energy Ltd triển khai, cho phép sản xuất khí ga 
tổng hợp vào năm 2008, sử dụng phương pháp 
CRIP. Trong khoảng 100 ngày tiến hành thử 
nghiệm, sản lượng khí đã đạt được khoảng 150 
tấn/ngày. Sau thành công đó, thêm 2 mô đun 
được lắp đặt cùng với động cơ điện 5 MW [13]. 
Sự thành công của dự án đã tạo ra lượng điện 
từ khí tổng hợp cung cấp cho mạng lưới điện 
quốc gia (theo dữ liệu của Hiệp hội UCG).
3.4.Tại Liên bang Nga
Nga có nhiều kinh nghiệm trong nghiên cứu 
và phát triển công nghệ khí hóa than dưới hầm 
lò. Những nghiên cứu chuyên sâu và những thử 
nghiệm khí hóa đầu tiên trong điều kiện tự nhiên 
đã được tiến hành tại mỏ than nâu (Mosbas) 
và mỏ than bitum (Donbas, Kuzbas) ở Liên 
Xô trong những năm 1920 và 1930. Từ năm 
1935 đến 1941 tại Nga, 9 dự án thí điểm khí 
hóa than được triển khai tại Mosbasu, Donbasu 
và Kuzbasu. Những năm tiếp theo từ 1946 đến 
1996 đã có 5 cơ sở đạt quy mô công nghiệp và 
2 thử nghiệm thí điểm được tiến hành, trong đó 
có 4 công trình khí hóa than nâu và 3 công trình 
than bitum. Các hoạt động trên đã sản xuất ra 
50 triệu m3 khí và khí hóa 15 triệu tấn than. Sau 
giai đoạn này, Nga trở thành nước thống trị sản 
lượng khí của thế giới. Năm 2013, công ty Linc 
Energy và Yakut Minerals của Nga đã ký một 
thoả thuận đưa ra một dự án chung về UCG 
trong khu tự trị Chukotka. Dự án sẽ có thể được 
thực hiện sau khi xác định vị trí và công nhận 
khoáng sản phù hợp cho công nghệ UCG [12]. 
Hình 7. Lắp đặt PWA tại nhà máy điện Majub tại 
Mpumalanga
 THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
31 KHCNM SỐ 42019 * AN TOÀN MỎ
4. Rào cản và thách thức đối với khí hóa 
than ở lòng đất
Phân tích các dự án UCG trên thế giới và 
những kinh nghiệm đã tích lũy được, cho phép 
đánh giá khả năng và những hy vọng trong việc 
sử dụng nguồn tài nguyên phong phú này, và 
xác định một số rào cản về công nghệ UCG để 
khắc phục chúng. Công nghệ khí hóa than dưới 
lòng đất không chỉ đòi hỏi công tác kỹ thuật, 
công tác chuẩn bị thật tốt cho dự án, công tác 
xây dựng cũng như toàn bộ quá trình triển khai 
mà còn phải xem xét toàn bộ các yếu tố về môi 
trường có thể ảnh hưởng đến dự án. Yếu tố tiên 
quyết cho quá trình triển khai và sự an toàn của 
nó là các điều kiện địa chất tại nơi được chọn 
làm địa điểm xây dựng và các khu vực lân cận. 
Khoáng sàng than phải phù hợp với công nghệ 
UCG là một trong số các yếu tố địa chất cơ bản, 
nên được thay thế [7]:
- Đặt tính chung của khoáng sản: Loại khoáng 
sản được mô tả bằng cấu trúc địa chất của nó, 
số lượng vỉa than thích hợp để khí hóa, tổng 
chiều dầy vỉa và lớp đất phủ.
- Đặt tính của vỉa than dự định khí hóa: như 
độ dầy, chiều dài theo phương.
- Xây dựng cột địa tầng của vỉa than cho quá 
trình khí hóa, các yếu tố về chất lượng và hóa 
học liên quan đến sản phẩm khí hóa (ví dụ như 
giá trị độ ẩm, độ tro, chất bốc, hàm lượng lưu 
huỳnh, giá trị nhiệt và các yếu tố gây hại khác).
- Cấu trúc và kết cấu của các loại đá xung 
quanh vỉa than khí hóa, các thông số mô tả bao 
gồm: loại đá trụ và đá vách, đặt tính và cấu trúc 
của chúng, cột địa tầng, phân tích kết quả sự 
thay đổi các yếu tố trong đá ảnh hưởng đến 
nhiệt độ cao phát sinh trong buồng khí hóa.
- Những rối loạn kiến tạo, bao gồm cả vị trí 
liên quan đến buồng UCG (Vấn đề an toàn UCG 
liên quan đến khả năng di chuyển của khí đến 
vùng đứt gẫy)
- Những rối loạn về trầm tích liên quan đến 
sự liên tục của vỉa có thể ảnh hưởng đến quá 
trình UCG.
- Điều kiện địa chất thủy văn của khoáng 
sàng được xác định thông qua tính chất của đá, 
độ thẩm thấu như độ rỗng, nứt, thấm, hoặc hấp 
thu nước.
- Những hiểm họa tự nhiên trong khu vục 
UCG như động đất, khí mê tan, cháy mỏ, nước...
Phân tích những kinh nghiệm trên thế giới 
trong lĩnh vực này là sự lựa chọn chính xác vị trí 
xây dựng buồng UCG. Trong bảng 1 là các tiêu 
chí liên quan được lựa chọn.
Rào cản khác trong việc tiến hành UCG là 
các điều kiện môi trường, nó có ảnh hưởng đến 
mỗi yếu tố bảo vệ tự nhiên. Nguồn gốc các mối 
nguy hiểm này liên quan chặt chẽ đến điều kiện 
khoáng sàng, đường lò trong mỏ, áp suất không 
khí mỏ và bề mặt địa chất. Sơ đồ chung minh 
họa mối quan hệ giữa các sản phẩm UCG và 
các yếu tố môi trường tự nhiên xem trong hình 
8 [1]. 
Trong những mối nguy hiểm cơ bản đối với 
môi trường tự nhiên, cần phải nêu rõ khả năng 
ô nhiễm nguồn nước ngầm. Các sản phẩm phụ 
của quá trình khí hóa than gây ô nhiễm nhiều 
nhất, bao gồm các chất thơm như benzen, 
oluene, ethylbenzen, xylenes, phenol và 
hydrocarbon thơm đa vòng. Ngoài ra có nguy 
cơ rất cao như thải ra một lượng lớn đáng kể 
các kim loại nặng trong suốt quá trình. Nhiệt độ 
cao trong quá trình khí hóa và sự nóng lên của 
Bảng 1. Các tiêu chí cơ bản cho khí hoá than dưới lòng đất, theo các nghiên cứu khác nhau
Các yếu tố 
Andrew Beath
z CSIRO 
Exploration
& Mining
Peter Sallans
z Liberty 
Resources 
Limited
Armitage M. i Burnard K.
(điều kiện châu Âu):
Chiều sâu vỉa 100-600 m 100-1400m 600-1200m
Chiều dầy vỉa Trên 5m Trên 3m >2m
Hàm lượng tro >60% >60% -
Sự gián đoạn, bất 
thường của vỉa
Nhỏ Nhỏ Trụ bảo vệ đến khu vực đã khai thác là 500m
Mức nước ngầm Cách ly Cách ly
Khoảng cách thẳng đứng đến khu vực chứa 
nước ngầm là 100m
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
 KHCNM SỐ 4/2019 * AN TOÀN MỎ32
lỗ khoan có thể làm tăng tính thẩm thấu của đá, 
tạo thuận lợi cho việc di chuyển của chất gây ô 
nhiễm vào tầng chứa nước.
5. Kết luận
- Than đá hiện chiếm 40% nhu cầu năng 
lượng điện trên thế giới, trữ lượng than đá và 
than nâu trên thế giới có thể đảm bảo ổn định 
nguồn cung ứng năng lượng thêm nhiều thập kỷ.
- Ngày càng nhiều quan điểm cho rằng, than 
đá giống như nguyên liệu thô đặc biệt, không 
nên sử dụng chỉ cho mục đích năng lượng hay 
nhiệt điện vì nó có tiềm năng lớn chưa được ứng 
dụng khai thác, chính là chìa khóa cho quá trình 
chuyển đổi giống như khí hóa hoặc hydro hóa.
- Kinh nghiệm thế giới cho thấy, công nghệ 
khí hóa than dưới lòng đất là một trong những 
lựa chọn hàng đầu để tận dụng tối đa nguồn tài 
nguyên, đặt biệt là khi công nghệ khai thác cổ 
điển không khả thi về mặt kỹ thuật và kinh tế.
- Tuy thế giới đã có nhiều kinh nghiệm, nhưng 
công nghệ khí hóa than dưới lòng đất vẫn chưa 
hoàn thiện để ứng dụng rộng rãi trong công 
nghiệp khai khoáng.
- Có rất nhiều điều kiện như địa chất khoáng 
sàng, vị trí khí hóa, điều kiện công nghệ và bảo 
vệ môi trường quyết định công tác an toàn và 
quan trắc đầy đủ quá trình UCG, cũng như khả 
năng lợi nhuận trong các dự án quy mô công 
nghiệp.
- Vẫn còn rất nhiều thách thức trước mắt đối 
với cộng đồng khoa học trong việc tạo ra hiệu 
quả và công nghệ an toàn từ sử dụng năng 
lượng trong các vỉa than trong thế kỷ 21.
Tài liệu tham khảo: 
1. Baron R., Kabiesz J., Koteras A.: Wybrane 
aspekty ryzyka środowiskowego związanego z 
procesem podziemnego zgazowania węgla [w]: 
„Zagrożenia i technologie” pod red. J. Kabiesz, 
2013. 
2. Bhutto A. W., Bazmi A. A., Zahedi G.: 
Underground coal gasification: From fundamentals 
to applications, Progress in Energy and Combustion 
Science 39, 2013, 1. 
3. Breault R. W.: Gasification Processes 
Old and New: A Basic Review of the Major 
Technologies, Energies 2010, 3(2). 
4. Chuantong L., Jiu H: Experimental Study on 
Running of Underground Coal Gasification Power 
Generation System [w]: materiały konferencyjne: 
International Conference on Coal Science and 
Technology, IEA Clean Coal Centre , Nottingham, 
2007. 
5. Creamer Media: Carbon Energy signs UCG 
deal in China, 8th May 2013, dostęp w dniu: 
29.05.2014. 
6. Dubiński J., Stańczyk K., Cybulski K., i inni: 
Podziemne zgazowanie węgla – doświadczenia 
światowe i eksperymenty prowadzone w KD 
Barbara. Polityka Energetyczna, tom 13, zeszyt 
2, 2010. 
7. Frejowski A, Myszkowski J.: Wybrane 
kryteria geologiczne determinujące zastosowanie 
Hình 8. Mối đe dọa cho các yếu tố của môi trường do quá trình UCG [7]
 THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
33 KHCNM SỐ 42019 * AN TOÀN MỎ
dostępnych technologii górniczych dla 
podziemnego zgazowania węgla kamiennego, [w]: 
„Zagrożenia i technologie” red. J. Kabiesz, Główny 
Instytut Górnictwa, 2012. 
8. International Energy Agency: Medium-Term 
Coal Market Report 2013 Executive Summary, 
OECD/IEA, 2013 dostępne w internecie, dostęp 
w dniu: 04.06.2014 
9. Kreynin E.: International UCG Practices 
Overview: New Russian Method and Its Engineering 
Solutions, Joint-stock company “Gazprom 
10. Kapusta K., Stańczyk K.: Uwarunkowania 
i ograniczenia rozwoju procesu podziemnego 
zgazowania węgla w Polsce. Przemysł 
Chemiczny 2009, 88/4 
11. Karcz A., Ściążko M.: Energochemiczne 
przetwórstwo węgla do paliw ciekłych. Wiadomości 
Górnicze, nr 2, Katowice 2007. 
12. Kiryukhina Y.: Australian company to 
launch innovative coal-to-gas project in Russia, 
Russia Beyond The Headlines: August 15, 
2013 RBTH Asia Pacific, Online: dostęp w dniu 
29.05.2014. 
13. Neville A.: Underground Coal Gasification: 
Another Clean Coal Option, Electric Power, 
Business and Technology for the Global 
Generation Industry, 07/01/2011 JD, www.
powermag.com, dostęp w dniu 20.05.2014. 
14. Self S., Reddy B., Rosen M.:Review of 
underground coal gasification technologies and 
carbon capture, International Journal of Energy 
and Environmental Engineering, 2012.
15. Shafirovich E.. Varma A.: Underground 
Coal Gasification: A Brief Review of Current 
Status, Ind. Eng. Chem. Res., 2009, 48 (17). 
16. Stojcevski A., Harish Kumar RN, 
Devamanokar Lakshmanan Udayakumar, Maung 
Than Oo A.: Underground Coal Gasification: 
an alternate, Economical, and Viable Solution 
for future Sustainability, International Journal of 
Engineering Science Invention, Vol. 3, Issue 1, 
2014 
17. Strugała A., Czaplicka-Kolarz K., Ściążko 
M.: Projekty nowych technologii zgazowania węgla 
powstające w ramach Programu Strategicznego 
NCBiR, „Polityka Energetyczna”, tom 14, zeszyt 2, 
s. 375-390. 
18. Van der Riet M.: Underground coal 
gasification., Eskom Research and Innovation 
Department, Online:  dostęp 
w dniu 24.05.2014. 
19. Wikipedia za: Google book: Mond Gas. 
R.D. Wood & Co. Retrieved 14 Nov 2012. 
Current situation and orientation of developing underground coal gasification 
technology in the world
 Do Manh Hai
 Institute of Mining Science and Technology – Vinacomin
 Summary: 
The phenomenon of spontaneous combustion of coal in underground mines is the cause of stThe 
paper presents information on the current situation, implementation and orientation of technology 
development of underground coal gasification technology in the world, achievements and challenges 
of using coal gasification technology.