煤炭專家揭秘為何中國地下煤火百年不熄

地下煤火

地下煤火

　　上月底，一篇名為《內蒙古烏達煤火自燃50年，滅火不成反釀災難》的報道將地下煤火引入公眾視線。中國的地下煤火已經燃燒了上百年，某國外媒體評出的全球五大持續生態災難，中國煤火赫然上榜。是什么原因引發煤田大面積起火？地火又為什么如此難以熄滅？
　　紅色的土壤，酥脆的巖石，大地籠罩著白煙，到了晚上可以看到地面飄著紅紅的小火苗。在中國新疆、內蒙古等北方礦區，常常可以看到這樣的景象，這就是地下煤火。燃燒著或曾經燃燒的火區，目前中國有56處，面積約720平方公里，其中正在燃燒的火區面積有17至20平方公里，每年燒掉煤炭資源約1000余萬噸。
　　熊熊地火，從明清時期開始，有的已燃燒了上百年，浪費了大量寶貴的煤炭資源。煤炭好端端地躺在地下怎么會自燃呢？
　　從事煤礦安全研究工作40多年的煤炭專家盧鑒章為記者揭開了謎底。
　　地火自燃緣于煤氧相遇
　　地火，亦稱地下煤火，是指埋藏在地下的煤層燃燒，并逐步蔓延發展形成規模較大的煤田火災，煤炭專業術語稱“煤炭自然發火”。
　　煤炭自然發火的機理說法較多，業內比較公認的是“煤氧復合作用學說”。按照這一學說，煤在自然環境中與空氣接觸，吸附氧氣并產生氧化作用，氧化產生的熱量使煤炭逐漸升溫，當煤層中產生的熱量大于散發的熱量時，開始聚熱增溫。煤炭明顯升溫的特征值，一般認為在60℃至80℃之間。這一階段煤的熱效應明顯，并開始出現干餾反應，生成芳香族碳氫化合物和一氧化碳等可燃性氣體。
　　當溫度繼續升高，外在、內在水分蒸發，熱解作用加速進行，煤開始出現冒煙現象，當升溫達到煤自燃臨界值時，就開始著火了。這一階段除溫度升高外，還會生成一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔等氣體。
　　從“煤氧復合作用”機理可以看出，地下煤火的發生是不是和空氣接觸有著密切的關系呢？“是的，”盧鑒章肯定了記者的猜測，“地下煤火多發生在煤層的露頭位置，也就是接觸空氣的位置。此外，煤礦井下的采空區，‘煤柱’部分因礦壓而形成很多裂隙，空氣容易進入，也是煤易自燃的地方。”
　　唐清時代地火一燒百年
　　盧鑒章介紹，我國北方地下煤火按發火時間可分為史前火、唐清火和現代火。史前火發生在地質歷史時期，它是地質構造運動或古氣候等自然因素作用而引起的，常分布于區域性大斷裂附近或煤層露頭處，現在早已熄滅。
　　唐清火發生于古代和近代。據記載，我國從唐朝開始采煤行業，但直至清朝采煤工藝一直發展緩慢，只能開采近地表的煤層，礦井很淺，為煤火發育提供了條件。這段時期，在氣候及人為作用下引發了許多煤火，其中一部分已經熄滅，而埋深較淺的近水平煤層，煤火則繼續燃燒。
　　現代火形成于現代，主要由煤層自燃和人為兩方面原因引起。人為原因主要是上世紀50年代末以來亂采亂挖，也有少數埋深較淺的煤層燃燒與開采方法有關，如內蒙古烏達煤田的“長壁式”開采方式，開采范圍大，采空區地表塌陷嚴重，煤層上覆巖層又薄，很容易形成裂隙，令煤礦與地表溝通，成為漏風供氧的主要通道，為采空區自然發火創造了條件。
　　開采火煤危險異常
　　地火能不能熄滅？答案是肯定的。
　　從上世紀80年代開始，我國地下煤火的滅火工作就被提上日程，1992年，我國頒布了世界第一部《煤田火災滅火規范(試行)》，對地下煤火滅火設計及施工以及熄滅的技術標準等作了具體規定。
　　熄滅地火最直接的方法是用水滅火和在地火發生初期挖除火源。水和黃泥混合的泥漿是很好的滅火材料，泥漿可以堵塞通風管路，水傳遞黃泥到達一定的位置，水分干了，就地堵塞，窒息火災。新疆治理地火主要采取的就是注水、注漿、挖除火源和沙土覆蓋等方法，先后撲滅了哈密大南湖、艾維溝、鐵廠溝、奇臺北山、阜康白楊河等火區的地火。
　　一些地火被成功撲滅，但還有一些仍在燃燒。前段時間，有媒體報道烏達煤田火區多年沒有熄滅，原因是承包滅火工作的企業私下開采火煤。對此，盧鑒章認為，開采正在燃燒的煤炭非常危險，絕對不能這么干，但不排除人為開采過火煤層之下煤炭的可能。而地下煤火熄滅之后，如果開采過火層之下的煤層，導致空氣進入，是很容易引起上層煤火復燃的。
　　預報地火可以實現
　　地火可以熄滅，它能不能預警預報呢？答案同樣是肯定的。
　　如果在煤礦井下看到水蒸氣凝聚在煤壁上，形成水珠，俗曰“煤壁出汗”，或者嗅到煤油味、汽油味、松節油味或焦油味，都是煤田自燃的外部征兆。
　　但是這些現象出現的時候，往往地下煤火已經開始燃燒。如何在地火發生之前監測到它呢？盧鑒章說，可以通過人工取樣，也可以在井下安裝束管系統，定期抽取礦區氣體樣品，進行化驗分析。
　　煤在自燃過程中會在不同的階段產生一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔等氣體，通過對煤炭釋放氣體分析，可以判斷煤炭是否自燃以及自燃的程度，采取預防措施防止大面積地下煤火的發生。
　　有了治理措施和監控措施，中國地下煤火正在減少，并將繼續減少。迄今為止，僅新疆一地，已經有7個重大火區、8個一般火區地火熄滅，300億噸煤炭資源得以保護。
　　鏈接
　　熄滅地火研究新方法
　　國外正在研究熄滅地火的新方法，一種是用航空發動機的排氣形成沒有氧氣的惰性氣體進入煤層空間，長時間的惰性化有助于防止煤層自燃。這些氣體不可燃，不增加氧氣供給，可以達到窒息緩燃的效果，但需要長時間運行，還需要隨時監控地下的漏氣狀況。還有一種方法是用抗熱型的含氮泡沫，把地下空間迅速填滿，固定空氣，防止流動，燃燒沒有氧氣，地火就熄滅了。