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》的報導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。是什麼原因引發煤田大面積起火？
紅色的土壤，酥脆的岩石，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餘萬噸。
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麼會自燃呢？
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。
地火自燃緣於煤氧相遇
地火，亦稱地下煤火，是指埋藏在地下的煤層燃燒，並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「煤氧複合作用學說」。按照這一學說，煤在自然環境中與空氣接觸，吸附氧氣並產生氧化作用，氧化產生的熱量使煤炭逐漸升溫，當煤層中產生的熱量大於散發的熱量時，開始聚熱增溫。煤炭明顯升溫的特徵值，一般認為在60℃至80℃之間。這一階段煤的熱效應明顯，並開始出現乾餾反應，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「煤氧複合作用」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係呢？「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，煤礦井下的採空區，‘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，常分布於區域性大斷裂附近或煤層露頭處，現在早已熄滅。
唐清火發生於古代和近代。據記載，我國從唐朝開始採煤行業，但直至清朝採煤工藝一直發展緩慢，只能開採近地表的煤層，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。
現代火形成於現代，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年代末以來亂採亂挖，也有少數埋深較淺的煤層燃燒與開採方法有關，如內蒙古烏達煤田的「長壁式」開採方式，開採範圍大，採空區地表塌陷嚴重，煤層上覆岩層又薄，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，為採空區自然發火創造了條件。
開採火煤危險異常
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《煤田火災滅火規範(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。新疆治理地火主要採取的就是注水、注漿、挖除火源和沙土覆蓋等方法，先後扑滅了哈密大南湖、艾維溝、鐵廠溝、奇臺北山、阜康白楊河等火區的地火。
前段時間，有媒體報導烏達煤田火區多年沒有熄滅，承包滅火工作的企業私下開採火煤。對此，盧鑒章認為，開採正在燃燒的煤炭非常危險，絕對不能這麼幹，但不排除人為開採過火煤層之下煤炭的可能。而地下煤火熄滅之後，如果開採過火層之下的煤層，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徵兆。
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，採取預防措施防止大面積地下煤火的發生。
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於防止煤層自燃。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。
来源:北京日報
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