上月底，一篇名為《內(nèi)蒙古烏達(dá)煤火自燃50年，滅火不成反釀災(zāi)難》的報道將地下煤火引入公眾視線。中國的地下煤火已經(jīng)燃燒了上百年，某國外媒體評出的全球五大持續(xù)生態(tài)災(zāi)難，中國煤火赫然上榜。是什么原因引發(fā)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(nèi)蒙古等北方礦區(qū)，常?？梢钥吹竭@樣的景象，這就是地下煤火。燃燒著或曾經(jīng)燃燒的火區(qū)，目前中國有56處，面積約720平方公里，其中正在燃燒的火區(qū)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(fā)展形成規(guī)模較大的煤田火災(zāi)，煤炭專業(yè)術(shù)語稱“煤炭自然發(fā)火”。

煤炭自然發(fā)火的機(jī)理說法較多，業(yè)內(nèi)比較公認(rèn)的是“煤氧復(fù)合作用學(xué)說”。按照這一學(xué)說，煤在自然環(huán)境中與空氣接觸，吸附氧氣并產(chǎn)生氧化作用，氧化產(chǎn)生的熱量使煤炭逐漸升溫，當(dāng)煤層中產(chǎn)生的熱量大于散發(fā)的熱量時，開始聚熱增溫。煤炭明顯升溫的特征值，一般認(rèn)為在60℃至80℃之間。這一階段煤的熱效應(yīng)明顯，并開始出現(xiàn)干餾反應(yīng)，生成芳香族碳?xì)浠衔锖鸵谎趸嫉瓤扇夹詺怏w。

當(dāng)溫度繼續(xù)升高，外在、內(nèi)在水分蒸發(fā)，熱解作用加速進(jìn)行，煤開始出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象，當(dāng)升溫達(dá)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(fù)合作用”機(jī)理可以看出，地下煤火的發(fā)生是不是和空氣接觸有著密切的關(guān)系呢？“是的，”盧鑒章肯定了記者的猜測，“地下煤火多發(fā)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(qū)，‘煤柱’部分因礦壓而形成很多裂隙，空氣容易進(jìn)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(fā)火時間可分為史前火、唐清火和現(xiàn)代火。史前火發(fā)生在地質(zhì)歷史時期，它是地質(zhì)構(gòu)造運動或古氣候等自然因素作用而引起的，常分布于區(qū)域性大斷裂附近或煤層露頭處，現(xiàn)在早已熄滅。

唐清火發(fā)生于古代和近代。據(jù)記載，我國從唐朝開始采煤行業(yè)，但直至清朝采煤工藝一直發(fā)展緩慢，只能開采近地表的煤層，礦井很淺，為煤火發(fā)育提供了條件。這段時期，在氣候及人為作用下引發(fā)了許多煤火，其中一部分已經(jīng)熄滅，而埋深較淺的近水平煤層，煤火則繼續(xù)燃燒。

現(xiàn)代火形成于現(xiàn)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(jì)50年代末以來亂采亂挖，也有少數(shù)埋深較淺的煤層燃燒與開采方法有關(guān)，如內(nèi)蒙古烏達(dá)煤田的“長壁式”開采方式，開采范圍大，采空區(qū)地表塌陷嚴(yán)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(fēng)供氧的主要通道，為采空區(qū)自然發(fā)火創(chuàng)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(jì)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(zāi)滅火規(guī)范（試行）》，對地下煤火滅火設(shè)計及施工以及熄滅的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等作了具體規(guī)定。

熄滅地火最直接的方法是用水滅火和在地火發(fā)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(fēng)管路，水傳遞黃泥到達(dá)一定的位置，水分干了，就地堵塞，窒息火災(zāi)。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(qū)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(dá)煤田火區(qū)多年沒有熄滅，原因是承包滅火工作的企業(yè)私下開采火煤。對此，盧鑒章認(rèn)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(dǎo)致空氣進(jìn)入，是很容易引起上層煤火復(fù)燃的。

預(yù)報地火可以實現(xiàn)

地火可以熄滅，它能不能預(yù)警預(yù)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(jié)油味或焦油味，都是煤田自燃的外部征兆。

但是這些現(xiàn)象出現(xiàn)的時候，往往地下煤火已經(jīng)開始燃燒。如何在地火發(fā)生之前監(jiān)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(tǒng)，定期抽取礦區(qū)氣體樣品，進(jìn)行化驗分析。

煤在自燃過程中會在不同的階段產(chǎn)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(yù)防措施防止大面積地下煤火的發(fā)生。

有了治理措施和監(jiān)控措施，中國地下煤火正在減少，并將繼續(xù)減少。迄今為止，僅新疆一地，已經(jīng)有7個重大火區(qū)、8個一般火區(qū)地火熄滅，300億噸煤炭資源得以保護(hù)。

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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(fā)動機(jī)的排氣形成沒有氧氣的惰性氣體進(jìn)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(dá)到窒息緩燃的效果，但需要長時間運行，還需要隨時監(jiān)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。（劉揚）