[按]除煤自燃產(chǎn)生地火外，還有油氣和膠狀硫鐵礦會(huì)產(chǎn)生地火。煤炭自燃地火實(shí)質(zhì)上是煤的氧化過(guò)程:1）因吸收空氣中氧氣，煤組成物氧化生熱，被水濕潤(rùn)，放出濕潤(rùn)熱；2)煤炭中黃鐵礦，特別是膠黃鐵礦，氧化為Fe2O3和SO3，放熱，有水時(shí)形成硫酸，加速煤氧化，促進(jìn)煤自燃。煤自燃6個(gè)不同階段：1）煤水物理吸附階段：水被煤吸附會(huì)放熱，即潤(rùn)濕熱；2）煤水化學(xué)吸附階段：可使煤從環(huán)境溫度升至70℃，煤吸附氧氣產(chǎn)生過(guò)氧化物和CO2等氣體，放熱量 5.04～6.72J/g；3）煤分解階段：若煤溫達(dá) 70℃會(huì)分解，產(chǎn)熱量16.8-75.6J/g；4）自燃煤氧復(fù)合物生成階段：生成穩(wěn)定的煤氧復(fù)合物，反應(yīng)溫度150- 230℃，生熱量 25.2～003.4J/g；5）自燃初始階段：煤溫達(dá) 230℃時(shí)，煤反應(yīng)熱 42～243.6J/g；6）自燃快速階段：依氧氣供應(yīng)充足與否，可發(fā)生干餾、不完全燃燒或完全燃燒。
地火為何百年不熄？
來(lái)源：中國(guó)礦業(yè)網(wǎng) 作者: 劉 楊
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閃著紅紅的小火苗。在我國(guó)新疆、內(nèi)蒙古等地的北方礦區(qū)，常常可以看到這樣的景象，這就是地下煤火。目前我國(guó)燃燒著或曾經(jīng)燃燒的火區(qū)有56處，面積約720平方千米，其中正在燃燒的火區(qū)面積有17平方千米至20平方千米，每年燒掉煤炭資源約1000余萬(wàn)噸。
我國(guó)的地下煤火從明清時(shí)期開(kāi)始，有的已燃燒了上百年，浪費(fèi)了大量寶貴的煤炭資源。某國(guó)外媒體評(píng)出的全球五大持續(xù)生態(tài)災(zāi)難，我國(guó)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？
地火，亦稱(chēng)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)，專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)稱(chēng)之為“煤炭自然發(fā)火”。
煤炭自然發(fā)火的機(jī)理說(shuō)法較多，業(yè)內(nèi)比較公認(rèn)的是“煤氧復(fù)合作用學(xué)說(shuō)”。按照這一學(xué)說(shuō)，煤在自然環(huán)境中與空氣接觸，吸附氧氣并發(fā)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(shí)，開(kāi)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。在這一溫度階段，煤的熱效應(yīng)明顯，并開(kāi)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(kāi)始出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象，當(dāng)升溫達(dá)到煤自燃臨界值時(shí)，就開(kāi)始著火了。這一階段除溫度升高外，還會(huì)生成一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔等氣體。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，也是煤易發(fā)生自燃的地方。
我國(guó)北方地下煤火按發(fā)火時(shí)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(shí)期，它是地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)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(guó)從唐朝開(kāi)始有采煤行業(yè)，但直至清朝，采煤工藝一直發(fā)展緩慢，只能開(kāi)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(shí)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(lái)亂采濫挖，也有少數(shù)埋深較淺的煤層燃燒與開(kāi)采方法有關(guān)，如內(nèi)蒙古烏達(dá)煤田的“長(zhǎng)壁式”開(kāi)采方式，開(kāi)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，令煤礦與地表空氣流通，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。
地火能否熄滅？答案是肯定的。從1980年代開(kāi)始，我國(guó)地下煤火的滅火工作就被提上日程。1992年，我國(guó)頒布了世界上第一部《煤田火災(zāi)滅火規(guī)范（試行）》，對(duì)地下煤火滅火設(shè)計(jì)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措施就是注水、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(tái)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。盧鑒章表示，地下煤火熄滅之后，如果開(kāi)采過(guò)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。
有煤的地方就有煤火。然而從世界范圍來(lái)看，煤火主要發(fā)生在印尼、中國(guó)和印度。印尼地礦部官員表示，僅印尼就有超過(guò)1000處的地下煤火在燃燒。煤火燃燒數(shù)十年造成周邊地區(qū)長(zhǎng)期干燥，森林火災(zāi)不可避免，這可謂險(xiǎn)上加險(xiǎn)，對(duì)于滅火則是難上加難。地面煤火最終可能被雨水澆滅，但是任地下煤火自生自滅無(wú)異于天方夜譚，需等到耗盡煤層，或碰到大面積的地下水帶。煤火困擾印尼已經(jīng)20多年，自從1982年厄爾尼諾現(xiàn)象引發(fā)干旱煤火燃起以來(lái)，現(xiàn)已撲滅確認(rèn)263處中的106處。煤火日益普遍的趨勢(shì)源自諸如焊接、爆破等井下活動(dòng)，有時(shí)礦工在井下隨意扔只煙頭都可能引發(fā)煤火。專(zhuān)家說(shuō)：“煤火，時(shí)常出自某人之手！”
國(guó)外正在研究熄滅地火的新方法，一種是用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣形成沒(méi)有氧氣的惰性氣體，使之進(jìn)入煤層空間，長(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，還需要隨時(shí)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(dòng)。燃燒沒(méi)有氧氣，地火就熄滅了。
地火能不能預(yù)警預(yù)報(bào)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，俗稱(chēng)“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(shí)候，往往地下煤火已經(jīng)開(kāi)始燃燒。如何在地火發(fā)生之前監(jiān)測(cè)到它呢？盧鑒章說(shuō)，可以通過(guò)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(yàn)分析。
煤在自燃過(guò)程中會(huì)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。人們可通過(guò)對(duì)煤炭釋放氣體分析，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，我國(guó)地下煤火正在減少，并將繼續(xù)減少。迄今，僅新疆一地已經(jīng)有7個(gè)重大火區(qū)、8個(gè)一般火區(qū)的地火被熄滅，300億噸煤炭資源得以保護(hù)。
煤火嚴(yán)重危及人類(lèi)健康，造成呼吸系統(tǒng)疾病、皮膚癌、心臟病等一系列相關(guān)病癥。煤火燃燒向空氣中釋放的有害化學(xué)物質(zhì)長(zhǎng)期積聚，汞、硒、硫化物等深度污染土地和水源。還有土地冒出大量白色氣體，均為有害物質(zhì)，一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫含量極高，無(wú)法獨(dú)立使用，沒(méi)有植物生長(zhǎng)。
更重要的是消耗大量?jī)?yōu)質(zhì)能源，并產(chǎn)生大量溫室氣體，加速了溫室效應(yīng)。據(jù)調(diào)查，地下煤火產(chǎn)生的二氧化碳每年占世界二氧化碳排放量的10%。
如何科學(xué)有效地治理煤田火區(qū)，這是一個(gè)世界性難題。在全球范圍內(nèi)除了南極洲，其他大洲都存在地下煤火現(xiàn)象。煤田火災(zāi)除了探測(cè)難、撲滅難之外，在治理過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)火區(qū)以外的問(wèn)題，涉及人們的生活，也涉及環(huán)境保護(hù)。只有通過(guò)科學(xué)有效地治理，才能把煤田滅火工程、煤礦滅火工程變成一個(gè)生態(tài)恢復(fù)的工程、生態(tài)建設(shè)的工程。
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