文/馬志飛

美國(guó)賓夕法尼亞州費(fèi)城西北部160千米處，有一個(gè)名叫桑塔利亞（Centralia）的地方，這里原本是一個(gè)只有1萬(wàn)多居民的美麗小鎮(zhèn)，后來(lái)有人在這里發(fā)現(xiàn)了煤炭資源，采礦給小鎮(zhèn)帶來(lái)了富裕和繁華，卻也帶來(lái)了一場(chǎng)滅頂之災(zāi)。1962年5月，有人在廢棄的礦坑了發(fā)現(xiàn)了微微燃燒的火苗，可從那以后，這里的火苗再也沒(méi)有熄滅過(guò)。雖然當(dāng)?shù)鼐用癫捎孟虻叵鹿嗨?、注入砂土等多種方式與大火作斗爭(zhēng)，但都無(wú)濟(jì)于事，最后不得不搬離家鄉(xiāng)，任其自生自滅。后來(lái)，這座城鎮(zhèn)被媒體評(píng)為“各種災(zāi)難催生的十大‘鬼城’”之一。

不只是美國(guó)如此，更可怕的事也發(fā)生在我們中國(guó)。美國(guó)新聞媒體曾公布了全球仍在繼續(xù)的五大生態(tài)災(zāi)難，“中國(guó)煤火”榜上有名，其余四種為尼日利亞漏油事件、海地森林采伐、烏茲別克斯坦和哈薩克斯坦之間咸?？s小和東太平洋垃圾區(qū)。

煤炭，被譽(yù)為“工業(yè)的糧食”，是人類歷史上最古老的化石燃料，為何也會(huì)給我們?nèi)祟悗?lái)災(zāi)難呢？“中國(guó)煤火’到底有多可怕？接下來(lái)，讓我們慢慢揭開(kāi)這其中的秘密。

野火燒不盡

煤炭資源廣泛分布于世界上70多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，但主要集中在俄羅斯、美國(guó)、中國(guó)、澳大利亞、印度、德國(guó)、南非和波蘭等10個(gè)國(guó)家。其中，中國(guó)查明資源總量約1萬(wàn)億噸，居世界第三位，分布面積約60多萬(wàn)平方千米，約占國(guó)有土地面積的6%，全國(guó)2300多個(gè)縣(市)中,一半以上的縣(市)境內(nèi)都有煤炭資源，但煤炭分布的總體格局是北多南少、西富東貧，大致以昆侖-秦嶺-大別山一線為界，以北的我國(guó)北方省區(qū)煤炭資源量之和占全國(guó)煤炭資源總量的90%以上，且主要分布在山西、陜西、內(nèi)蒙古、新疆四省區(qū)，其余各省僅占不足10%。

有煤炭分布的地方，就會(huì)有自燃發(fā)生的危險(xiǎn)存在。因此，世界各地的煤田都面臨著煤層自燃這一天敵，雖然人們?cè)谙敕皆O(shè)法撲滅這種火災(zāi)，但地火“比毒蛇更光滑，比幽靈更莫測(cè)，它想去哪兒 ，凡人是攔不住的”。此起彼伏的煤田地火，有時(shí)候呈現(xiàn)點(diǎn)狀火源，有時(shí)候卻是“火燒連營(yíng)”，成片出現(xiàn)，給煤礦的安全生產(chǎn)造成了極大困擾。

事實(shí)上，在人類開(kāi)始大規(guī)模開(kāi)采使用煤炭資源以前，它就開(kāi)始自發(fā)燃燒了。如我國(guó)新疆，學(xué)者們根據(jù)第四系黃土中發(fā)現(xiàn)的燒變巖碎片等資料推斷，這里的一些煤田早在幾十萬(wàn)年前就已經(jīng)起火了。

據(jù)媒體報(bào)道，內(nèi)蒙古烏?？h烏達(dá)煤田，自1962年起開(kāi)始燃燒，至今這里的地火已經(jīng)燃燒了近半個(gè)世紀(jì)，整個(gè)烏達(dá)煤田的火區(qū)總面積占整個(gè)煤田面積的10%，造成的損失達(dá)幾十億。

目前，中國(guó)有50多處煤田火區(qū)晝夜燃燒，燃燒面積達(dá)720平方千米，每年經(jīng)濟(jì)損失約40 億元?！睹旱V安全生產(chǎn)“十一五”規(guī)劃》的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)大中型煤礦中，自燃發(fā)火危險(xiǎn)程度嚴(yán)重或較嚴(yán)重的煤礦占72.9%。國(guó)有重點(diǎn)煤礦中，具有自燃發(fā)火危險(xiǎn)的礦井占47.3%。小煤礦中，具有自燃發(fā)火危險(xiǎn)的礦井占85.3%。

自燃之謎

很多人可能會(huì)覺(jué)得疑惑：好端端的煤田，為何會(huì)自己著火呢？其實(shí)，地下煤層自燃的原因是多方面的，概括地說(shuō)包括兩個(gè)方面：

內(nèi)因，即煤自身的物質(zhì)成分引起的，煤中含有的炭、氫、氧、磷、硫等物質(zhì)，它們都會(huì)對(duì)燃燒起到不同程度的貢獻(xiàn)作用。自燃發(fā)火的實(shí)質(zhì)是煤炭自身與空氣中的氧氣接觸，產(chǎn)生氧化反應(yīng)所致，氧化是煤炭自燃的主要原因。一般而言，煤中的氫、氧含量越高，煤炭越易自燃。煤層中磷的燃點(diǎn)很低，當(dāng)它在某一地段富集時(shí)，在氧充分的條件下，首先發(fā)生燃燒，并引起其他易燃物質(zhì)燃燒，最終導(dǎo)致整個(gè)煤層燃燒。硫是一種助燃物質(zhì)，且能夠與氧反應(yīng)，釋放大量熱量，從而致使其他易燃物質(zhì)燃燒。

外因，即褶皺、斷層等構(gòu)造條件的變化，這對(duì)煤層自燃具有一定的促進(jìn)作用，這些地質(zhì)構(gòu)造引起巖層裂隙、節(jié)理發(fā)育，增加了煤層的破碎性和孔隙率，使氧易侵入，改變了煤的透氣性和導(dǎo)熱性能，易于導(dǎo)致煤層自燃。而且人類的開(kāi)采活動(dòng)，破壞了煤層的完整性，加大了煤炭與空氣的接觸面積，也容易造成煤層自燃。因此，煤層露頭、儲(chǔ)煤場(chǎng)等地都是容易引起煤自燃的場(chǎng)所。

地火的分布與危害

我國(guó)煤田火區(qū)主要分布在北緯35°～45°之間，總體趨勢(shì)是西強(qiáng)東弱，且分布于新疆、甘肅、寧夏、青海、陜西、內(nèi)蒙古、山西等省區(qū)，其中新疆、內(nèi)蒙古最為嚴(yán)重。

新疆的煤炭資源十分豐富，預(yù)測(cè)儲(chǔ)量為2000多萬(wàn)億噸, 約占全國(guó)預(yù)測(cè)煤炭資源量的42%，居全國(guó)首位。但與此同時(shí)，新疆煤田也是世界上煤田火災(zāi)最嚴(yán)重的地方之一，地下自燃火區(qū)分布廣泛，從北部的阿勒泰草原到南部的帕米爾高原都有發(fā)生。相關(guān)部門(mén)的研究顯示，我國(guó)北方燃燒的煤田和礦區(qū)有62塊，其中新疆境內(nèi)就分布有35處。

內(nèi)蒙古也是最大的煤炭生產(chǎn)基地之一，近年來(lái)發(fā)現(xiàn)多處火區(qū)。據(jù)2009年上半年對(duì)各盟市煤田煤礦火區(qū)的調(diào)查，內(nèi)蒙古共查明火區(qū)230處、火點(diǎn)647個(gè)，燃燒面積達(dá)6000多萬(wàn)平方米。

其實(shí)，世界各地主要產(chǎn)煤國(guó)家都不同程度地面臨著煤層自燃災(zāi)害，如印度、俄羅斯、美國(guó)、澳大利亞、印度尼西亞、中亞等多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，幾乎每個(gè)產(chǎn)煤的國(guó)家都有煤田地火災(zāi)害。據(jù)美國(guó)《時(shí)代》雜志報(bào)道，除了南極洲外，每個(gè)大洲下面都有數(shù)千處地下煤火在燃燒。

正因?yàn)槿绱?，美?guó)阿拉斯加大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家安努馬?普拉卡斯將煤田地火形容為“沒(méi)有地理界限的世界性災(zāi)難”！這種災(zāi)難，從多個(gè)方面影響著我們的生活：

首先，煤層自燃是一種極其嚴(yán)重的浪費(fèi)。我國(guó)雖然是煤炭生產(chǎn)大國(guó)，卻也是煤炭消費(fèi)大國(guó)，現(xiàn)在我國(guó)每年消費(fèi)煤炭資源約30億噸，其中一部分還需要從海外進(jìn)口。但是，由于煤層自燃，我國(guó)的煤炭資源每年被直接燒掉3000萬(wàn)噸，破壞2億噸，這些煤炭幾乎是我們整個(gè)國(guó)家一個(gè)月的煤炭用量。

其次，煤層自燃威脅煤礦安全生產(chǎn)。煤層自燃火災(zāi)是世界煤炭生產(chǎn)中的一大突出災(zāi)害，也是影響煤礦安全生產(chǎn)的五大災(zāi)害之一。我國(guó)煤礦火災(zāi)十分嚴(yán)重，其中90%以上又是煤層自燃火災(zāi)，如2003年1月11日發(fā)生在黑龍江省哈爾濱市方正縣寶興煤礦的特大火區(qū)瓦斯爆炸事故就與煤層自燃有關(guān)，這起事故造成34人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失419萬(wàn)元。事后查明，引起這場(chǎng)災(zāi)難的直接原因是煤層采空區(qū)封閉不嚴(yán)，因裂隙漏風(fēng)造成采空區(qū)自燃發(fā)火，明火蔓延到密閉之外，加之封閉火區(qū)內(nèi)的通風(fēng)安全措施不可靠，致使瓦斯積聚達(dá)到爆炸條件，造成了瓦斯爆炸事故。

不僅如此，自燃釋放的有毒氣體還嚴(yán)重威脅著井下作業(yè)人員的人身安全，如1999年4月11日發(fā)生在內(nèi)蒙古大嶺煤礦發(fā)生自燃火災(zāi)氣體中毒窒息事件，結(jié)果導(dǎo)致了11名工人死亡。

另外，煤層自燃還會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。燃燒的煤炭不僅會(huì)排放出二氧化碳等大量溫室氣體，還會(huì)向空氣中釋放有害的化學(xué)物質(zhì)，如一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、煙塵等。據(jù)估算，每燃燒100萬(wàn)噸煤，平均要排放出2萬(wàn)噸二氧化硫氣體、20萬(wàn)噸灰渣和3萬(wàn)噸煙塵。這些物質(zhì)不僅會(huì)危害人類健康，造成呼吸系統(tǒng)疾病等，排出的硫化物和氮氧化物等還會(huì)形成酸雨，進(jìn)而破壞生態(tài)環(huán)境，污染水源和土地。

野外局部采樣分析表明，烏達(dá)煤田火區(qū)居民點(diǎn)附近的一氧化碳超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)5.3倍，二氧化碳超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)1.5倍，二氧化硫超過(guò)1.52倍，二氧化氮超標(biāo)2.2倍。此外，自燃產(chǎn)生的有毒氣體和酸雨，使得建筑物和工業(yè)設(shè)施受到酸性腐蝕，縮短了使用壽命。

探火與滅火

要想撲滅煤田地火，首先要做的工作就是想方設(shè)法找到火區(qū)的位置和范圍。有時(shí)候，通過(guò)井下工作人員的報(bào)告能夠得到火源的一些信息，但是在大面積的煤田范圍內(nèi)，如何才能摸清楚火區(qū)位置到底在哪，范圍又有多大呢？隨著遙感技術(shù)和地球物理勘探技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)有很多高科技手段被應(yīng)用到該領(lǐng)域中。

• 方法一：遙感法。我們都知道，任何物體的溫度只要高于絕對(duì)溫度零度(攝氏溫度-273℃)，就會(huì)發(fā)出不同波長(zhǎng)的電磁波，其波長(zhǎng)與物體的溫度有關(guān)。地下煤層燃燒過(guò)程中釋放的熱量將改變地表原有的輻射特征，因此，觀測(cè)衛(wèi)星就能夠從宏觀上即大范圍面積內(nèi)發(fā)現(xiàn)高溫火區(qū)的位置。
• 方法二：磁法。煤層及其頂、底板巖石中含有大量的鐵質(zhì)礦物，這些礦物在不受高溫作用時(shí)表現(xiàn)為一種弱磁場(chǎng)背景，當(dāng)煤層自燃時(shí)其頂、底圍巖受高溫烘烤，其中鐵質(zhì)礦物大部分轉(zhuǎn)變成為鐵磁性礦物，隨著燃燒后溫度的降低，冷卻后形成燒變巖，產(chǎn)生一種溫差剩磁，其磁性和圍巖會(huì)有明顯的磁性。根據(jù)這種差異，可以利用高精度磁力儀探測(cè)煤層自燃的火區(qū)位置。
• 方法三：電阻率法。這種方法的原理主要是依據(jù)煤層及頂部巖石的電阻率特性在煤層自燃造成的高溫環(huán)境下發(fā)生變化來(lái)進(jìn)行的。當(dāng)煤炭自燃發(fā)火后,煤層的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和含水性會(huì)發(fā)生較大變化，而且其中非金屬物質(zhì)的電阻率隨溫度的升高而降低，從而引起煤層和周?chē)鷰r石電阻率的變化。
• 方法四：溫度測(cè)量法。這種方法很簡(jiǎn)單，其實(shí)就是通過(guò)測(cè)量溫度來(lái)尋找地下火源，常用的儀器有紅外測(cè)溫儀、熱成像儀等，這些儀器在美國(guó)、俄羅斯以及我國(guó)國(guó)內(nèi)很多煤礦都有實(shí)際應(yīng)用。
• 方法五：氣體測(cè)量法。煤炭在自燃過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量氣體, 如CO、CO2、SO2、CH4等。在井下或通過(guò)鉆孔測(cè)量這些氣體的濃度并結(jié)合井下實(shí)際情況, 可以判斷出地下煤炭自燃的大致位置和范圍。
• 方法六：氡氣測(cè)量法。氡氣是一種自然產(chǎn)生的放射性氣體，在地下深部普遍存在而且能夠通過(guò)巖石裂隙、斷裂等向地表遷移。在煤層及其周?chē)鷹l件大體相同而地下某處煤層自燃時(shí),在自燃區(qū)的頂部氡氣遷移率均會(huì)增大。因此,在火區(qū)頂部氡氣的濃度值將高于非火區(qū)的氡氣濃度值。如果采用合適的方法去探測(cè)并提取這一差異,就可在地表確定地下自燃煤層的位置與范圍。

找到火區(qū)之后，接下來(lái)就需要千方百計(jì)地?fù)錅缢鼈?。我?guó)的煤田滅火技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，可謂是久病成醫(yī)?，F(xiàn)如今，主要的煤火滅火技術(shù)有：直接剝離法、注水法、注漿法、覆蓋法、惰氣滅火法等，雖然各種方法的工作方式不同，但原理基本一致，都是要努力切斷煤層與氧氣的接觸，降低溫度，使之熄滅。

在煤田地火埋藏較淺且面積較小的地方，一般是使用挖掘機(jī)、推土機(jī)等機(jī)械設(shè)備直接挖除火源，將已經(jīng)燃燒或正在燃燒的可燃物全部挖走，這種方向能夠比較徹底地根除火區(qū)的危害。當(dāng)火區(qū)位于地下深部時(shí)，一般采用注水、注漿法，即通過(guò)鉆孔向地下火區(qū)注水或灌注具有一定比例的泥漿，切斷火區(qū)與氧氣的連通渠道，降低煤層溫度，阻止煤炭進(jìn)一步氧化燃燒，從而熄滅火體。但是，由于液體的流動(dòng)性較大，注入地下深部的流體不一定會(huì)按照預(yù)定的方向流動(dòng)，有時(shí)候會(huì)浪費(fèi)大量的泥漿和水而未能有效撲滅地火。倘若煤田火區(qū)范圍較小而且比較封閉，可以采用覆蓋法，即使用黃土充填覆蓋火區(qū)地表的裂縫、塌陷坑、廢棄井口等，封閉火區(qū)，或采用惰氣滅火法，將不能燃燒的N2、NO2、CO2等氣體充入到密閉的煤田火區(qū)中，隔斷煤與氧氣的接觸，從而撲滅火源。

滅火是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù)，而且也不能做到一勞永逸，因?yàn)橐Ｗ缁鸬某晒?zhàn)果也是十分困難的事情，稍有疏忽就會(huì)死灰復(fù)燃。我國(guó)面積最大的煤田火區(qū)——新疆昌吉硫磺溝煤田火區(qū)，距烏魯木齊40千米，火區(qū)總面積180多萬(wàn)平方米，自2000年到2003年底，政府共投資約1億元實(shí)施滅火，歷經(jīng)4年的治理，才于2004年11月1日被宣布撲滅。但是，后來(lái)有人在已經(jīng)封閉的煤田火區(qū)非法開(kāi)采，導(dǎo)致部分地區(qū)又重新燃燒，嚴(yán)重破壞了滅火成果。