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科学探秘：地下煤火缘何百年不熄？

上月底，一篇名为《内蒙古乌达煤火自燃50年，灭火不成反酿灾难》的报道将地下煤火引入公众视线。中国的地下煤火已经燃烧了上百年，某国外媒体评出的全球五大持续生态灾难，中国煤火赫然上榜。是什么原因引发煤田大面积起火？地火又为什么如此难以熄灭？

红色的土壤，酥脆的岩石，大地笼罩着白烟，到了晚上可以看到地面飘着红红的小火苗。在中国新疆、内蒙古等北方矿区，常常可以皮裙看到这样的景象，这就是地下煤火。燃烧着或曾经燃烧的火区，目前中国有56处，面积约720平方公里，其中正在燃烧的火区面积有17至20平方公里，每立式泵年烧掉煤炭资源约1000余万吨。

熊熊地火，从明清时期开始，有的已燃烧了上百年，浪费了大量宝贵的煤炭资源。煤炭好端端地躺在地下怎么会自燃呢？

从事煤矿安全研究工作40多年的煤炭专家卢鉴章为揭开了谜底。

地火自燃缘于煤氧相遇

地火，亦称地下煤火，是指埋藏在地下的煤层燃烧，并逐步蔓延发展形成规模较大的煤田火灾，煤炭专业术语称“煤炭自然发火”。

煤炭自然发火的机理说法较多，业内比较公认的是“煤氧复合作用学说”。按照这一学说，煤在自然环境中与空气接触，吸附氧气并产生氧化作用，氧化产生的热量使煤炭逐渐升温，当煤层中产生最小值3项的热量大于散发的热量时，开始聚热增温。煤炭明显升温的特征值，一般认为在60℃至80℃之间。这一阶段煤的热效应明显，并开始出现干馏反应，生成芳香族碳首先氢化合物和一氧化碳等可燃性气体。

当温度继续升高，外在、内在水分蒸发，热解作用加速进行，煤开始出现冒烟现象，当升温达到煤自燃临界值时，就开始着火了。这一阶段除温度升高外，还会生成一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔等气体。

从“煤氧复合作用”机理可以看出，地下煤火的发生是不是和空气接触有着密切的关系呢？“是的，”卢鉴章肯定了的猜测，“地下煤火多发生在煤层的露头位置，也就是接触空气的位置。此外，煤矿井下的采空区，‘煤柱’部分因矿压而形成很多裂隙，空气容易进入，也是煤易自燃的地方。”

唐清时代地火一烧百年

卢鉴章介绍，我国北方地下煤火按发火时间可分为史前火、唐清火和现代火。史前火发生在地质历史时期，它是地质构造运动或古气候等自然因素作用而引起的，常分布于区域性大断裂丰城附近或煤层露头处，现在早已熄灭。

唐清火发生于古代和近代。据记载，我国从唐朝开始采煤行业，但直至清朝采煤工艺一直发展缓慢，只能开采近地表的煤层，矿井很浅，为煤火发育提供了条件。这段时期，在气候及人为作用下引发了许多煤火，其中一部分已经熄灭，而埋深较浅的近水平煤层，煤火则继续燃烧。

现代火形成于现代，主要由煤抄数机层自燃和人为两方面原因引起。人为原因主要是上世纪50年代末以来乱采乱挖，也有少数埋深较浅的煤层燃烧与开采方法有关，如内蒙古乌达煤田的“长壁式”开采方式，开采范围大，采空区地表塌陷严重，煤层上覆岩层又薄，很容易形成裂隙，令煤矿与地表沟通，成为漏风供氧的主要通道，为采空区自然发火创造了条件。

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