在内蒙古与宁夏的交界处,有座贺兰山脉,庇荫银川,阻挡沙漠。

除了是重要的生态屏障与地理标志,贺兰山还是一个重要的煤炭产地。但就是这个山灵水秀的地方,来自地下的火却已燃烧了300余年。

贺兰山煤层燃烧是怎么引起的 贺兰山煤层自燃300多年(1)

贺兰山

自燃数百年,负面影响远超每年10亿人民币

坐落在贺兰山西北的汝箕沟矿区产的煤,属于无烟煤,因地得名“太西煤”无烟煤成煤于古生代的石炭纪和二叠纪,煤化程度深,含碳量高。

贺兰山煤层燃烧是怎么引起的 贺兰山煤层自燃300多年(2)

太西煤

清朝后期时,汝箕沟附近的煤层便已经开始自燃。至今已燃烧300多年。

目前剩余2.7亿吨煤矿储量,受火区影响的在6700万吨左右。每年燃烧范围扩大约15米,燃烧优质无烟煤115万吨,至少损失10亿元人民币;50年后,这个地区可能就没有煤矿只剩煤灰。

贺兰山煤层燃烧是怎么引起的 贺兰山煤层自燃300多年(3)

贺兰山脉,左上区域明显发黑的是采煤区

煤炭燃烧时,会释放大量的氮氧化物(其中包含一氧化氮)二氧化硫,二氧化碳,一氧化碳和pm2.5与pm10等。

二氧化硫随着煤炭燃烧进入云层,溶于微小水滴,形成亚硫酸,亚硫酸在燃烧排出的pm2.5的作用下氧化,生成硫酸。这时候云层的小液滴均呈酸性,飘到哪个位置,便会降下酸雨。

一氧化氮进入空气后与空气中的氧气聚合,形成二氧化氮。二氧化氮又能与云层中的小液滴作用生成硝酸和一氧化氮,雨水酸化,酸雨的强度又提升了。

二氧化碳就不用多说了,著名的温室气体。与云层中小液滴作用,生成碳酸,雨水酸化。一种煤的燃烧,能放出三种导致酸雨的气体。

贺兰山煤层燃烧是怎么引起的 贺兰山煤层自燃300多年(4)

酸雨危害松林

一氧化碳容易在煤不完全燃烧的时候生成,煤层的燃烧恰好符合这一点。很多煤层燃烧的时候深度都比较深,会释放大量一氧化碳,一氧化碳气体具有毒性,上个世纪很多北方人家冬季取暖不通风,一氧化碳中毒致死不在少数。

pm2.5和pm10,是煤炭燃烧产生的产物之一,是直径小于2.5和10微米的小颗粒。2000-2012年左右常出现的某地“雾霾”基本上就是pm2.5组成的。这类可吸入颗粒物,会对人的呼吸系统健康产生影响,指数越高则影响越大。

贺兰山煤层燃烧是怎么引起的 贺兰山煤层自燃300多年(5)

空气中Pm2.5过量

煤炭不受控地燃烧持续300年,对周围环境,气候,人的身体健康都产生了负面的影响,可以说有百害而无一利。目前也无法对这样的煤层自燃加以利用。

这样算来,损失远远不止每年的10亿人民币。

目前还没有能力将煤层大火扑灭,暂时只能任其燃烧

其实,大约在清朝的时候,人们看到贺兰山的煤在燃烧,肯定也是想要将其扑灭的。但是这真的有这么容易吗?

贺兰山煤层燃烧是怎么引起的 贺兰山煤层自燃300多年(6)

煤层燃烧

小时候玩过火的朋友们都知道,烧一堆木头或者蜂窝煤。基本上需要同等体积的水才能将其扑灭。

澳大利亚天干物燥,发生的山火灾情甚至还需要数月才能扑灭。海底火山,历经数亿年,照样也没被海水浇灭。

汝箕沟矿区,如今有25个着火点,整个火区面积3.32平方公里,相当于462个足球场的面积,这还是仅仅算的平面面积,目前煤层有在表层燃烧的,有在深层燃烧的,因为煤层结构复杂,燃烧的煤层又不好探测,深层燃烧的体积尚不非常准确,但肯定的是不止像熄灭3.32平方公里的平面着火那么容易。

专家也就煤层自燃的事情讨论过,但没有任何进展。方法有是有,但是只能对付面积小,情况简单的煤层自燃:

用水灭火也仅仅适用于部分情况的的火灾。贺兰山煤层自燃就好像一个巨大的熔炉,深度超乎想象,如果想用水来熄灭它的火,需要短时间内灌注大量的水,而且煤层燃烧时用不足量的水去浇它,会产生一氧化碳与氢气的混合气体,会造成更剧烈的燃烧甚至爆炸。

贺兰山煤层燃烧是怎么引起的 贺兰山煤层自燃300多年(7)

灌水法

注浆灌浆,通俗的讲就是拿土灭火。向燃烧的煤层内注入大量的水泥混凝土或者泥沙浆,用泥沙浆填满煤层的缝隙,以达到隔绝空气,阻断燃烧的效果。但此处地质情况复杂,岩层由于长期高温煅烧变得疏松,空气依然能找到通道进入。

贺兰山煤层燃烧是怎么引起的 贺兰山煤层自燃300多年(8)

注浆灌浆

因为部分地区煤层深厚,表层地面煤层正在燃烧,所以必须先将表面正在燃烧的煤层挖走,再进行注浆灌浆,才能有效扑灭煤层自燃。

这些办法都具有一定可行性,但因为汝箕沟矿区地质复杂,情况不同其他火区,目前还暂时没有能力将汝箕沟矿区的煤层自燃扑灭。

且太西煤化学活性和燃烧产生瓦斯的量较高,大量瓦斯加入燃烧,采空区面积增加,火区蔓延更快,运输流动时更容易引燃其他区域。

煤层怎么就自己着火了?

煤这种矿物,接触过的人就会知道,它并不易燃,用打火机或者小的火源去引燃,煤并不会燃烧。那么煤矿又是如何自燃了?

煤的自燃分为三个时期,三段变化。

  1. 潜伏期:表层的煤与空气接触,与氧气发生氧化反应并且放出热量,这个时候的温度并不高,大概最高在50度上下,煤的自燃潜伏期和煤化程度,外部条件有关,褐煤几乎没有潜伏期,烟煤则潜伏期较长。
  2. 自热期:随着温度的升高,氧化速度逐渐提高,温度逐渐在煤层中积累,超过临界温度60-80度后,煤开始干馏,生成各种如氢气,一氧化碳等火灾气体,到达燃点后便开始燃烧。
  3. 燃烧期:燃烧期的煤层释放大量热量,火源温度能达到1000摄氏度以上,有时会有明火出现。

贺兰山煤层燃烧是怎么引起的 贺兰山煤层自燃300多年(9)

燃烧期

当然,有一部分说法是清代时,矿产生产管理不严格,一部分采矿工人从矿井中或者煤周围使用明火,导致煤层被引燃一直燃烧至今。

这个说法如今已不可考。没有明确史料表明是人为因素导致煤层燃烧。

在过去几十年中,国内煤矿行业迅速发展,贺兰山煤矿大量被开采,山中空洞,破面增多,致使煤与氧气接触面积增大,更助长了自燃的速度和面积。

燃烧的煤能就地利用吗?

煤层燃烧这么多年,每年烧掉无数优质无烟煤不说,还白白放跑了这么多的热量,这些能量不能加以利用吗?

澳大利亚新南威尔士洲,位于澳洲东南部,这里的温根山煤层自燃已经持续了6000年,至今未扑灭。美国宾夕法尼亚州,森特勒利亚镇,1962年煤层燃烧至今。世界各地有几千处煤层燃烧,但利用起来却难上加难。

首先不能做温泉。温泉是地热,也就是岩浆加热地下水,地下水热胀冷缩涌上地面形成的,或者是地壳薄,地热直接加热地表水体形成。温泉首先要有水和可以存住水的地质构造。汝箕沟地区为采矿区,地层支离破碎,岩石多空隙,煤层燃烧产生大量有毒有害气体,别说温泉了,人都不合适在这里居住。

贺兰山煤层燃烧是怎么引起的 贺兰山煤层自燃300多年(10)

其次,地热发电也不太行。地热发电需要有相对稳定的地热热源,才能利用地热建发电厂发电。煤层自燃虽然热量足够,但不稳定,建的发电厂总得挪地方,而且也无法在高温的地区建设工厂。

贺兰山煤层燃烧是怎么引起的 贺兰山煤层自燃300多年(11)

地热发电站

正在燃烧的煤层无法开采利用吗?答案是可以,但利用有难度。澳大利亚的煤层自燃后,人们决定和火焰抢时间,正在燃烧的煤炭也会用铲车铲起,灭火后再进行销售运输或者使用。但汝箕沟矿区部分自燃煤层位于地下,无法进入工人和机器开采,地上燃烧的部分,也因高温会造成人员和机器损失而利用率不高。

贺兰山煤层燃烧是怎么引起的 贺兰山煤层自燃300多年(12)

燃烧着的煤矿

不过,时代在发展,社会在进步,人类社会的科技发展到如今日新月异,进步飞快。相信燃烧了几百数千年的煤层,总有一天会因为渺小的人类的力量,而停止它灼热的呼吸。

,