張學(xué)慶，張 渝，于明達(dá)，李小飛，王 田，胡社榮

（中國礦業(yè)大學(xué) （北京），北京 100083）

新疆煤田火區(qū)的危害與治理挑戰(zhàn)

張學(xué)慶，張 渝，于明達(dá)，李小飛，王 田，胡社榮

（中國礦業(yè)大學(xué) （北京），北京 100083）

煤層自燃是我國煤礦生產(chǎn)過程中的主要災(zāi)害之一，新疆煤田火區(qū)的煤炭自燃不僅對經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)環(huán)境等造成巨大的影響、還對人類的健康與動(dòng)物的生存造成很大威脅。從煤火造成大量的資源浪費(fèi)、大氣環(huán)境的污染、地表及地下水資源的污染、巖土環(huán)境的穩(wěn)定性造成破壞以及危害生物健康等方面的危害進(jìn)行論述，通過野外實(shí)地調(diào)查與文獻(xiàn)資料調(diào)查，探究了新疆煤田火災(zāi)的治理取得的成果，有效的治理方法以及火災(zāi)治理的現(xiàn)狀和新疆煤田火災(zāi)治理過程中所面臨的挑戰(zhàn)，并根據(jù)所面臨的挑戰(zhàn)提出應(yīng)對新疆煤田火災(zāi)可行的對策措施。

新疆；煤田火災(zāi)；危害；治理挑戰(zhàn)

在全球范圍內(nèi)，有數(shù)千個(gè)地下煤火正在燃燒，每年向大氣層釋放約達(dá)40t汞，以及占全球總排放量3%的CO2。而中國的煤田火災(zāi)則被美國媒體列為“世界5大生態(tài)災(zāi)難”之一。新疆是中國煤炭資源的富集區(qū)之一，也是煤田火災(zāi)發(fā)生的重點(diǎn)省區(qū)，北至阿勒泰草原，南到帕米爾高原都有煤田火災(zāi)發(fā)生［1］。由于煤炭燃燒排放的CO2、CO、SO2、H2S等有毒有害氣體，汞、鉛、鎳、鎘等重金屬及粉塵污染物所造成的大氣污染、水污染、生態(tài)環(huán)境破壞等危害已經(jīng)嚴(yán)重危害到新疆人民的生活安全與身體健康。每年因煤田火災(zāi)造成的直接損失高達(dá)10億元人民幣。新疆已經(jīng)成為全國乃至全世界煤田火災(zāi)最為嚴(yán)重的地區(qū)。

1 新疆煤火的危害

煤田火災(zāi)不僅會(huì)對經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)環(huán)境等造成巨大的影響、還會(huì)對人類的健康與動(dòng)物的生存造成很大危害。

1）造成大量的煤炭資源的浪費(fèi)。根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，新疆每年因煤火燃燒而損失的煤炭資源高達(dá)1000萬t［2］。煤火還會(huì)對附近未燃燒的煤層造成影響，使其變質(zhì)，無法開采利用。大火還會(huì)使附近的地質(zhì)構(gòu)造變形，不利于煤炭開采，因此受損的煤炭資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過燃燒損失的煤炭資源。

2）造成大氣環(huán)境的污染。火區(qū)煤炭燃燒釋放大量的CO、CO2、SO2、CH4和 H2S等有毒有害氣體，同時(shí)還有大量的粉塵、熱量等污染物。這些污染物在大氣中遷移擴(kuò)散，從而對大氣環(huán)境造成溫室效應(yīng)、大范圍的酸雨等污染。如果這些有害氣體不能及時(shí)的消散，還會(huì)造成二次污染，即SO2轉(zhuǎn)變成SO3，SO3進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成有毒H2SO4和SO2－4等物質(zhì)。

3）造成生態(tài)環(huán)境的破壞。煤火區(qū)域因煤炭的燃燒形成的熱效應(yīng)，導(dǎo)致土質(zhì)疏松，土壤內(nèi)有機(jī)質(zhì)下降，改變了土壤的特性，造成營養(yǎng)循環(huán)不完善，植物生存困難，導(dǎo)致煤火地區(qū)植被稀疏、生物退化［3］。而且地表高溫會(huì)直接造成植被大面積的枯萎死亡，引發(fā)火區(qū)附近森林、草場火災(zāi)，造成大范圍地表植被破壞。經(jīng)雨雪沖刷后造成水土流失，加劇了土壤的沙漠化，最終導(dǎo)致該區(qū)域的生物鏈被破壞，造成生態(tài)失衡。

4）對地表、地下水資源的污染與破壞。在煤火所在區(qū)域，由于煤火的熱效應(yīng)，煤及圍巖中金屬和非金屬物質(zhì)經(jīng)過高溫形成酸堿性化合物，導(dǎo)致煤層及圍巖所含的金屬元素富集。其中重金屬元素在煤炭燃燒的過程中會(huì)通過各種途徑遷移、擴(kuò)散到地表及地下水系中，從而造成水資源的污染與破壞。

5）對巖土環(huán)境的穩(wěn)定性造成破壞。隨著煤火的蔓延，燒空區(qū)的數(shù)量和面積也會(huì)隨之不斷增加。燒空區(qū)上覆巖層由于受到自身重力的影響會(huì)發(fā)生破斷，進(jìn)而導(dǎo)致地表下沉和塌陷，形成地面裂縫與塌陷坑。氧氣通過這些裂隙和塌陷坑接觸到煤層，使得煤火蔓延的速度增加，最后形成了“燃燒—塌陷—燃燒”的惡性循環(huán)。燒空區(qū)還會(huì)改變火區(qū)圍巖的平衡狀態(tài)，容易導(dǎo)致滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的形成，如果遇到雨季還會(huì)導(dǎo)致泥石流的發(fā)生，造成二次災(zāi)害。

6）危害生物健康。煤火區(qū)通常是各種疾病的高發(fā)區(qū)，煤田火災(zāi)造成的大氣污染、水污染、土壤污染不僅會(huì)對植被造成損害，還會(huì)直接危害人類和其他動(dòng)物的健康。燃煤產(chǎn)生大量的有毒氣體、粉塵和重金屬物質(zhì)，這些物質(zhì)的不斷擴(kuò)散與遷移，致使當(dāng)?shù)鼐用耦净几鞣N地方病，嚴(yán)重時(shí)會(huì)形成癌癥村。同時(shí)煤田火災(zāi)所造成的各種污染也會(huì)使農(nóng)牧區(qū)的牲畜和野生動(dòng)物受到不良影響。

煤火還會(huì)對地面工業(yè)、電力、測繪、交通等設(shè)施造成大量破壞，致使人們的日常生活受到很大影響。

2 新疆煤田火災(zāi)的治理成果、治理方法與現(xiàn)狀

2.1 火災(zāi)治理成果

自1958年新疆第一支專業(yè)煤田滅火隊(duì)伍成立以來，經(jīng)過新疆煤田滅火人近60年的艱苦努力，新疆煤田火區(qū)的治理已經(jīng)取得了顯著的成效。1984～1999年烏魯木齊鐵廠溝、奇臺北山、阜康白楊河、小龍口、小黃山等首批五大重點(diǎn)火區(qū)全部實(shí)現(xiàn)滅火，避免了300億t煤炭資源被大火吞噬浪費(fèi)；被《新疆維吾爾自治區(qū)煤田火區(qū)治理規(guī)劃（調(diào)整方案）》確定的首批治理的8大重點(diǎn)火區(qū)中的昌吉硫磺溝火區(qū)，托克遜克爾堿火區(qū)，拜城鐵列克火區(qū)，輪臺陽霞火區(qū)和拜城庫爾阿肯火區(qū)都已先后實(shí)現(xiàn)滅火并通過相關(guān)部門的驗(yàn)收?！笆晃濉逼陂g，新疆煤田治理火區(qū)面積302萬m2，保護(hù)煤炭資源110億t，累計(jì)減排CO、SO2等有毒有害氣體3.9億t，恢復(fù)并保護(hù)植被500萬m2［4］。表1所示為新疆煤田滅火工程處2008年發(fā)布《新疆維吾爾自治區(qū)第三次煤田火區(qū)普查報(bào)告》后，又完成的滅火成果。

表1 2008～2014年之后完成的滅火成果

2.2 火災(zāi)治理方法

目前新疆對煤田火災(zāi)的治理主要采用剝離、注水、鉆探、注漿、覆蓋的綜合滅火方法。這是新疆煤田火災(zāi)滅火人根據(jù)50多年的滅火經(jīng)驗(yàn)，摸索和總結(jié)出的一套科學(xué)合理、行之有效的火區(qū)治理技術(shù)方法和施工工藝。

2.2.1 水剝離法

此法滅火徹底，適用于火源較淺，面積較小并且火區(qū)蔓延較慢的火區(qū)。首先對火區(qū)進(jìn)行注水降溫至40℃，并對淺部空洞區(qū)進(jìn)行爆破處理。然后通過機(jī)械剝離或定向爆破剝除火區(qū)的露頭火源及部分燒變巖。

2.2.2 注水注漿覆蓋法

這種方法適用于燃燒部位較淺，裂隙非常發(fā)育的煤田火區(qū)。其特點(diǎn)是不受火區(qū)面積的條件限制，施工靈活。剝開火源后，通過地表裂隙、塌陷注水降溫至臨界溫度70℃，或注水淹沒火體使煤層火熄滅。然后向火區(qū)深部注水或灌注黃泥漿（或阻燃膠體、固體充填料等），降低燃煤溫度，隔絕煤層與氧氣接觸，阻止煤炭進(jìn)一步氧化燃燒，從而熄滅火體。最后利用黃土充填封閉火區(qū)地表裂縫、塌陷坑、廢舊采空區(qū)等，斷絕火區(qū)通風(fēng)供氧通道。

2.2.3 打鉆注水注漿覆蓋法

當(dāng)煤火燃燒深度較大時(shí)，一般采用此方法滅火。使用該方法滅火首先要?jiǎng)冸x火區(qū)露頭火源及部分燒變巖，對火區(qū)進(jìn)行斜坡化處理，使火區(qū)表面形成一個(gè)具備打鉆覆蓋條件的場所。然后在火區(qū)分別布置探火鉆孔、滅火鉆孔和觀測鉆孔。以滅火鉆孔為中心對燃燒煤層進(jìn)行注水降溫和注水封閉。注水注漿要遵循先高溫區(qū)后低溫區(qū)，間歇性注水的原則進(jìn)行，避免爆噴事故。注漿材料一般選用黃土，為保證滅火效果，火區(qū)內(nèi)塌陷區(qū)裂隙應(yīng)基本充填，火區(qū)處于完全封閉狀態(tài)后方可停止注漿。為確保氧氣隔絕，防治復(fù)燃，最后在進(jìn)行地表覆蓋。

2.3 火災(zāi)治理現(xiàn)狀

由于諸多因素的影響，新疆煤田滅火工作猶如打鼴鼠游戲一樣，撲滅一處火區(qū)，隨后在幾百公里外的其他地方又會(huì)出現(xiàn)新的火區(qū)。在加快煤田老火區(qū)治理的同時(shí)，新的火區(qū)卻在不斷的產(chǎn)生，并有擴(kuò)大蔓延的趨勢。

根據(jù)新疆煤田滅火工程局完成的《新疆維吾爾自治區(qū)第三次煤田火區(qū)普查報(bào)告》顯示，截至2008年底，新疆地區(qū)尚有49處火區(qū)未處理，其中新增火區(qū)22處。火區(qū)面積906萬m2，每年燃燒煤炭資源達(dá)855萬t，排放有害氣體和煙塵100萬t左右，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)10億元［5］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，新疆煤田火區(qū)的數(shù)量正以每年2～3個(gè)的速度增加，燃燒面積則以每年44.27萬m2的速度擴(kuò)張，475225萬t煤炭資源受到直接威脅。

3 新疆煤田火災(zāi)治理面臨的挑戰(zhàn)

造成新疆煤田火災(zāi)滅而不絕，不減反增的原因是多種的，它是由地質(zhì)、地理、氣候、經(jīng)濟(jì)、人為等因素綜合作用的結(jié)果。

1）喜馬拉雅造山運(yùn)動(dòng)的抬升隆起作用，使得煤層露頭多且多呈急傾斜。并且新疆的大部分煤田形成于侏羅紀(jì)，成煤期比較晚，煤的自燃發(fā)火期較短。因此暴露的煤層與空氣中的氧充分接觸后，極易發(fā)生自燃，并蔓延擴(kuò)散后發(fā)展成煤田火災(zāi)。

2）新疆遠(yuǎn)離海洋，深居內(nèi)陸，是典型的溫帶大陸性氣候，日照時(shí)間充足，氣候干燥，降水量少，特別是煤田火區(qū)分布的大部分地區(qū)年降水量不足100mm，個(gè)別火區(qū)降水量僅20mm，這對煤田火區(qū)的產(chǎn)生與擴(kuò)散起到了促進(jìn)和催化作用。

3）新疆煤田火區(qū)分布范圍極廣，北至阿勒泰草原，南到帕米爾高原都有煤田火災(zāi)發(fā)生，火區(qū)間隔數(shù)十公里至數(shù)千公里不等，不利于對煤田火災(zāi)進(jìn)行系統(tǒng)和有效的監(jiān)控。并且火區(qū)多分布于人跡罕至的荒漠戈壁或崇山峻嶺之中，施工條件惡劣，受季節(jié)影響，施工期較短，限制了煤田火災(zāi)治理的速度。

4）新疆目前采用的是剝離平整、注水、鉆探、注漿、覆蓋的綜合滅火方法，這對滅火地區(qū)的水土資源量有很大的要求，然而很多火區(qū)缺水少土，加之滅火經(jīng)費(fèi)的不足，滅火新技術(shù)、新方法、新材料、新工藝等方面的研發(fā)深度不夠，給滅火的施工，治理帶來了很大的困難。

5）有些單位或個(gè)人在利益的驅(qū)使下，在已經(jīng)通過國家驗(yàn)收的煤田火區(qū)里濫采亂掘，“火中取栗”擅自揭開滅火覆蓋土層，致使已治理的火區(qū)又發(fā)生不同程度的復(fù)燃現(xiàn)象。而且有些單位借滅火之名，偷挖亂采，這都給新疆煤火的治理增加了很大難度。

4 應(yīng)對新疆煤田火災(zāi)的措施

1）加強(qiáng)煤炭企業(yè)的防火技術(shù)和管理措施，嚴(yán)格執(zhí)行煤礦關(guān)停有關(guān)規(guī)程，杜絕新的煤田火區(qū)產(chǎn)生。同時(shí)制定煤田滅火成果保護(hù)辦法，嚴(yán)防已治理火區(qū)的復(fù)燃。

2）加大用于滅火新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新機(jī)制的開發(fā)與創(chuàng)新的資金投入，多培養(yǎng)專業(yè)滅火技術(shù)人才，增強(qiáng)滅火隊(duì)伍力量，加快煤田火災(zāi)治理的進(jìn)度。

3）建立新疆煤田火區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)中心，通過對火區(qū)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測掌握新疆煤田火災(zāi)的變化情況，為相關(guān)部門治理火災(zāi)提供科學(xué)合理的決策依據(jù)。

4）加強(qiáng)與國內(nèi)外煤田滅火機(jī)構(gòu)的交流與合作，多學(xué)習(xí)和引進(jìn)先進(jìn)的滅后理念和技術(shù)，多吸引社會(huì)力量和國際合作伙伴參與到新疆煤田滅火，為加快煤田火災(zāi)的治理提供技術(shù)和資金支持。

［1］羅淑正，玉米提·哈力克，Joerg Schulz，等.新疆煤田火災(zāi)的成因、危害及綜合治理［J］.災(zāi)害學(xué)，2008，23（3）：62－65.

［2］曾強(qiáng).新疆地區(qū)煤火燃燒系統(tǒng)熱動(dòng)力特性研究［D］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2012.

［3］齊德香.新疆煤田火災(zāi)的危害及其防治［J］.中國煤炭，2005（6）：34－36，51.

［4］胡雋秋.新疆煤炭工業(yè)“十一五”回顧及“十二五”展望［J］.中國煤炭，2011（4）：20－24，95.

［5］齊德香，蔡忠勇，曹建文，等.新疆維吾爾自治區(qū)第三次煤田火區(qū)普查報(bào)告［R］.新疆煤田滅火工程局，2008.

Damages and cellenge for governing of coalfield fires in Xinjiang

ZHANG Xue－qing，ZHANG Yu，YU Ming－da，LI Xiao－fei，WANG Tian，HU She－rong
（China University of Mining and Technology，Beijing，Beijing 100083，China）

Spontaneous combustion of coal seam is one of the serious disasters in the production process of coal mine.The impact of coal fire in Xinjiang is not only on the economic，social and ecological environment，but also caused threat to the health of human and animal survival.The paper discussed the environmental hazards from some aspects，such as the waste of resources，pollution of atmospheric environment，surface and groundwater resources，the stability of geotechnical environment destruction.Through the investigation of field work and literature，the paper summarized some achievements of the coal fire management，some effective measures to control the coal fire，the present situation of coal fire and the challenge of dealing with Xinjiang coal fire.At last，the paper put forward some feasible countermeasures to control the coal fire.

Xinjiang；coalfield fires；damage；dhallenge for governing

2014－09－10

TD75

A

1004－4051（2014）S2－0093－03