新疆煤田火区的危害与治理挑战

张学庆，张 渝，于明达，李小飞，王 田，胡社荣

（中国矿业大学 （北京），北京 100083）

新疆煤田火区的危害与治理挑战

张学庆，张 渝，于明达，李小飞，王 田，胡社荣

（中国矿业大学 （北京），北京 100083）

煤层自燃是我国煤矿生产过程中的主要灾害之一，新疆煤田火区的煤炭自燃不仅对经济、社会和生态环境等造成巨大的影响、还对人类的健康与动物的生存造成很大威胁。从煤火造成大量的资源浪费、大气环境的污染、地表及地下水资源的污染、岩土环境的稳定性造成破坏以及危害生物健康等方面的危害进行论述，通过野外实地调查与文献资料调查，探究了新疆煤田火灾的治理取得的成果，有效的治理方法以及火灾治理的现状和新疆煤田火灾治理过程中所面临的挑战，并根据所面临的挑战提出应对新疆煤田火灾可行的对策措施。

新疆；煤田火灾；危害；治理挑战

在全球范围内，有数千个地下煤火正在燃烧，每年向大气层释放约达40t汞，以及占全球总排放量3%的CO2。而中国的煤田火灾则被美国媒体列为“世界5大生态灾难”之一。新疆是中国煤炭资源的富集区之一，也是煤田火灾发生的重点省区，北至阿勒泰草原，南到帕米尔高原都有煤田火灾发生［1］。由于煤炭燃烧排放的CO2、CO、SO2、H2S等有毒有害气体，汞、铅、镍、镉等重金属及粉尘污染物所造成的大气污染、水污染、生态环境破坏等危害已经严重危害到新疆人民的生活安全与身体健康。每年因煤田火灾造成的直接损失高达10亿元人民币。新疆已经成为全国乃至全世界煤田火灾最为严重的地区。

1 新疆煤火的危害

煤田火灾不仅会对经济、社会和生态环境等造成巨大的影响、还会对人类的健康与动物的生存造成很大危害。

1）造成大量的煤炭资源的浪费。根据有关资料统计，新疆每年因煤火燃烧而损失的煤炭资源高达1000万t［2］。煤火还会对附近未燃烧的煤层造成影响，使其变质，无法开采利用。大火还会使附近的地质构造变形，不利于煤炭开采，因此受损的煤炭资源远远超过燃烧损失的煤炭资源。

2）造成大气环境的污染。火区煤炭燃烧释放大量的CO、CO2、SO2、CH4和 H2S等有毒有害气体，同时还有大量的粉尘、热量等污染物。这些污染物在大气中迁移扩散，从而对大气环境造成温室效应、大范围的酸雨等污染。如果这些有害气体不能及时的消散，还会造成二次污染，即SO2转变成SO3，SO3进一步转化成有毒H2SO4和SO2－4等物质。

3）造成生态环境的破坏。煤火区域因煤炭的燃烧形成的热效应，导致土质疏松，土壤内有机质下降，改变了土壤的特性，造成营养循环不完善，植物生存困难，导致煤火地区植被稀疏、生物退化［3］。而且地表高温会直接造成植被大面积的枯萎死亡，引发火区附近森林、草场火灾，造成大范围地表植被破坏。经雨雪冲刷后造成水土流失，加剧了土壤的沙漠化，最终导致该区域的生物链被破坏，造成生态失衡。

4）对地表、地下水资源的污染与破坏。在煤火所在区域，由于煤火的热效应，煤及围岩中金属和非金属物质经过高温形成酸碱性化合物，导致煤层及围岩所含的金属元素富集。其中重金属元素在煤炭燃烧的过程中会通过各种途径迁移、扩散到地表及地下水系中，从而造成水资源的污染与破坏。

5）对岩土环境的稳定性造成破坏。随着煤火的蔓延，烧空区的数量和面积也会随之不断增加。烧空区上覆岩层由于受到自身重力的影响会发生破断，进而导致地表下沉和塌陷，形成地面裂缝与塌陷坑。氧气通过这些裂隙和塌陷坑接触到煤层，使得煤火蔓延的速度增加，最后形成了“燃烧—塌陷—燃烧”的恶性循环。烧空区还会改变火区围岩的平衡状态，容易导致滑坡等地质灾害的形成，如果遇到雨季还会导致泥石流的发生，造成二次灾害。

6）危害生物健康。煤火区通常是各种疾病的高发区，煤田火灾造成的大气污染、水污染、土壤污染不仅会对植被造成损害，还会直接危害人类和其他动物的健康。燃煤产生大量的有毒气体、粉尘和重金属物质，这些物质的不断扩散与迁移，致使当地居民罹患各种地方病，严重时会形成癌症村。同时煤田火灾所造成的各种污染也会使农牧区的牲畜和野生动物受到不良影响。

煤火还会对地面工业、电力、测绘、交通等设施造成大量破坏，致使人们的日常生活受到很大影响。

2 新疆煤田火灾的治理成果、治理方法与现状

2.1 火灾治理成果

自1958年新疆第一支专业煤田灭火队伍成立以来，经过新疆煤田灭火人近60年的艰苦努力，新疆煤田火区的治理已经取得了显著的成效。1984～1999年乌鲁木齐铁厂沟、奇台北山、阜康白杨河、小龙口、小黄山等首批五大重点火区全部实现灭火，避免了300亿t煤炭资源被大火吞噬浪费；被《新疆维吾尔自治区煤田火区治理规划（调整方案）》确定的首批治理的8大重点火区中的昌吉硫磺沟火区，托克逊克尔碱火区，拜城铁列克火区，轮台阳霞火区和拜城库尔阿肯火区都已先后实现灭火并通过相关部门的验收。“十一五”期间，新疆煤田治理火区面积302万m2，保护煤炭资源110亿t，累计减排CO、SO2等有毒有害气体3.9亿t，恢复并保护植被500万m2［4］。表1所示为新疆煤田灭火工程处2008年发布《新疆维吾尔自治区第三次煤田火区普查报告》后，又完成的灭火成果。

表1 2008～2014年之后完成的灭火成果

2.2 火灾治理方法

目前新疆对煤田火灾的治理主要采用剥离、注水、钻探、注浆、覆盖的综合灭火方法。这是新疆煤田火灾灭火人根据50多年的灭火经验，摸索和总结出的一套科学合理、行之有效的火区治理技术方法和施工工艺。

2.2.1 水剥离法

此法灭火彻底，适用于火源较浅，面积较小并且火区蔓延较慢的火区。首先对火区进行注水降温至40℃，并对浅部空洞区进行爆破处理。然后通过机械剥离或定向爆破剥除火区的露头火源及部分烧变岩。

2.2.2 注水注浆覆盖法

这种方法适用于燃烧部位较浅，裂隙非常发育的煤田火区。其特点是不受火区面积的条件限制，施工灵活。剥开火源后，通过地表裂隙、塌陷注水降温至临界温度70℃，或注水淹没火体使煤层火熄灭。然后向火区深部注水或灌注黄泥浆（或阻燃胶体、固体充填料等），降低燃煤温度，隔绝煤层与氧气接触，阻止煤炭进一步氧化燃烧，从而熄灭火体。最后利用黄土充填封闭火区地表裂缝、塌陷坑、废旧采空区等，断绝火区通风供氧通道。

2.2.3 打钻注水注浆覆盖法

当煤火燃烧深度较大时，一般采用此方法灭火。使用该方法灭火首先要剥离火区露头火源及部分烧变岩，对火区进行斜坡化处理，使火区表面形成一个具备打钻覆盖条件的场所。然后在火区分别布置探火钻孔、灭火钻孔和观测钻孔。以灭火钻孔为中心对燃烧煤层进行注水降温和注水封闭。注水注浆要遵循先高温区后低温区，间歇性注水的原则进行，避免爆喷事故。注浆材料一般选用黄土，为保证灭火效果，火区内塌陷区裂隙应基本充填，火区处于完全封闭状态后方可停止注浆。为确保氧气隔绝，防治复燃，最后在进行地表覆盖。

2.3 火灾治理现状

由于诸多因素的影响，新疆煤田灭火工作犹如打鼹鼠游戏一样，扑灭一处火区，随后在几百公里外的其他地方又会出现新的火区。在加快煤田老火区治理的同时，新的火区却在不断的产生，并有扩大蔓延的趋势。

根据新疆煤田灭火工程局完成的《新疆维吾尔自治区第三次煤田火区普查报告》显示，截至2008年底，新疆地区尚有49处火区未处理，其中新增火区22处。火区面积906万m2，每年燃烧煤炭资源达855万t，排放有害气体和烟尘100万t左右，直接经济损失达10亿元［5］。据统计，新疆煤田火区的数量正以每年2～3个的速度增加，燃烧面积则以每年44.27万m2的速度扩张，475225万t煤炭资源受到直接威胁。

3 新疆煤田火灾治理面临的挑战

造成新疆煤田火灾灭而不绝，不减反增的原因是多种的，它是由地质、地理、气候、经济、人为等因素综合作用的结果。

1）喜马拉雅造山运动的抬升隆起作用，使得煤层露头多且多呈急倾斜。并且新疆的大部分煤田形成于侏罗纪，成煤期比较晚，煤的自燃发火期较短。因此暴露的煤层与空气中的氧充分接触后，极易发生自燃，并蔓延扩散后发展成煤田火灾。

2）新疆远离海洋，深居内陆，是典型的温带大陆性气候，日照时间充足，气候干燥，降水量少，特别是煤田火区分布的大部分地区年降水量不足100mm，个别火区降水量仅20mm，这对煤田火区的产生与扩散起到了促进和催化作用。

3）新疆煤田火区分布范围极广，北至阿勒泰草原，南到帕米尔高原都有煤田火灾发生，火区间隔数十公里至数千公里不等，不利于对煤田火灾进行系统和有效的监控。并且火区多分布于人迹罕至的荒漠戈壁或崇山峻岭之中，施工条件恶劣，受季节影响，施工期较短，限制了煤田火灾治理的速度。

4）新疆目前采用的是剥离平整、注水、钻探、注浆、覆盖的综合灭火方法，这对灭火地区的水土资源量有很大的要求，然而很多火区缺水少土，加之灭火经费的不足，灭火新技术、新方法、新材料、新工艺等方面的研发深度不够，给灭火的施工，治理带来了很大的困难。

5）有些单位或个人在利益的驱使下，在已经通过国家验收的煤田火区里滥采乱掘，“火中取栗”擅自揭开灭火覆盖土层，致使已治理的火区又发生不同程度的复燃现象。而且有些单位借灭火之名，偷挖乱采，这都给新疆煤火的治理增加了很大难度。

4 应对新疆煤田火灾的措施

1）加强煤炭企业的防火技术和管理措施，严格执行煤矿关停有关规程，杜绝新的煤田火区产生。同时制定煤田灭火成果保护办法，严防已治理火区的复燃。

2）加大用于灭火新技术、新工艺、新设备、新机制的开发与创新的资金投入，多培养专业灭火技术人才，增强灭火队伍力量，加快煤田火灾治理的进度。

3）建立新疆煤田火区监测系统中心，通过对火区的动态监测掌握新疆煤田火灾的变化情况，为相关部门治理火灾提供科学合理的决策依据。

4）加强与国内外煤田灭火机构的交流与合作，多学习和引进先进的灭后理念和技术，多吸引社会力量和国际合作伙伴参与到新疆煤田灭火，为加快煤田火灾的治理提供技术和资金支持。

［1］罗淑正，玉米提·哈力克，Joerg Schulz，等.新疆煤田火灾的成因、危害及综合治理［J］.灾害学，2008，23（3）：62－65.

［2］曾强.新疆地区煤火燃烧系统热动力特性研究［D］.徐州：中国矿业大学，2012.

［3］齐德香.新疆煤田火灾的危害及其防治［J］.中国煤炭，2005（6）：34－36，51.

［4］胡隽秋.新疆煤炭工业“十一五”回顾及“十二五”展望［J］.中国煤炭，2011（4）：20－24，95.

［5］齐德香，蔡忠勇，曹建文，等.新疆维吾尔自治区第三次煤田火区普查报告［R］.新疆煤田灭火工程局，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