Пожар в угольных пластах — это горение обнажения или подземного угольного пласта . Большинство пожаров в угольных пластах проявляют тлеющее горение, [1] особенно подземные пожары в угольных пластах, из-за ограниченного доступа кислорода в атмосфере. Случаи пожаров в угольных пластах на Земле датируются несколькими миллионами лет назад. [2] [3] Из-за теплоизоляции и предотвращения тушения дождя / снега земной корой подземные пожары в угольных пластах являются наиболее стойкими пожарами на Земле и могут гореть тысячи лет, как, например, Горящая гора в Австралии. [4] Пожары в угольных пластах могут возникнуть в результате самонагревания, низкотемпературного окисления, удара молнии, лесных пожаров и даже поджогов. Пожары в угольных пластах медленно формируют литосферу и меняют атмосферу, но в наше время этот темп стал более быстрым и масштабным, что вызвано горнодобывающей промышленностью. [5]
Угольные пожары представляют собой серьезную угрозу для здоровья и безопасности, поскольку они наносят вред окружающей среде, выделяя токсичные пары; повторное разжигание травяных, кустарниковых или лесных пожаров; и вызывая проседание наземной инфраструктуры, такой как дороги, трубопроводы, линии электропередач, опоры мостов, здания и дома. Независимо от того, возникли ли пожары в угольных пластах по вине человека или по естественным причинам, они продолжают гореть в течение десятилетий, столетий или даже тысячелетий, пока не произойдет одно из следующих событий: либо исчерпается источник топлива, либо будет обнаружен постоянный уровень грунтовых вод, либо глубина ожог становится больше, чем способность земли утихнуть и выйти наружу, или вмешается человек. Поскольку пожары в угольных пластах горят под землей, тушить их чрезвычайно сложно и дорого, и их вряд ли удастся потушить дождями. [6] Существует большое сходство между угольными пожарами и торфяными пожарами .
В любой момент по всему миру горят тысячи подземных угольных пожаров. Проблема наиболее остра в промышленно развитых, богатых углем странах, таких как Китай. [5] По оценкам, глобальные выбросы угольных пожаров приводят к попаданию в атмосферу 40 тонн ртути ежегодно, что составляет три процента мировых ежегодных выбросов CO 2 . [7]
Пожары в угольных пластах можно разделить на приповерхностные, при которых пласты выходят на поверхность и необходимый для их воспламенения кислород поступает из атмосферы, и пожары в глубоких подземных шахтах, где кислород поступает из вентиляции.
Пожары на шахтах могут начаться в результате промышленной аварии, обычно связанной со взрывом газа. Исторически сложилось так, что некоторые пожары на шахтах начинались, когда власти прекращали незаконную добычу полезных ископаемых , обычно путем взрыва шахты. Многие недавние пожары в шахтах начались из-за того, что люди сжигали мусор на свалке , которая находилась недалеко от заброшенных угольных шахт, в том числе широко разрекламированный пожар в Сентралии, штат Пенсильвания , который горит с 1962 года. Из сотен шахтных пожаров в Соединенных Штатах горящие сегодня, большинство из них находится в штате Пенсильвания .
Некоторые пожары вдоль угольных пластов являются естественными явлениями. Некоторые угли могут самовоспламеняться при температуре всего 40 ° C (104 ° F) для бурого угля при правильных условиях влажности и размера зерна. [8] Пожар обычно начинается на расстоянии одного-двух футов внутри угля, на глубине, где проницаемость угля позволяет приток воздуха, но где вентиляция не удаляет выделяющееся тепло. Самовозгорание было признанной проблемой во времена пароходства. Одним из хорошо известных источников пожаров является прорыв горнодобывающих предприятий в полость с высоким давлением газа метана, который при выбросе может вызвать искру статического электричества, чтобы воспламенить газ и вызвать взрыв угля и пожар. Та же статика газа хорошо известна на судах, и необходимо позаботиться о том, чтобы не возникало такого статического искрения.
Два основных фактора определяют, произойдет самовозгорание или нет: температура окружающей среды и размер зерна:
Лесные пожары (вызванные молнией или другие) могут воспламенить уголь вблизи поверхности или входа в шахту, а тлеющий огонь может распространиться по пласту, создавая проседание, которое может открыть дальнейшие пласты для доступа кислорода и вызвать будущие лесные пожары, когда пожар вспыхнет. на поверхность. Обнажения доисторического клинкера на западе Америки являются результатом доисторических угольных пожаров, в результате которых остался остаток, который лучше противостоит эрозии, чем матрица, оставляя холмы и горы . Подсчитано, что Пылающая гора в Австралии , старейший известный угольный пожар, горит уже 6000 лет. [9]
Во всем мире горят тысячи неугасимых пожаров на шахтах, особенно в Китае, где бедность, отсутствие государственного регулирования и безудержное развитие в совокупности создают экологическую катастрофу. Современная добыча полезных ископаемых выставляет на воздух тлеющие угольные пласты, оживляя пламя.
Сельские китайцы в угленосных регионах часто добывают уголь для бытовых нужд, покидая ямы, когда они становятся слишком глубокими, оставляя легковоспламеняющуюся угольную пыль открытой для воздуха. Использование спутниковых изображений для картирования угольных пожаров в Китае привело к обнаружению многих ранее неизвестных пожаров. Самый старый угольный пожар в Китае находится в Байцзигоу (白芨沟, в округе Даукоу Шизуйшаня , Нинся ) и, как говорят , горел со времен династии Цин (до 1912 года). [10]
Прежде чем приступить к тушению приповерхностного пожара в угольном пласте, следует как можно точнее определить его местонахождение и подземную протяженность. Помимо изучения географического, геологического и инфраструктурного контекста, информацию можно получить путем прямых измерений. К ним относятся:
Подземные угольные шахты могут быть оборудованы стационарно установленными сенсорными системами. Они передают измерения давления, температуры, расхода воздуха и состава газа персоналу, осуществляющему мониторинг безопасности, заблаговременно предупреждая их о любых проблемах.
Помимо разрушения пострадавших территорий, угольные пожары часто выделяют токсичные газы, в том числе окись углерода и диоксид серы . Угольные пожары в Китае, в результате которых потребляется около 20–200 миллионов тонн угля в год, составляют до 1 процента мировых выбросов углекислого газа от ископаемого топлива . [9]
Одним из наиболее заметных изменений будет проседание . Еще один местный экологический эффект может включать присутствие растений или животных, которым помогает угольный пожар. Распространенность чужеродных растений может зависеть от продолжительности пожара и размера пострадавшей территории. Например, возле угольного пожара в Германии в регионе с холодными зимами было обнаружено множество средиземноморских насекомых и пауков, и считается, что повышенная температура почвы над пожарами позволила им выжить. [14]
Для того чтобы огонь разгорелся, ему необходимы топливо, кислород и тепло . Поскольку до подземных пожаров очень трудно добраться напрямую, тушение пожара предполагает поиск соответствующей методологии, учитывающей взаимодействие топлива и кислорода для конкретного рассматриваемого пожара. Пожар можно изолировать от источника топлива, например, с помощью противопожарных преград или огнезащитных барьеров. Многие пожары, особенно на крутых склонах, можно полностью потушить. При приповерхностных пожарах в угольных пластах приток кислорода в воздух можно прервать путем перекрытия территории или установки газонепроницаемых барьеров. Другая возможность состоит в том, чтобы препятствовать оттоку дымовых газов, чтобы пожар тушился собственными выхлопными газами. Энергию можно удалить путем охлаждения, обычно закачивая большое количество воды. Однако, если оставшийся сухой уголь поглощает воду, возникающее в результате поглощения тепло может привести к повторному возгоранию некогда потушенного огня по мере высыхания участка. Соответственно, энергии необходимо отвести больше, чем генерирует пожар. На практике эти методы комбинируются, и каждый случай зависит от имеющихся ресурсов. Это особенно актуально для воды, например в засушливых регионах, и для укрывного материала, такого как лесс или глина, для предотвращения контакта с атмосферой.
Тушение подземных угольных пожаров, температура которых иногда превышает 540 °C (1000 °F), очень опасно и очень дорого. [9]
Приповерхностные пожары в угольных пластах в Китае тушат стандартным методом, в основном состоящим из следующих этапов:
В настоящее время предпринимаются попытки усовершенствовать этот метод, например, с помощью добавок к тушащей воде или альтернативных огнетушащих веществ.
Подземные пожары в угольных пластах обычно тушат путем инертизации силами горноспасателей . Для этого зону поражения изолируют дамбовыми сооружениями в штольнях. Затем вводят инертный газ, обычно азот, обычно используя доступные трубопроводы.
В 2004 году китайское правительство заявило об успехе в тушении пожара на шахте недалеко от Урумчи в китайской провинции Синьцзян , который горел с 1874 года. Однако в статье журнала Time за март 2008 года цитируются слова исследователя Стивена К. Эндрюса: «Я решил пойди посмотри, как его потушили, и пламя видно, и все еще горит... Говорят, потушили, а кто скажет иначе? [15]
Агрегат реактивного двигателя, известный как Gorniczy Agregat Gasniczy (GAG), был разработан в Польше и успешно использовался для тушения угольных пожаров и вытеснения рудничного газа в шахтах.
В июле 2010 года журнал Time сообщил, что на рынок начинают поступать менее дорогие альтернативы тушению пожаров в угольных пластах, в том числе термостойкие растворы и огнетушащая азотная пена , а также другие инновационные решения. [7]
Ниже перечислены некоторые из наиболее заметных шахтных пожаров по всему миру.
В Китае, крупнейшем в мире производителе угля с годовой добычей около 2,5 миллиардов тонн, угольные пожары являются серьезной проблемой. Подсчитано, что ежегодно бесполезно сгорает около 10–200 миллионов тонн угля, и такое же количество снова становится недоступным для добычи полезных ископаемых. [10] Угольные пожары охватывают весь северный Китай , в результате чего перечислено более ста крупных пожарных зон, каждая из которых содержит множество отдельных пожарных зон. Они сосредоточены в провинциях Синьцзян , Внутренняя Монголия и Нинся . Помимо потерь от сжигания и недоступности угля, эти пожары способствуют загрязнению воздуха и значительному повышению уровня выбросов парниковых газов и, таким образом, стали проблемой, привлекшей международное внимание.
В угольном бассейне Сент-Этьен с начала 17 по начало 19 века вокруг города Сент-Этьен были описаны пять горящих холмов (montagnes de feu). [23] [24] Сообщалось, что некоторые из этих пожаров горели в течение 3 столетий. Большинство из них было погашено в 1785 году. [25] Эти старые горящие холмы сегодня соответствуют Мон-Сальсону , Буа-д'Аваизу и Кот-Шоду в Сент-Этьене, холму дю Брюле в Ла-Рикамари и Мон-дю-Фе (Горе огня). в Женилаке. Пожар в Женилаке длился 30 лет, начиная с 1740 года. [24] Обнажения пирометаморфических пород, образовавшихся в результате этих пожаров, сегодня видны на Мон-Сальсон и Буа-д'Авез .
В Планице , ныне являющемся частью города Цвикау , угольный пласт, который горел с 1476 года, был потушен только в 1860 году . . [28] Эта так называемая Пылающая гора (« Бреннендер Берг ») вскоре стала туристической достопримечательностью, и ее даже посетил Иоганн Вольфганг фон Гете . [29] Также хорошо известен так называемый Stinksteinwand ( вонючая каменная стена ) в Швальбентале на восточном склоне горы Хохер-Мейснер , где несколько пластов загорелись много веков назад после прекращения добычи бурого угля; дымовые газы продолжают достигать поверхности. [30]
В Индии по состоянию на 2010 год на территории угольного месторождения Джария в Дханбаде, Джаркханд , площадью 58 квадратных миль (150 км 2 ) горело 68 пожаров. Пожары на шахтах начались в этом регионе в 1916 году и быстро уничтожают единственный источник высококачественного коксующегося угля в стране. [31]
Пожары угля и торфа в Индонезии часто возникают в результате лесных пожаров вблизи залежей на поверхности. Трудно определить, когда лесной пожар вызван пожаром угольного пласта или наоборот. [6] Наиболее распространенной причиной лесных пожаров и дымки в Индонезии является преднамеренное сжигание леса с целью расчистки земель для плантаций балансовой древесины, каучука и пальмового масла.
Точных подсчетов пожаров в угольных пластах в Индонезии не проводилось. Только незначительная часть страны была обследована на предмет угольных пожаров. [6] Наилучшие доступные данные получены в результате исследования, основанного на систематических наблюдениях на местах. В 1998 году с помощью портативного оборудования глобальной системы позиционирования (GPS) в общей сложности было обнаружено и нанесено на карту 125 угольных пожаров на 2-километровой полосе по обе стороны от 100-километрового участка дороги к северу от Баликпапана до Самаринды в Восточном Калимантане. Экстраполируя эти данные на районы Борнео и Суматры, под которыми находятся известные угольные месторождения, было подсчитано, что в 1998 году в Индонезии могло гореть более 250 000 угольных пластов. [12]
Практика расчистки земель с использованием огня, часто вызывающая лесные пожары, может быть причиной пожаров угольных пластов в Индонезии. В 1982 и 1983 годах один из крупнейших лесных пожаров этого столетия бушевал в течение нескольких месяцев, охватив примерно 5 миллионов гектаров тропических лесов Борнео. Голдаммер и Зайберт, однако, пришли к выводу, что есть признаки того, что пожары в угольных пластах уже произошли между 13 200 и 15 000 лет назад . [32]
Сезон пожаров обычно происходит каждые 3–5 лет, когда климат в некоторых частях Индонезии становится исключительно сухим с июня по ноябрь из-за Эль-Ниньо – Южного колебания у западного побережья Южной Америки. С 1982 года пожары регулярно возникали на островах Борнео и Суматра, выжигая большие площади в 1987, 1991, 1994, 1997–1998, 2001 и 2004 годах. [12]
В октябре 2004 года дым от расчистки территории снова охватил значительную часть Борнео и Суматры, нарушив авиасообщение, [33] увеличив количество госпитализаций, [34] и распространившись на некоторые части Брунея, Сингапура и Малайзии. [35] Обнажения угля настолько распространены в Индонезии, что практически наверняка эти пожары привели к возникновению новых пожаров в угольных пластах.
В 1944 году шахта № 2 Лонгйирбюена на Шпицбергене была подожжена моряками немецкого линкора «Тирпиц» во время его последнего вылета за пределы норвежских прибрежных вод. Шахта продолжала гореть в течение 20 лет, при этом некоторые участки впоследствии были заминированы с реконструированной шахты №2б.
Многие угольные месторождения в США подвержены самовозгоранию. Федеральное управление открытых горных работ (OSM) ведет базу данных (AMLIS), в которой в 1999 году было зарегистрировано 150 пожароопасных зон. По данным OSM, в середине 2010 года в девяти штатах горело более 100 пожаров, большинство из которых — в Колорадо, Кентукки, Пенсильвании, Юте и Западной Вирджинии. Некоторые геологи говорят, что о многих пожарах не сообщается, поэтому фактическое их количество может приближаться к 200 в 21 штате. [7]
В Пенсильвании известно 45 пожарных зон, наиболее известным из которых является пожар на шахте Сентралия в угольной шахте округа Колумбия, который горит с 1962 года. [7] Горящая шахта, расположенная недалеко от Саммит-Хилл , загорелась в 1859 г. [38]
В Колорадо угольные пожары возникли вследствие колебаний уровня грунтовых вод, что может повысить температуру угля до 300 °C, достаточной для того, чтобы вызвать его самовозгорание . [ нужна цитата ]
В бассейне реки Паудер в Вайоминге и Монтане содержится около 800 миллиардов тонн бурого угля, и экспедиция Льюиса и Кларка (1804–1806 годы) сообщила о пожарах там. Пожары были естественным явлением в этой области вот уже около трех миллионов лет и сформировали ландшафт. Например, угольным клинкером покрыта территория площадью около 4000 квадратных километров , часть из них находится в Национальном парке Теодора Рузвельта , откуда открывается захватывающий вид на огненно-красный угольный клинкер с мыса Скория. [39]
В фильме 1991 года « Ничего, кроме проблем» , режиссером и соавтором сценария которого выступил Дэн Эйкройд , рассказывается о городе Валкенвания, в котором есть подземный угольный пожар, который горит уже несколько десятилетий. Городской судья называет постоянно горящий пожар на угольной шахте источником своей ненависти к финансистам.
В телешоу «Скорпион» , 3 сезон, 23 серия команда Скорпиона тушит подземный угольный пожар в Вайоминге.
An der Stinksteinwand в Nähe des Gasthauses Schwalbenthal Strömen im Übrigen seit 300 Jahren durch die Klüfte des Basaltes die Gase eines schwelenden Kohleflözes aus.