Пожар в угольных пластах — это горение обнаженного или подземного угольного пласта . Большинство пожаров в угольных пластах демонстрируют тлеющее горение, [1] особенно подземные пожары в угольных пластах, из-за ограниченного количества атмосферного кислорода. Случаи пожаров в угольных пластах на Земле датируются несколькими миллионами лет. [2] [3] Благодаря теплоизоляции и избеганию тушения дождем/снегом корой, подземные пожары в угольных пластах являются самыми устойчивыми пожарами на Земле и могут гореть тысячи лет, как, например, Burning Mountain в Австралии. [4] Пожары в угольных пластах могут возникать в результате самонагревания низкотемпературного окисления, молнии, лесных пожаров и даже поджога. Пожары в угольных пластах медленно формируют литосферу и изменяют атмосферу, но этот темп стал более быстрым и обширным в наше время, вызванный добычей полезных ископаемых. [5]
Угольные пожары представляют серьезную опасность для здоровья и безопасности, влияя на окружающую среду, выделяя токсичные пары; повторно разжигая траву, кустарник или лесные пожары; и вызывая просадку поверхностной инфраструктуры, такой как дороги, железные дороги, трубопроводы, линии электропередач, опоры мостов, здания и дома. Независимо от того, вызваны ли они людьми или естественными причинами, угольные пожары продолжают гореть десятилетиями, столетиями или даже тысячелетиями, пока не произойдет одно из следующих событий: либо исчерпается источник топлива, либо будет обнаружен постоянный уровень грунтовых вод, либо глубина пожара станет больше, чем способность почвы проседать и выходить, либо вмешаются люди. Поскольку они горят под землей, пожары угольных пластов чрезвычайно трудно и дорого тушить, и вряд ли их удастся потушить с помощью осадков. [6] Между угольными пожарами и торфяными пожарами есть большое сходство .
По всему миру в любой момент времени горят тысячи подземных угольных пожаров. Проблема наиболее остра в индустриальных, богатых углем странах, таких как Китай. [5] По оценкам, глобальные выбросы от угольных пожаров приводят к тому, что в атмосферу ежегодно попадает 40 тонн ртути, что составляет три процента от годовых выбросов CO 2 в мире . [7]
Пожары в угольных пластах можно разделить на поверхностные пожары, при которых пласты выходят на поверхность и необходимый для их возгорания кислород поступает из атмосферы, и пожары в глубоких подземных шахтах, где кислород поступает из вентиляции.
Пожары на шахтах могут начаться в результате промышленной аварии, как правило, связанной со взрывом газа. Исторически некоторые пожары на шахтах начинались, когда власти останавливали контрабандную добычу угля , обычно путем взрыва шахты. Многие недавние пожары на шахтах начинались из-за того, что люди сжигали мусор на свалке , которая находилась поблизости от заброшенных угольных шахт, включая широко разрекламированный пожар в Сентрейлии, штат Пенсильвания , который горит с 1962 года. Из сотен пожаров на шахтах, которые горят сегодня в Соединенных Штатах, большинство происходит в штате Пенсильвания .
Некоторые пожары вдоль угольных пластов являются естественными явлениями. Некоторые угли могут самовозгораться при температурах до 40 °C (104 °F) для бурого угля при правильных условиях влажности и размера зерна. [8] Пожар обычно начинается на глубине одного или двух футов внутри угля на глубине, на которой проницаемость угля позволяет приток воздуха, но на которой вентиляция не отводит выделяющееся тепло. Самовозгорание было признанной проблемой во времена пароходства. Одним из хорошо известных источников пожаров является вскрытие шахтой полости высокого давления метанового газа, который при выбросе может генерировать искру статического электричества, чтобы воспламенить газ и вызвать взрыв угля и пожар. Та же самая газостатичность хорошо известна на судах, и необходимо соблюдать осторожность, чтобы гарантировать, что такое статическое искрение не может произойти.
Два основных фактора определяют, произойдет ли самовозгорание: температура окружающей среды и размер зерна:
Лесные пожары (вызванные молнией или другими причинами) могут воспламенить уголь вблизи поверхности или входа в шахту, а тлеющий огонь может распространиться по пласту, создавая просадку, которая может открыть новые пласты для кислорода и породить будущие лесные пожары, когда огонь вырвется на поверхность. Доисторические выходы клинкера на американском Западе являются результатом доисторических угольных пожаров, которые оставили остаток, который лучше сопротивляется эрозии, чем матрица, оставляя холмы и мезу . По оценкам, Горящая гора в Австралии , старейший известный угольный пожар, горел в течение 6000 лет. [9]
В мире полыхают тысячи неугасимых пожаров в шахтах, особенно в Китае, где бедность, отсутствие государственного регулирования и неконтролируемое развитие в совокупности создают экологическую катастрофу. Современная открытая добыча выставляет тлеющие угольные пласты на воздух, оживляя пламя.
Сельские китайцы в угленосных регионах часто добывают уголь для бытовых нужд, оставляя карьеры, когда они становятся слишком глубокими, оставляя легковоспламеняющуюся угольную пыль открытой для воздуха. Использование спутниковых снимков 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 районе Даукоу Шицзуйшаня , Нинся ) и, как говорят, он горел со времен династии Цин ( до 1912 года). [10]
Прежде чем пытаться потушить поверхностный угольный пласт, его местоположение и подземная протяженность должны быть определены как можно точнее. Помимо изучения географического, геологического и инфраструктурного контекста, информацию можно получить из прямых измерений. К ним относятся:
Подземные угольные шахты могут быть оборудованы постоянно установленными сенсорными системами. Они передают данные измерений давления, температуры, расхода воздуха и состава газа персоналу по контролю безопасности, давая им раннее предупреждение о любых проблемах.
Помимо разрушения пострадавших территорий, угольные пожары часто выбрасывают токсичные газы, включая окись углерода и диоксид серы . Угольные пожары в Китае, которые потребляют, по оценкам, 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 оседание . Другим локальным экологическим эффектом может быть присутствие растений или животных, которым помогает угольный пожар. Распространенность неместных растений может зависеть от продолжительности пожара и размера пораженной области. Например, вблизи угольного пожара в Германии было обнаружено множество средиземноморских насекомых и пауков в регионе с холодными зимами, и считается, что повышенная температура почвы над пожарами позволила им выжить. [14]
Для того чтобы огонь разгорался, ему нужны топливо, кислород и тепло . Поскольку подземные пожары очень труднодоступны напрямую, тушение пожара предполагает поиск подходящей методики, которая учитывает взаимодействие топлива и кислорода для конкретного рассматриваемого пожара. Пожар можно изолировать от источника топлива, например, с помощью противопожарных полос или огнестойких барьеров. Многие пожары, особенно на крутых склонах, можно полностью потушить. В случае пожаров в угольных пластах, расположенных близко к поверхности, приток кислорода в воздух можно прервать, накрыв территорию или установив газонепроницаемые барьеры. Другая возможность — воспрепятствовать оттоку продуктов сгорания, чтобы огонь гасился собственными выхлопными газами. Энергию можно удалить путем охлаждения, обычно путем впрыскивания большого количества воды. Однако если оставшийся сухой уголь поглощает воду, полученное тепло поглощения может привести к повторному возгоранию однажды потушенного пожара по мере высыхания территории. Соответственно, необходимо удалить больше энергии, чем генерирует огонь. На практике эти методы комбинируются, и каждый случай зависит от имеющихся ресурсов. Это особенно касается воды, например, в засушливых регионах, а также покровного материала, например, лёсса или глины, для предотвращения контакта с атмосферой.
Тушение подземных угольных пожаров, температура которых иногда превышает 540 °C (1000 °F), является одновременно и крайне опасным, и очень дорогим. [9]
Тушение поверхностных угольных пластов в Китае обычно осуществляется стандартным методом, в основном состоящим из следующих этапов:
В настоящее время ведутся работы по совершенствованию этого метода, например, путем добавления добавок в воду для тушения пожара или использования альтернативных огнетушащих веществ.
Подземные пожары в угольных пластах обычно тушатся инертизацией с помощью горноспасателей . С этой целью пораженная зона изолируется плотинными конструкциями в штольнях. Затем вводится инертный газ, обычно азот, обычно с использованием имеющихся трубопроводов.
В 2004 году китайское правительство заявило об успешном тушении пожара на шахте близ 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 пойти посмотреть, как его потушили, и было видно пламя, и все это все еще горело. ... Они сказали, что его потушили, и кто может утверждать обратное?» [15]
В Польше был разработан реактивный двигатель, известный как Gorniczy Agregat Gasniczy (GAG), который успешно применялся для тушения угольных пожаров и вытеснения рудничного газа в шахтах.
В июле 2010 года журнал Time сообщил, что на рынке начали появляться менее дорогие альтернативы тушению угольных пожаров, в том числе термостойкие растворы и азотная пена для тушения пожаров , а также другие инновационные решения. [7]
Ниже перечислены некоторые из наиболее заметных пожаров на шахтах по всему миру.
В Китае, крупнейшем в мире производителе угля с годовым объемом около 2,5 млрд тонн, угольные пожары являются серьезной проблемой. Было подсчитано, что около 10–200 млн тонн угля ежегодно бесполезно сжигается, и что такое же количество снова становится недоступным для добычи. [10] Угольные пожары распространяются на пояс через весь северный Китай , в результате чего перечислено более ста крупных очагов пожаров, каждый из которых содержит множество отдельных пожарных зон. Они сосредоточены в провинциях Синьцзян , Внутренняя Монголия и Нинся . Помимо потерь от сожженного и недоступного угля, эти пожары способствуют загрязнению воздуха и значительному увеличению уровня выбросов парниковых газов и, таким образом, стали проблемой, которая привлекла международное внимание.
В угольном бассейне Сент-Этьен было описано пять горящих холмов (montagnes de feu) с начала XVII века до начала XIX века вокруг города Сент-Этьен. [23] [24] Сообщалось, что некоторые из этих пожаров горели в течение 3 столетий. Большинство из них были потушены в 1785 году [25] Эти старые горящие холмы сегодня соответствуют Мон-Сальсон , Буа-д'Авез и Кот-Шод в Сент-Этьене, холму Брюле в Ла-Рикамари и горе Фё (гора огня) в Женилаке. Пожар в Женилаке продолжался 30 лет с 1740 года. [24] Выходы пирометаморфических пород, образовавшихся в результате этих пожаров, сегодня видны на Мон-Сальсон и Буа-д'Авез .
В Планице, который сейчас является частью города Цвиккау , угольный пласт, который горел с 1476 года, был потушен только в 1860 году. [26] [27] В Дудвайлере , Саар, пожар угольного пласта вспыхнул около 1668 года и все еще горит. [28] Эта так называемая Пылающая гора (« Бреннендер Берг ») вскоре стала туристической достопримечательностью, и ее даже посетил Иоганн Вольфганг фон Гете . [29] Также хорошо известна так называемая Стенкштайнванд ( вонючая каменная стена ) в Швальбентале на восточном склоне Хоэр-Мейснера , где несколько столетий назад загорелось несколько пластов после прекращения добычи лигнита; дымовые газы продолжают выходить на поверхность. [30]
В Индии по состоянию на 2010 год 68 пожаров горели под 58-мильной (150 км 2 ) областью угольного месторождения Джария в Дханбаде, Джаркханд . Пожары на шахтах начались в этом регионе в 1916 году и быстро уничтожают единственный источник первичного коксующегося угля в стране, а также прилегающие районы из-за проседания почвы и загрязнения. [31]
Угольные и торфяные пожары в Индонезии часто возникают из-за лесных пожаров вблизи месторождений на поверхности. Трудно определить, когда лесной пожар начинается из-за пожара угольного пласта или наоборот. [6] Наиболее распространенной причиной лесных пожаров и дымки в Индонезии является преднамеренное сжигание леса для расчистки земли под плантации целлюлозной древесины, каучука и пальмового масла.
В Индонезии не было завершено точного подсчета угольных пожаров. Только мизерная часть страны была обследована на предмет угольных пожаров. [6] Лучшие доступные данные получены из исследования, основанного на систематическом наземном наблюдении. В 1998 году было обнаружено и нанесено на карту в общей сложности 125 угольных пожаров в пределах 2-километровой полосы по обе стороны 100-километрового участка дороги к северу от Баликпапана до Самаринды в Восточном Калимантане с использованием портативного оборудования Глобальной системы позиционирования (GPS). Экстраполируя эти данные на районы на Борнео и Суматре, под которыми находятся известные угольные месторождения, было подсчитано, что в 1998 году в Индонезии могло гореть более 250 000 угольных пожаров. [12]
Методы расчистки земель, которые используют огонь, часто вызывающий лесные пожары, могут быть причиной пожаров угольных пластов в Индонезии. В 1982 и 1983 годах один из крупнейших лесных пожаров в этом столетии бушевал в течение нескольких месяцев на площади, оцениваемой в 5 миллионов гектаров тропических лесов Борнео. Однако Голдаммер и Зайберт пришли к выводу, что есть признаки того, что пожары угольных пластов уже происходили между 13 200 и 15 000 годами до нашей эры . [32]
Пожарный сезон 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 стали повторяющейся особенностью на островах Борнео и Суматра, сжигая большие площади в 1987, 1991, 1994, 1997–1998, 2001 и 2004 годах. [12]
В октябре 2004 года дым от расчистки земель снова накрыл значительную часть Борнео и Суматры, нарушив воздушное сообщение, [33] увеличив число госпитализаций, [34] и распространившись на части Брунея, Сингапура и Малайзии. [35] Выходы угля на поверхность настолько распространены в Индонезии, что практически наверняка эти пожары спровоцировали новые пожары угольных пластов.
В 1944 году мину № 2 Лонгйира на Шпицбергене подожгли моряки немецкого линкора «Тирпиц» во время его последнего похода за пределы норвежских прибрежных вод. Мина продолжала гореть в течение 20 лет, а затем часть ее территорий была заминирована с помощью реконструированной мины № 2b.
Многие угольные месторождения в США подвержены самовозгоранию. Федеральное управление по добыче полезных ископаемых (OSM) ведет базу данных (AMLIS), в которой в 1999 году было перечислено 150 пожарных зон. В середине 2010 года, по данным OSM, под девятью штатами горело более 100 пожаров, большинство из них в Колорадо, Кентукки, Пенсильвании, Юте и Западной Вирджинии. Некоторые геологи говорят, что многие пожары остаются незарегистрированными, так что фактическое их число может быть ближе к 200 в 21 штате. [7]
В Пенсильвании известно 45 зон пожаров, наиболее известным из которых является пожар на шахте Централия в каменноугольном регионе округа Колумбия, который горит с 1962 года. [7] Горящая шахта, недалеко от Саммит-Хилл , загорелась в 1859 году. [38]
В Колорадо угольные пожары возникали вследствие колебаний уровня грунтовых вод, что могло повысить температуру угля до 300 °C, что было достаточно для его самовозгорания . [ необходима ссылка ]
Бассейн реки Паудер в Вайоминге и Монтане содержит около 800 миллиардов тонн бурого угля, и экспедиция Льюиса и Кларка (1804-1806) сообщила о пожарах там. Пожары были естественным явлением в этой области в течение примерно трех миллионов лет и сформировали ландшафт. Например, площадь около 4000 квадратных километров покрыта угольным шлаком , часть из которого находится в Национальном парке Теодора Рузвельта , где с мыса Скория открывается захватывающий вид на огненно-красный угольный шлак. [39]
В романе французского писателя Эмиля Золя «Жерминаль» описывается вымышленный угольный пожар под названием «Тартаре» .
В фильме 1991 года Nothing but Trouble , режиссером и соавтором сценария которого был Дэн Эйкройд , рассказывается о городе Валкенвания, в котором десятилетиями горит подземный угольный пожар. Судья города ссылается на постоянно горящий угольный пожар как на источник своей ненависти к финансистам.
В 23 серии 3-го сезона телесериала «Скорпион» команда «Скорпиона» тушит подземный угольный пожар в Вайоминге.
Роман китайского автора Лю Цысиня «Огонь на Земле» (地火) посвящен теме подземных угольных пожаров, исследуя их причины и последствия в рамках вымышленного повествования.
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.