烏達(dá)煤田煤層自燃動態(tài)變化和產(chǎn)生原因

王浩森，胡社榮，杜 婷，2，許嘉珊，2，汪恩滿，陳培科，席 晉

（1.中國礦業(yè)大學(xué) （北京）地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院，北京100083；2.神華地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司，北京100011）

煤層自燃問題是一個世界性的研究課題，涉及中國、印度、美國、俄羅斯、澳大利亞、印度尼西亞、中亞等煤炭資源豐富的國家和地區(qū)。據(jù)1998年的資料，中國北方煤田火區(qū)56個。煤田火區(qū)面積720km2，每年煤炭燒失量2×107t，受煤火影響每年破壞煤炭資源2×108t左右，累計(jì)燒失煤炭資源量42.20×108t[1－2]。其實(shí)，煤火引起的煤炭燃燒資源量是一個動態(tài)的過程，而不是一個固定的數(shù)值。如何獲得煤火燃燒面積和煤炭燒失量的動態(tài)變化數(shù)據(jù)，是一個棘手而又鮮見研究的問題。此外，雖有人提及烏達(dá)煤田煤火的成因，卻是從著火的條件來探討的。本文以內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市烏達(dá)煤礦為例，探討煤炭燃燒面積和資源損失量動態(tài)變化情況，并剖析其煤火發(fā)生的原因。

1 烏達(dá)煤田地質(zhì)與煤火燃燒概況

烏達(dá)煤田共含煤27層，由上至下編號為1～18號?？刹擅簩?9層（1、2、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13上1、13上2、13上3、13、14、15、16、17號）；不可采煤層8層（2上、3、4上、4下、12上、12下、13下、18號）。

1961年，蘇海圖煤礦井下9號、10號局部淺層高硫煤自燃。特別是20世紀(jì)80年代以來，小煤礦遍地開花，自燃煤層也擴(kuò)展到8層，即1、2、4、6、7、9、10、12號煤層。使得烏達(dá)煤火愈演愈烈，燃燒面積逐年增長。截至2009年3月，三個井田（蘇海圖、黃白茨、五虎山）火區(qū)面積占總含煤面積的13.58%。

2 煤火燃燒動態(tài)變化

烏達(dá)礦區(qū)1958年開始建井。1961年，蘇海圖煤礦井下9號、10號高硫煤自燃。從1978年開始，蘇海圖煤礦井下采空區(qū)先后形成Ⅳ2－1、Ⅳ2－2等6個地面火區(qū)。1985～1995年，烏達(dá)煤田開采量壓縮，小煤窯開采形成10個煤田火區(qū)，采空區(qū)形成8個煤田火區(qū)。2004年12月，神華集團(tuán)的“烏達(dá)煤田火區(qū)詳查補(bǔ)充報(bào)告”中，劃定烏達(dá)礦區(qū)16個煤田火區(qū)，火區(qū)總面積349.6萬m2，煤矸石火區(qū)4處。中國國土資源航空物探遙感中心于2004年8～9月在內(nèi)蒙古烏達(dá)煤田地區(qū)進(jìn)行了1∶5000比例尺的吊艙式直升機(jī)頻率域航空電磁、磁綜合測量，新圈定了煤火區(qū)五處。煤矸石堆火區(qū)7處。1989～2005年，烏達(dá)煤田的煤火區(qū)面積增加98.10萬m2，每年新增火區(qū)面積約6.13萬m2，年增加率為2.48%。烏達(dá)煤田南部的A（12、13與14號）煤火區(qū)面積在逐漸減少，但是，其他火區(qū)的面積在逐漸增加，產(chǎn)生了許多零星的小煤火區(qū)，有些煤火區(qū)逐漸聚集連通一片形成燃燒帶，并向四周擴(kuò)散蔓延。

2006年，調(diào)查發(fā)現(xiàn)了17和18號新火區(qū)?；饏^(qū)地表高溫燃燒區(qū)（煤火燃燒中心和燃燒帶）面積在1，640，727.51m2，火勢較此前略有增強(qiáng)，因煤火蔓延增加面積為763，173.288m2，烏達(dá)火區(qū)總面積達(dá)到425.9萬 m2[2－8]。到2009年3月，神華（北京）遙感勘查有限責(zé)任公司對烏達(dá)煤田火區(qū)再次調(diào)查，總面積已達(dá)486.08萬m2。

2011年，本次調(diào)查實(shí)測煤田內(nèi)部明火區(qū)以及冒煙區(qū)面積僅37.7萬m2，火區(qū)面積急劇縮減。烏達(dá)礦區(qū)煤火燃燒面積的變化如圖1所示。

圖1 烏達(dá)礦區(qū)煤火燃燒面積變化直方圖

3 煤火燃燒原因

烏達(dá)礦區(qū)煤層燃燒的原因很多，前人曾做過探討，認(rèn)為烏達(dá)煤田煤火分內(nèi)、外因兩種原因，分別是：

①內(nèi)因：煤層厚度、硫分含量、灰分含量和變質(zhì)程度；②外因：埋藏深度、破碎程度、通風(fēng)狀況和封閉狀況[4]。

上述烏達(dá)煤田起火的內(nèi)、外因，應(yīng)該說是影響煤火的條件，其實(shí)，就整個烏達(dá)煤田來說，皆具備煤火燃燒的條件。從烏達(dá)礦區(qū)煤火起因的角度來看，大致可以分為：采空區(qū)散煤自燃、瓦斯爆炸起火、小煤窯開采引發(fā)煤自燃、煤火治理不當(dāng)加強(qiáng)煤自燃和氣候、環(huán)境因素引發(fā)煤自燃等四大原因。

3.1 煤炭開采引發(fā)煤火

烏達(dá)煤田大火蔓延主要發(fā)生于20世紀(jì)80年代。80年代中期大量涌現(xiàn)的小煤窯最鼎盛的時候曾經(jīng)達(dá)到四百多座，小煤窯大約間隔50m，橫七豎八，遍地都是?？梢哉f，煤田大火迅速蔓延的罪魁禍?zhǔn)?，就是私采濫挖的小煤窯。

大煤礦與小煤窯采空區(qū)遺留松散煤起火是其原因之一。1963年5月，10號煤層因一下山1012工作面采空區(qū)自燃，1966年6月，9號煤層因二上山1024工作面采空區(qū)自燃；據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1963～1996年，蘇海圖、五虎山煤田因采空區(qū)自燃事件共發(fā)生16起；因小煤窯采后不封閉、小煤窯采后地表塌陷，塌陷造成的裂隙與小煤窯遺留煤溝通引發(fā)的煤火10起；1981年2月8日，蘇10火區(qū)因瓦斯爆炸引發(fā)火災(zāi)[3]。

煤炭開采方式也是觸發(fā)煤炭燃燒的因素之一。內(nèi)蒙古烏達(dá)煤田采用“長壁式”開采方式，開采范圍大，塌陷區(qū)范圍大，很容易與地表導(dǎo)通。井下采空區(qū)遺煤，容易氧化著火，留設(shè)的煤柱因遭受壓力而破碎，也是煤火易發(fā)生的地方。由此導(dǎo)致的煤火往往因火災(zāi)的蔓延而致使大范圍燃燒。煤層燃燒又引發(fā)地面大規(guī)模的塌陷，地下燃燒的有害氣體與濃煙可直通地面。小煤窯一般都比較淺，開采后塌陷很容易導(dǎo)致裂隙延展到地表，由此而導(dǎo)致空氣與地下遺留煤交流，遺留煤氧化發(fā)熱，從而引發(fā)火災(zāi)。

3.2 煤火治理產(chǎn)生再生煤火

熄滅地火最直接的方法是用水滅火和在地火發(fā)生初期挖除火源。2006年1月6日，國家發(fā)展改革委員會正式批準(zhǔn)立項(xiàng)，批準(zhǔn)項(xiàng)目總投資16260萬元，其中國家補(bǔ)助6985萬元，神華集團(tuán)出資9275萬元，施工期4年，滅火面積350萬m2。

銀星公司—一個烏達(dá)礦業(yè)公司下屬“三產(chǎn)”企業(yè)。該公司成立于2000年。公司前身是烏達(dá)礦務(wù)局多種經(jīng)營總公司，挖小煤窯，搞建材、養(yǎng)殖等項(xiàng)目。

銀星公司把整個煤田劃成16塊，再層層轉(zhuǎn)包。承包費(fèi)“有的幾十萬一塊，有的幾百萬一塊”，來自浙江，寧夏和內(nèi)蒙古東勝的100多個煤老板，開始以剝地皮的方式瘋狂挖煤“滅火”。2008年，滅火工程數(shù)次嚴(yán)重威脅到井下采礦。烏達(dá)礦業(yè)公司分管安全的副總，向神華能源公司打報(bào)告，請求想辦法制止泛濫的采挖。最后，由烏海市政府出面，強(qiáng)行停止了整個烏達(dá)煤田滅火工程。

一些剛高價(jià)買到地塊的煤老板因此虧損嚴(yán)重，只能丟下剝開的地皮；已賺到錢的煤老板，也不再回填、復(fù)墾和綠化，一走了之。因此，剛剛挖出露頭的煤層，開始大規(guī)模自燃。煤火蔓延增加面積763173.288m2，2009年，烏達(dá)火區(qū)總面積達(dá)到486.08萬m2。

4 結(jié)論

通過上述討論，得出如下結(jié)論：

1）烏達(dá)煤田煤自燃有四種原因：井下采空區(qū)遺煤和留設(shè)煤柱煤氧化升溫起火和瓦斯爆炸起火、小煤窯開采產(chǎn)生裂隙導(dǎo)通地表引發(fā)煤氧化自燃和煤火治理引發(fā)煤層裸露氧化產(chǎn)生再生煤火。

2）烏達(dá)煤田煤火分四個階段：1961～1980年，煤炭開采遺留煤井下自燃為主階段；1980～2006年，小煤窯濫采和忽視煤火治理導(dǎo)致煤火蔓延階段；2006～2009年，煤火治理導(dǎo)致再生煤火更加擴(kuò)張階段和2009年至目前的再次煤火治理取得突破性進(jìn)展的階段。

[1]管海晏，馮·亨特倫，譚永杰，等.中國北方煤田自燃調(diào)查與研究[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1998.

[2]張建民，管海晏，曹代勇，等.中國地下煤火研究與治理[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2008.

[3]雷學(xué)武，萬余慶，李寶春.烏達(dá)礦區(qū)煤層自燃現(xiàn)狀及成因初析[J].中國煤田地質(zhì)，1999，11（4）：19－20，36.

[4]樊新杰，曹代勇，時孝磊，等.內(nèi)蒙古西部烏達(dá)礦區(qū)煤層自燃的控制因素[J].地質(zhì)通報(bào)，2006，25（4）：487－491.

[5]王衛(wèi)平，于長春，方迎堯，等.內(nèi)蒙古烏達(dá)地區(qū)地球物理場特征與地下煤火分布[J].物探與化探，2007，31（6）：551－555.

[6]仲連文.內(nèi)蒙古烏達(dá)礦采空區(qū)自燃發(fā)火條件實(shí)驗(yàn)研究[J].煤炭技術(shù)，2009，28（7）：109－110.

[7]孔冰，馬建偉，陳漢章，等.3S技術(shù)在烏達(dá)煤礦水災(zāi)危險(xiǎn)評估中的應(yīng)用[J].國土資源遙感，2010（2）：80－84.

[8]蔣衛(wèi)國，武建軍，顧磊，等.基于遙感技術(shù)的烏達(dá)煤田火區(qū)變化監(jiān)測[J].煤炭學(xué)報(bào)，2010，35（6）：964－968.