煤,是一种亿万年前植物的根茎和枝叶在地表腐烂堆积后,经由地壳运动埋入地下,在漫长的周期里经过复杂的物理化学变化等过程,形成的固体可燃性矿物。
中国不仅是最早发现煤和使用煤的国家,同时也是最大的煤炭消耗国。现如今,煤炭在确保国家能源安全方面有着重要的地位,本身也属于不可再生资源,按理说应该珍惜才是。
然而,我国位于宁夏的贺兰山煤层却已燃烧300年,每年净损失高达10亿,这又是怎么一回事呢?为何人们又放任不管,任由它白白烧掉了数以亿吨计的煤呢?
贺兰山的煤矿
贺兰山脉地处宁夏回族自治区与内蒙古自治区交界处,地质历史长达20亿年,拥有丰富的煤矿资源。公元1272年马可.波罗在贺兰山发现一种“黑色会燃烧的石头”,20世纪50年代勘探队在贺兰山发现大面积的矿区,贮量约15亿吨。
据了解,贺兰山最有名的煤位于汝箕沟矿区,因其低灰低硫、高发热量高精煤回收率等优良品质,有“太西乌金”的美称,是世界“煤中之王”。
煤为什么会自燃?
物体燃烧无非要满足几个条件:可燃物、助燃物(帮助和支持燃烧的物质的统称,例如氧气)、可燃物的燃火点。
而且据测定,氧气在空气中的体积一般达到21%,煤才可燃烧。也就是说,物体燃烧要满足温度达到一定程度,和与氧气有一定的接触面积两个条件。
但是除了提供外部条件外,物体也可以自燃。首先还是要与空气有足够的接触,也就是矿层有部分是裸露在地表的。
虽说煤的高瓦斯和高活性使得燃烧过程中不需要充足的氧气,但是燃烧前氧气还是必备的助燃物。其次对于山体内部的煤矿来说,煤块越大,煤与煤之间的缝隙越大,供氧条件越好。
这就跟蜂窝煤的原理是一样的,接触氧气的面积越大,就越容易燃烧。而且煤矿要有足够的储热条件,也就是指煤炭在氧化过程中放出的热量大于散发的热量,使温度可以达到煤的可燃点。
除以上因素外,湿度、水分、粒度等等都可以影响到煤的自燃。概括来说,只要煤与空气接触达到一定面积发生氧化反应放热,温度升高的同时使得可燃物本身的燃点降低,大量热量聚集就会引起燃烧。
由此也可以看出,其实只要开采煤矿都会有一定几率发生煤层自燃。所以煤矿的自燃很大程度上属于自然灾害,而不是人为的。
煤层结构图
贺兰山的煤为何自燃300年不灭?
之前提到过“太西乌金”拥有低硫高碳的特点,导致许多国家也将其当做理想的化工原料大量进口。加上国内煤矿储量丰富,所以贺兰山被大量开采,山体布满大大小小的煤窑洞,不少人赚得盆满钵满。
其实通过之前提到的自燃条件可以发现,通过有效手段杜绝煤的自燃不是不行。但由于人类对贺兰山的开发早在三百年前就开始,而且过往的煤矿行业野蛮生长,没有规范、毫无章程的开采使得贺兰山被过度挖掘,造成更大的山体空间,大大增加了煤炭与助燃物的接触面积。
山体的煤层本就多有裸露,与空气大面积接触。而且贺兰山脉海拔2000-3000米,光照充足。再加上不合理地使用明火,让本就不安全的环境雪上加霜。
可能有人要问,那以现在的科技手段,也没有办法控制自燃吗?
首先,要知道贺兰山煤矿的自燃早在清朝时期就已经开始,几百年前人们的认知不到位,没有概念也就想不到考虑灭火的问题。
现在虽然有方法可以控制,但是一方面,人家凭本事自己烧了几百年,肯定不是轻易能灭掉的,另一方面煤炭的高活性和高瓦斯等问题也阻碍了人们的行动。
也就是说煤矿一旦燃烧,就不再需要过多的氧气作助燃就可以持续进行,而且高温会迅速地传导,所以这并不是一个简单的工程。
比如,几十年前煤矿被疯狂开采,贺兰山矿区有140多处小煤窑,这就好比手动把贺兰山变成了一块蜂窝煤。通风有了,氧气有了,加上“太西乌金”本身低硫高碳,天时地利人和,不自燃都对不起自己品质这么优秀的煤。
上世纪的小煤窑
也许你会想到,那往里面填土灌水隔绝氧气不行吗?
这里要说明一点,水没有办法浇灭大量燃烧的煤矿。平日里的火灾现场,哪怕火苗暂时熄灭,只要温度没有迅速下降,只要还有足够的可燃物,还是会再次自燃。
而且就算水能灭火,但是过高的温度同样能快速地把水蒸干。水蒸气被高温进一步分解成氢气、氧气后会加速煤炭的燃烧,这也是贺兰山的火久久不灭的原因之一,因为每一次降雨都会加剧贺兰山煤层的燃烧。
煤炭燃烧会改变地质结构,形成的大大小小的断层和遗留的煤窑洞,就导致没办法将空气完全阻隔。再者持续地燃烧导致部分煤层自燃的位置处于山体内部,想要做到往里填东西隔绝氧气的同时遮挡其余未燃烧的煤炭,阻止继续反应,难度还是很高。
换句话来说,不是不能灭,而是可能你灭的速度还没有它烧的速度快。
贺兰山煤矿自燃造成的危害
目前贺兰山汝箕沟每年自燃优质煤约115万吨,直接经济损失约10亿元。持续的燃烧导致地质结构改变,贺兰山周围的地区更加容易塌陷,造成严重的水土流失和土地荒漠化,严重影响了周围的生态环境。
水土流失与荒漠化
而且煤矿燃烧产生大量的二氧化硫、一氧化碳等等有害气体和PM2.5小颗粒,会造成严重的空气污染,长此以往会威胁到附近居民的生命健康。2020年3月,自治区生态环境监测中心表明,贺兰山火区每年排放的颗粒物1.29万吨,二氧化硫5324吨。
自工业革命后,化石能源就成为了现代工业赖以生存发展的基础。煤作为一种不可再生资源,它的资源在我们看来更是十分宝贵,那真的没有办法阻止悲剧继续发生吗?
煤层自燃有效的治理方法
目前经过试验研究,采取了一套专门的治理方法,剥离+灌浆的方式。也就是将可以开采的部分取出,直接剥离可燃物,达到阻隔的目的。然后建立隔离带,将一定比例的泥浆与不可燃物混合灌入山体内部,起到隔绝空气的作用,可谓“双管齐下”。
由于泥浆混合物不好控制,为了进一步提高阻燃效率和效果,专家们又研发了一种高效阻化剂,具有高效的吸水和保水功能,在隔绝空气的问题上起到事半功倍的作用。
当然除了解决掉已有的问题,最重要的还是要防微杜渐,从根本上对煤矿的问题进行管控,加强对矿区的监控和管制。
为了更好地实施和保护,贺兰山已经关闭了大量矿区,如今已颇有成效。
与自然和谐相处
贺兰山煤矿的自燃并不是个例,土库曼斯坦的“地狱之门”至今燃烧着熊熊烈火,美国的森特勒利亚镇到现在无人居住,种种迹象表明,人类和大自然的相处方式早已出了问题。
大自然是慷慨的,但也是有底线的。当平衡被打破,首当其冲的还是人类自己。“绿水青山就是金山银山”,如何平衡经济效益和生态环境二者的关系,我们还有很长的路要走。
贺兰山烧了三百年,烧毁的不仅是拥有的物质资源,还有人们赖以生存的家园。希望在时间的见证下,贺兰山的火可以早日熄灭,贺兰山的生态可以早日恢复,贺兰山的人们可以早点重建家园。返回搜狐,查看更多
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