前言

能源，是人類歷史發展的助推劑，從原始的照明取暖到如今的電力資訊化時代，都離不開能源的利用。

在歷經了第二次、第三次工業革命後，以化石能源為代表的主要能源的基礎地位已經無法撼動，是我們現代工業賴以生存的發展基石。

因此，我國十分重視化石能源的儲備和利用。其中，煤炭作為一種珍惜的不可再生資源，在我國的產量和需求量都十分巨大，到如今，煤炭已然成為了我國工業發展的骨骼和血液。

第二次工業革命示意圖

我國橫跨寧夏北部的賀蘭山，就是一座煤礦資源十分豐富的寶山。它阻擋著來自騰格裡沙漠的風沙，抵擋了西北冷氣流的侵襲和潮溼東南風的前行。

它庇護著“塞上江南”之稱的寧夏銀川，為其造就了一道天然的屏障，在其東側山腳下，還流淌著華夏文明的“母親河”——黃河。

在這裡，有“太西烏金”之稱的優質無煙煤炭資源，被視為煤中之王，具有低灰、低硫高發熱的特性，燃燒效率十分驚人。

除此之外，賀蘭山上還有多種礦產：矽石、石英砂岩、黏土巖；豐富的礦產資源帶來的經濟紅利，使山下的工業城市——石嘴山市逐漸崛起。

賀蘭山

但由於人們不斷地進行挖煤開礦，嚴重影響了其自身的生態環境，三百多年前賀蘭山地下煤層自燃的大火燒到如今，有的已經燃燒到了地底三百米左右，火區多達二十五處，影響面積超過3.3萬平方公里。

據估算，賀蘭山煤層平均每年因自燃而損失的煤高達115萬噸，這使得一年的經濟損失就多達10億元，如果繼續讓火勢蔓延下去，不出五十年，這裡的煤層將會被燒得一乾二淨。

在經濟和環境造成如此之大的損失同時，我們不禁思考，煤層是怎麼燒起來的？為什麼撲不滅？究竟是什麼導致了悲劇的發生呢?

賀蘭山煤礦豐富

煤層為什麼會燃燒？

要弄清楚煤層燃燒的原因，就要先了解煤層是如何形成的。煤炭，最初是遠古植物們的腐化層。植物們在光合作用的過程中，除了將二氧化碳轉化為氧氣，其中的碳元素也被轉化為有機物。

在植物們腐爛之後，經過時間的演化，地殼將其捲入高溫高壓的擠壓環境，植物中的碳便煉成了黑色沉積岩，也就是我們所熟知的煤炭了。煤炭主要透過燃燒的方式釋放出能量，質量越好的煤炭發熱效率越高，也越容易發生自燃。

像賀蘭山煤層自燃這樣的能源自燃事件並不是個例。上個世紀七十年代的蘇聯，在其幫助土庫曼勘探天然氣的時候，就因天然氣鑽井所在地的坍陷形成了一個直徑七十米，深度二十米的深坑。

坑中還在源源不斷地釋放天然氣，燃燒至今仍然保持著熊熊烈火，被稱為“地獄之門”。賀蘭山煤層自燃的原因，主要有自然因素和歷史人為因素。

煤層燃燒

• 自然因素

從自然因素來看，煤層的自燃要經歷三個時期：潛伏期，自熱期，燃燒期。其中，潛伏期的煤炭是指煤炭長時間與空氣接觸，與空氣中的氧氣產生氧化反應的過程。

一般情況下，深埋地底的煤層都無緣接觸空氣，但隨著人類活動的開採，煤炭逐漸暴露在空氣之中。

只要暴露的時間夠長，空氣流速適中且含氧量充足，且呈碎裂狀態堆積存在，就能夠大大增加了氧化反應的可能性。

除了空氣，光照也是一種直接的加熱手段。夏日正午的陽光，其熱量甚至能融化瀝青路面，烤熟雞蛋。

煤層燃燒

由於比熱容的差異，陽光對地面的加熱速度甚至遠遠高於加熱氣溫的速度，那麼暴露在空氣中、身處於地面的煤炭，也更容易得到陽光的升溫加熱。

煤炭在滿足空氣暴露時間的條件下，就會進入自熱期。氧化聚集的熱量在達到七十到八十攝氏度過後，氧化速度會進一步加劇，煤炭自身的溫度也會迅速升高。

在達到300到700攝氏度時，煤炭就進入了最後的燃燒期。而賀蘭山地區的煤礦經過長時間開採外露，必然會與空氣和陽光進行親密接觸。

再加上賀蘭山的煤礦本身具有高活性和足夠的瓦斯含量，這會導致其自熱速度更加迅速，並且燃燒的傳遞效應也更加明顯，最終導致整片煤層的燃燒。

煤層燃燒原理示意圖

• 歷史人為因素

歷史人為因素也加劇了賀蘭山煤層的燃燒。中國自古以來都進行過對賀蘭山煤層的開採，但由於當時的防範意識和對煤炭的科學研究都極其單薄。

煤炭工人在礦井中進行明火取暖的情況時有發生，常常因火種未完全熄滅而導致煤層自燃。

但當時的自燃都是小範圍發生，因此並沒有引起人們太多的重視。直到近幾十年來開採技術的革新以及工業時代的到來，加劇了人們對賀蘭山煤礦的開採。

賀蘭山煤礦開採

早期的小型煤窯監管不到位以及人們對煤層的破壞挖掘，歷史遺留下來的著火區面積迅速擴張。

這就導致賀蘭山煤層火勢加劇，很快演變為如今的局面。單靠自然因素很難形成如此大範圍的煤層自燃，歷史人為因素也直接助推了悲劇的產生。

如果不是人為的煤窯開採導致煤炭外露，以及採空區和廢舊巷道為火區提供了適宜的通風供氧渠道，並讓其呈碎裂堆積狀態存在，也許情況會好很多。

煤層燃燒

煤層燃燒帶來的影響

賀蘭山煤層燃燒三百多年，除了客觀上每年虧損十億的經濟損失，對生態環境造成的影響顯然不容忽視。

煤層自燃的過程中會釋放出大量的一氧化碳、二氧化硫等有害人體健康的有毒氣體，以及PM2.5,賀蘭山排放出來的氣體更是高達一點二五萬噸左右。

這不僅影響了當地以及附近的動植物，還給當地人帶來了很大的健康問題。據統計顯示，賀蘭山附近的人罹患呼吸道肺部疾病以及腸胃癌的機率比外地人要高很多。

賀蘭山煤層燃燒對環境汙染嚴重

而且地底無盡的高溫燃燒，導致土壤的水分和養分都流失嚴重，除了時常發生山體滑坡等水土流失的地質災害，當地植被和生態環境都遭到了嚴重的破壞，沙塵暴的肆虐和風沙的侵襲也捲土重來.

這樣的情況不是個例，在美國的煤礦開採城市森特勒利亞鎮，因煤炭工人的不慎操作引發了煤層火災，而這座小鎮剛好處於煤層之上。

其被大量高溫有毒氣體所環繞，動植物死亡嚴重。到現在，森特勒利亞鎮已無人居住，成為鬼城，而地下的熊熊烈火依然燃燒至今。既然煤層燃燒會對人類本身和自然環境帶來如此大的危害，為什麼人們不想辦法撲滅它呢？

森特勒利亞鎮

能否撲滅煤層燃燒？

其實，不是人們不想撲滅，而是根本撲不滅，否則這些能源火災根本無法燃燒到如今。撲滅火災最常見的辦法就是用水澆滅，但是這個情況並不適用於大範圍的自然火災，煤層自燃也是同理。

在自然火災裡，具備相當充足的燃燒物溫度和燃燒時間，用水來進行澆滅的行為，從效率和效果方面來講都是杯水車薪。

煤炭燃燒的特殊性導致其更難被水澆滅，這是因為碳在燃燒時加水就會得到氫氣和一氧化碳，這兩種物質在高溫下會被點燃。

煤層燃燒很難撲滅

因此在煤層這樣級別的煤炭燃燒時，如果不能保證迅速使煤層降溫，那麼用水澆灌只會產生更多助燃劑，等於火上澆油，加大煤炭的燃燒區域。

所以每次下雨都會加劇賀蘭山煤層燃燒的程度。那麼，如果採用隔絕氧氣和助燃物的方法，能否行得通呢？賀蘭山的優質煤炭“太西烏金”，由於自帶瓦斯，甚至不需要氧氣的助燃都能進行燃燒。

因此隔絕氧氣和助燃物的方法對於賀蘭山煤層燃燒來說效果都不大。因此，撲滅難度十分巨大。

煤層燃燒很難撲滅

應對措施

不過我們也不會輕易放棄，眼睜睜地看著它燃燒殆盡。慶幸的是，在國家的指導研究下，我們已經研究出一套專門應對煤層自燃的治理方法。

首先就是透過“灌漿注漿”，將一定比例的泥漿與不可燃物混合灌入地下燃燒區，減少煤炭與空氣接觸的同時使其冷卻。

但由於地底地形複雜，泥漿混合物不好控制，阻燃效率並不高。於是在此基礎上升級為“剝離+注漿灌漿”的方式，先對地面出現大面積明火的區域進行淺層煤層的剝離。

同時建立防火隔離帶，再實施注漿灌漿；在建立防火隔離帶的過程中，還能順便挖煤獲取收益，可謂是兩全其美。

賀蘭山煤層燃燒治理問題多

再後來，為了提高阻燃效果，專家們又研發了一種具有高效吸水性和保水功能的高效阻化劑來進行氧氣的隔絕。

除了在火源地進行阻化填充，在可能發生自燃的礦區也提前進行阻化劑的填充，防患於未然，其防治效果十分明顯。對火源地的應對措施固然要下功夫，但是根本上的生態治理和管控問題也同樣重要。

為了保護賀蘭山的生態環境，已經關閉了大量的礦區，並加強了對於非法偷採情況的監管。如今在國家的努力之下，已經撲滅了近四分之一的煤層火區，賀蘭山的火災形勢逐漸好轉。

賀蘭山煤礦

結論

賀蘭山煤層燃燒三百年之久，所帶來的經濟損失和環境生態破壞不可估量。這也啟發了我們人類對於開發自然環境的反思；與自然和諧相處，我們還有很長的路要走。

經濟效益和生態效益如何抉擇？所謂“金山銀山，不如綠水青山”，希望透過時間的演化，我們終將戰勝煤層的自燃問題，使得賀蘭山的生態環境能夠得到有效改善，重新變回曾經的秀美之地。

賀蘭山煤礦