包興東

(1.新疆煤田滅火工程局，新疆 烏魯木齊 830063； 2.新疆煤火治理工程技術(shù)研究中心，新疆 烏魯木齊 830063)

煤田火災(zāi)是指地下煤層因自然或人為因素發(fā)火后，沿著煤層逐步發(fā)展成對(duì)煤炭資源和周?chē)h(huán)境造成較大危害的大面積、長(zhǎng)時(shí)間煤燃燒現(xiàn)象，也稱“地下煤火”[1-2]。煤火在世界各主要產(chǎn)煤國(guó)均有發(fā)生，如中國(guó)、美國(guó)、澳大利亞、印度、印度尼西亞等國(guó)家[3-5]，“十三五”期間，全國(guó)煤炭開(kāi)發(fā)總體布局是壓縮東部、限制中部和東北、優(yōu)化西部[6]，提出“要充分發(fā)揮新疆戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)，打造絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)，建設(shè)成為國(guó)家大型油氣生產(chǎn)和儲(chǔ)備基地、大型煤炭煤電煤化工基地、大型風(fēng)電基地和國(guó)家能源資源陸上大通道”。由于新疆多數(shù)煤層厚度大、埋藏淺、自然發(fā)火期短，露頭普遍存在，加之受溫帶大陸性氣候影響，新疆是我國(guó)乃至世界煤田火災(zāi)最為嚴(yán)重的地區(qū)之一。為查明新疆煤田火災(zāi)實(shí)際情況，編制火區(qū)治理規(guī)劃，新疆分別于1981年、1995—1997年、2007—2008年、2013—2014年開(kāi)展了4次煤田火區(qū)普查工作。在此期間，分別于2000年、2005年、2015年編制了3次煤田火區(qū)治理規(guī)劃，從而使新疆的煤田火災(zāi)得到了有效的治理和控制。2019年開(kāi)展了新疆第五次煤田火區(qū)普查，全面查清了新疆煤田火區(qū)數(shù)量、火區(qū)面積、火區(qū)分布、動(dòng)態(tài)變化、發(fā)火原因及危害程度，掌握了火區(qū)有關(guān)的礦權(quán)變化情況，為明確火區(qū)責(zé)任主體、優(yōu)化火區(qū)治理順序和治理時(shí)限、加強(qiáng)火區(qū)預(yù)測(cè)、預(yù)警等提供基礎(chǔ)資料和決策依據(jù)。

1 第五次煤田火區(qū)普查概況

第五次煤田火區(qū)普查歷經(jīng)南北疆所有含煤礦區(qū)，調(diào)查了礦區(qū)內(nèi)露天采坑、關(guān)閉礦井、采空區(qū)塌陷等易發(fā)煤田火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。通過(guò)調(diào)查并收集資料、火區(qū)填圖及測(cè)圖、地面物探、火區(qū)測(cè)溫、紅外成像、采集火區(qū)影像資料和水、土、電源調(diào)查等綜合普查方法對(duì)在燃火區(qū)開(kāi)展普查工作，全面查清新疆煤田火區(qū)的分布、燃燒范圍、燃燒狀況、發(fā)火原因、礦權(quán)和滅火用水、土、電源情況。普查結(jié)果表明：截至2019年底，新疆有未治理的在燃火區(qū)40處，包括22處《新疆煤田火區(qū)治理規(guī)劃(修編)(2016—2025年)》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)劃修編》)內(nèi)的火區(qū)和18處新生火區(qū)(新生火區(qū)指2013年底至今新產(chǎn)生的火區(qū)，《規(guī)劃修編》未涵蓋的火區(qū))，火區(qū)總面積477.73萬(wàn)m2。易發(fā)煤火風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域共28處，面積575.44萬(wàn)m2。新疆各地州內(nèi)未治理的在燃火區(qū)分布：烏魯木齊市有4處、昌吉州有18處、伊犁州有4處、塔城地區(qū)有2處、吐魯番市有7處、巴州有1處、哈密市有3處、阿克蘇地區(qū)1處。40處火區(qū)中有采礦權(quán)的火區(qū)12處，有探礦權(quán)的火區(qū)11處，無(wú)礦權(quán)的火區(qū)17處。

2 煤田火區(qū)的特點(diǎn)

2.1 分布廣

新疆煤田火區(qū)分布于天山南北，其中主要分布于烏魯木齊市、昌吉州、吐魯番市、伊犁州、塔城地區(qū)、巴州、哈密市、阿克蘇地區(qū)8個(gè)地州市。集中分布在準(zhǔn)格爾煤炭基地、吐哈煤炭基地、伊犁煤炭基地、庫(kù)拜煤炭基地等4大煤炭基地和1個(gè)資源保護(hù)開(kāi)采區(qū)內(nèi)，見(jiàn)表1和表2。

表1 新疆各地州市煤田火區(qū)面積占比Tab.1 Proportion of coalfield fire areas in Xinjiang

表2 各煤炭基地、資源保護(hù)開(kāi)采區(qū)內(nèi)煤田火區(qū)面積占比Tab.2 Proportion of coalfield fire area in each coal base and resource protection mining area

2.2 發(fā)展快

截至2019年底，《規(guī)劃修編》外新生火區(qū)有18處，火區(qū)總面積162.84萬(wàn)m2，每年燃燒損失111.11萬(wàn)t煤炭資源，受威脅煤炭資源儲(chǔ)量達(dá)15.26億t。《規(guī)劃修編》內(nèi)個(gè)別火區(qū)發(fā)展較為迅速。例如奇臺(tái)將軍廟火區(qū)、木壘老君廟火區(qū)等5處火區(qū)第四次普查時(shí)總面積為27.48萬(wàn)m2，此次普查時(shí)面積為101.25萬(wàn)m2，面積增加了73.77萬(wàn)m2。

2.3 易發(fā)煤火風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域多

全疆廢棄礦井、采空區(qū)塌陷、地表剝挖煤層裸露等易發(fā)煤火風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域數(shù)量多、范圍廣，這些都是引發(fā)煤田火災(zāi)的潛在因素，共28處易發(fā)煤火風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，易發(fā)煤火風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積共575.44萬(wàn)m2。

3 煤田火區(qū)變化的原因

(1)新疆多數(shù)煤層變質(zhì)程度低、埋藏淺、風(fēng)化氧化強(qiáng)烈，部分煤層自燃傾向性大，發(fā)火期3～6個(gè)月，加之氣候干旱、多風(fēng)少雨，極易引發(fā)煤田火災(zāi)。

(2)1999—2000年關(guān)井壓產(chǎn)及2005年安全生產(chǎn)整頓期間，全疆陸續(xù)關(guān)閉礦井1 500余處，關(guān)閉的煤礦沒(méi)有關(guān)嚴(yán)、關(guān)實(shí)，地下開(kāi)采區(qū)原始的地殼平衡被打破，擾動(dòng)地層穩(wěn)定，造成裂隙發(fā)育[7]，裂隙與地表溝通，打通了供氧通道，引發(fā)采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃，煤火沿井下采空區(qū)蔓延至地表形成煤田火區(qū)。

(3)新疆處于干旱地區(qū)，煤田火區(qū)所在地區(qū)的水文地質(zhì)資料顯示，大部分煤田火區(qū)的地下水位較低，煤火易沿煤層傾向方向蔓延。

(4)部分煤層為急傾斜煤層，地下煤火燃燒極易導(dǎo)致上部煤層垮塌，隨著煤火的持續(xù)燃燒，形成的空洞不斷擴(kuò)大，加快了煤田火區(qū)的發(fā)展。

(5)第五次煤田火區(qū)普查與第四次煤田火區(qū)普查間隔時(shí)間達(dá)6年，煤田火區(qū)處于動(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程中，同時(shí)此次普查使用了新的勘查方法，采用無(wú)人機(jī)航測(cè)、紅外、航磁等新技術(shù)來(lái)圈定火區(qū)面積，提高了勘查精度，使《規(guī)劃修編》內(nèi)在燃火區(qū)總面積相較于第四次煤田火區(qū)普查面積發(fā)生變化。

4 新疆煤田火區(qū)的危害和影響

4.1 損失煤炭資源

煤田火災(zāi)最直接的危害是燃燒損失大量的優(yōu)質(zhì)煤炭資源，此次普查結(jié)果顯示，截至2019年底，新疆未治理的40處在燃煤田火區(qū)，火區(qū)總面積達(dá)477.73萬(wàn)m2，每年燃燒損失456.16萬(wàn)t煤炭。近年來(lái)，隨著新疆煤炭大量開(kāi)發(fā)，新疆煤田火區(qū)也呈加速發(fā)展趨勢(shì)，燃燒規(guī)模不斷擴(kuò)大，部分煤田火區(qū)已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)原重點(diǎn)火區(qū)規(guī)模。

4.2 污染大氣環(huán)境

新疆煤田火區(qū)的燃燒伴隨著大量溫室氣體、有毒有害氣體和粉塵的釋放?；饏^(qū)內(nèi)煤層燃燒后，由于通風(fēng)條件的限制，大多數(shù)處于非充分燃燒狀態(tài)，其燃燒狀況與采暖爐及家用爐的燃燒狀況相似。依據(jù)《環(huán)境統(tǒng)計(jì)手冊(cè)》的方法計(jì)算[8]，新疆40處未治理的在燃火區(qū)的年損失量為456.16萬(wàn)t，煤層平均含硫量0.53%，平均灰分9.3%，煙氣中煙塵占灰分的25%。根據(jù)國(guó)家溫室氣體清單確定的排放因子數(shù)據(jù)為2.64(噸CO2/噸標(biāo)準(zhǔn)煤)，計(jì)算出40處未治理的在燃火區(qū)每年向大氣排放污染物的總量分別為：一氧化碳10.35萬(wàn)t、碳?xì)浠衔?.05萬(wàn)t、氮氧化合物1.65萬(wàn)t、二氧化硫38.68 t、煙塵10.61萬(wàn)t、二氧化碳1 204.26萬(wàn)t，同時(shí)還向大氣排放大量熱量。

4.3 破壞土壤環(huán)境

新疆未治理的40處在燃火區(qū)總面積477.73萬(wàn)m2，隨著火區(qū)的持續(xù)燃燒，火區(qū)熱效應(yīng)對(duì)土壤含重金屬鹽類(lèi)具有一定分解作用，并可改變火區(qū)土壤理化性質(zhì)[9]；火區(qū)地表析出的硫酸鹽和釋放的酸性氣體，使火區(qū)及周邊土壤的酸性增加，含硫量增高，土壤有機(jī)質(zhì)下降；同時(shí)，在火區(qū)內(nèi)地表形成大片燒變巖，導(dǎo)致適合植被生長(zhǎng)的土壤減少，火區(qū)內(nèi)膠結(jié)力差的土壤被風(fēng)和水侵蝕后，火區(qū)地表呈荒漠化和半荒漠化的狀態(tài)。

4.4 污染水資源

火區(qū)煤炭燃燒產(chǎn)生的酸堿性化合物、重金屬化合物及其他有毒有害物質(zhì)，在酸雨的沖刷作用下，沿地表被帶入河流后，河流中碳酸型甜水變成硫化物的苦水和氯化物的咸水，影響使用河水居民和牲畜的健康。例如，瑪納斯蘆草溝火區(qū)位于瑪納斯河邊，距河岸線只有十幾米，瑪納斯河為下游農(nóng)牧民主要的生活水源，火區(qū)地表析出的危害物隨雨水沖刷流進(jìn)河流后，對(duì)水質(zhì)造成嚴(yán)重污染。

4.5 易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害

隨著新疆未治理的40處在燃火區(qū)沿煤層走向和傾向的持續(xù)燃燒，在火區(qū)地下形成大小不一的空洞，煤火對(duì)煤層頂板烘烤致其破碎，煤層頂板的力學(xué)性質(zhì)也發(fā)生較大的改變，當(dāng)煤層頂板所受的重力大于其支撐力時(shí)，煤層頂板極易發(fā)生崩塌、滑坡、塌陷、裂隙、地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害[10-11]。塌陷坑和裂隙的產(chǎn)生，又為煤層燃燒提供了供氧通道，形成了“燃燒—塌陷—燃燒”的惡性循環(huán)。破碎的地表還加速了風(fēng)力和水對(duì)土壤和巖石的侵蝕，加劇了土地沙漠化和水土流失，使水土保持能力大幅下降，每當(dāng)雨水季節(jié)，極易引發(fā)泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)新疆煤田火區(qū)存在分布廣、發(fā)展快、易發(fā)煤火風(fēng)險(xiǎn)區(qū)多等特點(diǎn)，需根據(jù)新疆第五次煤田火區(qū)普查成果，健全完善新疆煤田火區(qū)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系，加強(qiáng)火區(qū)監(jiān)測(cè)，建立煤火預(yù)警、預(yù)報(bào)和煤火應(yīng)急處理機(jī)制，將煤火消滅在萌芽狀態(tài)，防止新生火區(qū)的產(chǎn)生和發(fā)展，為今后煤火防治并舉打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

(2)新疆煤田火區(qū)變化是由自然環(huán)境、產(chǎn)業(yè)政策、開(kāi)采方式、滅火技術(shù)、地質(zhì)條件、勘查技術(shù)等原因綜合作用產(chǎn)生的。因此，需強(qiáng)化煤炭企業(yè)的防滅火意識(shí)，切實(shí)履行轄區(qū)內(nèi)火區(qū)治理領(lǐng)導(dǎo)責(zé)任和管理責(zé)任，督促采礦權(quán)人落實(shí)火區(qū)治理責(zé)任，確?！兑?guī)劃修編》全面順利實(shí)施。

(3)隨著新疆未治理的40處在燃煤田火區(qū)持續(xù)燃燒，產(chǎn)生損耗煤炭資源、污染環(huán)境、破壞土壤、污染水源、引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害等危害，火區(qū)對(duì)地面工業(yè)、電力、測(cè)繪、交通等設(shè)施造成破壞，影響整個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，煤田火區(qū)的存在將勢(shì)必對(duì)“十四五”期間自治區(qū)煤炭工業(yè)的合理布局、大型煤炭基地的建設(shè)和礦區(qū)環(huán)境的保護(hù)產(chǎn)生負(fù)面影響，影響煤炭工業(yè)的健康發(fā)展。因此，需在第五次普查的基礎(chǔ)上，結(jié)合新疆煤炭工業(yè)發(fā)展規(guī)劃，按照輕重緩急、分批分期的原則，合理劃分重點(diǎn)和一般火區(qū)，優(yōu)化火區(qū)治理順序和治理時(shí)限，并與《規(guī)劃修編》對(duì)接，進(jìn)一步加快煤火治理步伐。