地下煤火何时休？ 最近网上流传对国内地下煤火之困境的讨论，笔者以灭火工程师自居，当然不会放过研究灭火的机会，努力下海游泳一回，心有所感，遂成此文。另今日《中国新闻周刊》登载了类似的文章，有人特意发给我，看看我的意见，这里把旧文看出，让大家自由评论评论。 1. 中国煤火的问题 最近煤火问题越来越严重了（当然是我国能源需求的胃口越来越大的结果），美国时代周刊把中国煤火问题定为世界五大环境灾难问题，也是有原因的。现在谁也无法判断地下煤火的形势的大小，但美国人毫不犹豫地估算出中国地下煤火的燃烧碳排量超过美国全部汽车的碳排放量，占全球排碳量规模的 3% （？），你说中国政府急不急？现在国内是病急乱求医了，大把大把的银子送给德国人搞合作研究，其实就是请人家帮我们处理数据，我们处理不来。我看新闻中搞地下煤火灾难研究的工作者（凡是署名的，都可以查到简历），都是搞遥感出身，对灭火原理认识不足，听他们说话，就是听不到一点灭火常识，你说急人不急人？还好笔者懂一点灭火原理，可以从公开的蛛丝马迹中寻找线索，发现煤火问题越来越严重的深层原因。 2. 地下煤火的困境 我国地下煤火的分布，从北纬 36 度以北帕米尔高原到大兴安岭西坡的范围内的煤田，都有自燃的煤火在燃烧。这种分布形式，和长城平行，和等降雨线平行，一方面说明煤层形成的气候特征（古代的森林就是按照降雨线分布的，形成煤层以后当然如此），另方面说明煤火形成对地质条件的要求。为什么煤火不会在南方燃烧呢？因为南方湿度大，这是部分原因，关键是湿度造成土壤的密封性好，地下煤火得不到氧气，自燃就被窒息了。所以，北方煤火得以百年维持的原因在于地质构造，长期的干旱少雨导致缺乏植被，因此土壤或岩石透气，因此火焰得以缓慢燃烧，维持百年。携手百年，白头偕老？那是指煤田自燃的结果（煤灰是白的，自燃的过程是从内向外变白）。 煤火地下运行百年，除了天灾的因素，还有人祸？ NO 。深受集体主义毒害的人们总是指责小煤矿的无序管理，其实小煤矿的存在本身就是国家管理不善的结果，他们没有技术和条件维持安全，为何能够得到执照？敢发执照的人却不敢承担责任，这是制度的困境。 另一方面，煤火的存在，有其内在的结构的必然性。只要这种结构（通风 / 氧但不散热）存在，煤层自燃问题就不可能得到消除。如果要控制人祸，那么最好是什么也不干，一点煤也不要挖。只要挖煤，就等于给煤层增加了一条通风途径，必然带来潜在的煤火失控问题。中国印度德国煤火多，是对煤炭过度依赖的结果（按照美国的标准，三者都是贫油国），只要挖煤，就必然有煤火，所以人祸说是不能成立的。 那么，不挖煤，是否就没有煤火问题了呢？否。美国现在很少挖煤了，但过去挖过，而且美国的资源更丰富（中国的煤炭产量虽然世界第一，但煤炭储量只有美国的 2/5 ，不到一半。俄国资源第二，中国资源第三，但开发第一。），所以宾州地下煤田燃烧近 50 年了，还在进行之中。对此我们要认识问题的科学本质，而不是简单的人祸或管理问题。消防问题也是如此，火灾不是因为有人点火就失控的，而是因为条件合适才失控的，不能如此认识，必然陷入无限循环的人祸论，越论祸越多。 3. 地狱之火的挑战 煤火燃烧的实质，按照消防术语来说，就是 Class A Fire ，就是固体火灾，或者说是深层火灾（ Deep-seated Fire ），与森林火灾一样，都是需要大量水源的一种火灾。于此相对应的 B 类火灾，就是油类火灾，虽然燃烧旺盛，但那是表面火灾，灭了就灭了，不会在内部深度继续燃烧（阴燃或缓燃）。 市面上绝大多数的灭火剂，只能在表面起作用，不能深入内部降温，唯一的例外是水（可以渗透，吸热量大），这是用水灭火，千年不变的关键。 煤层着火的困境在于，煤层深部发生缓燃，温度高，能量大，而液体水不能深入内部（水分有表面张力，遇到缝隙，就停住了。），所以投入煤层的水源，绝大部分都变成了水蒸汽，虽然带走了一部分能量，但并不能彻底消灭内部的火种。另外，即使火焰熄灭，但煤炭有自燃的潜力，只要这种通风结构依然存在，自燃依旧会发生。所以时代杂志引用研究者 Steven Andrews 的话说 I decided to go to see how it was extinguished, and flames were visible and the entire thing was still burning They said it was put out, and who is to say otherwise? ，这是对煤火自燃的绝好观察。 现代消防工程，使用一种添加剂，降低水分的表面张力，增加水分的渗透能力，以期深入燃料的内部降温。这种经过处理的灭火剂，称为湿润的水 Wetting water ，可以增加水源的使用效率，防止用水的浪费。我看国内消防用水没有这种节水观念，或许是效果不彰的原因之一吧（如果说错了，请指正）。 4. 地狱之火如何灭？ 笔者最近研究可燃性问题，对物质的灭火性能很感兴趣。世界上的万物，都可以分成两大类：万物有质皆阻火，燃料有能方燃烧。就是说，万物有质量，在燃烧中都会吸取能量，因此可以用来阻止火灾的蔓延，但是那些燃料受热后会放热，释放更多的能量，因此会加速燃烧的进行。懂得这一原则，灭火剂就不会局限于水分或二氧化碳了，只要是不可燃的物质都可以当灭火剂使用，关键是如何定时定量地把灭火剂送到最需要的地方（火场）。地下煤火的灭火工作的关键，就在于此。 光使用水分，会不断气化，因此靠水灭火非常辛苦，需要泵水数月，往往不见果效（碰巧地下有蓄水结构，你只好自认倒霉）。通常使用灌浆（黄泥和水，为堵塞通风管路），用水分传递某些固体到达一定的位置，待水分干了，就地堵塞，阻断通风管路，窒息火灾，多好啊！可惜的是，灌浆技术使用多相流技术不可靠，不能随意控制，而且渗透性能更差，堵不上小缝隙，所以不能彻底解决问题。 美国是如何处理的呢？两种正在研究中的方法，一种是用航空发动机的排气（没有氧气了）惰性化煤层空间，防止煤层自燃。自燃也需要氧气，自燃的关键是通氧但不散热，煤炭堆积的多孔结构正好符合这种情况。因此长时间惰性化有助于防止缓燃的发生。排气不可燃，可以在增加散热的前提下不增加氧气供给，所以可以达到窒息缓燃的效果。如果能够长期维持地下的正压厌氧环境，完全有可能把煤火灭掉，但需要长时间的运行，还需要随时监控地下的漏气状况。 还有一种方法就是含氮的泡沫，抗热型的，能够把地下空间迅速填满，固定空气，防止流动，燃烧没有氧气，自燃就熄灭了。不过这种泡沫价格很高（关键是你得分担它的研发费用），不能大规模使用。 个人认为，扑灭煤火的关键是地下的通风结构必须破坏。只要通风的结构依然保存，煤层的自燃问题就永远不能得到彻底的解决。所以最好的方式应当是地下爆破，破坏通风的结构。但采煤区爆破会影响矿井安全，这就是一个两难问题了。要采矿还是要资源？ 笔者研究灭火技术多年，深信没有火灾是不能灭的，关键是消灭它的存在条件。但是对于地下煤火问题，大规模经济可行的办法至今没有找到（美国新闻中好像对中国的灭火方法颇有嘲弄，似乎对人海战术不以为然。我想这个世界上可能只有中国才会这么不计成本地灭火，人多力量大，社会主义优越性嘛。）。当然，我还没有见过煤火，所以现在不过是防空炮（空谈），下结论为时过早。指点火场君莫笑，书生说话调书包。古来实践出理论，现今思想逐浪高。 有道是，地大物薄兮仰赖煤，煤火肆虐兮排碳多；多方探索兮集众智，智谋灭火兮靠理论。
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