Введение
Подземное тление угольного пласта – это горение выхода или подземного угольного пласта. Большинство пожаров в угольных пластах характеризуются тлеющим горением, особенно подземные, из-за ограниченной доступности атмосферного кислорода. Случаи пожаров в угольных пластах на Земле датируются несколькими миллионами лет назад. Благодаря теплоизоляции и защите от тушения дождями и снегом земной корой, подземные пожары в угольных пластах являются самыми продолжительными пожарами на Земле и могут гореть на протяжении тысяч лет, как, например, Горящая гора в Австралии. Возгорание в угольных пластах может быть вызвано самонагреванием при низкотемпературном окислении, ударами молний, лесными пожарами и даже поджогами. Пожары в угольных пластах медленно изменяют литосферу и атмосферу, но в современную эпоху этот процесс ускорился и стал более масштабным, что связано с добычей угля. Угольные пожары представляют серьезную угрозу для здоровья и безопасности, оказывая негативное воздействие на окружающую среду посредством выброса токсичных газов, повторного возгорания травяных, кустарниковых или лесных пожаров, а также вызывая оседание поверхностной инфраструктуры, такой как дороги, трубопроводы, линии электропередач, опоры мостов, здания и жилые дома. Независимо от причины возникновения – естественной или антропогенной – пожары в угольных пластах могут продолжаться десятилетиями, столетиями или даже тысячелетиями, пока не произойдет одно из следующего: истощение источника топлива, достижение постоянного уровня грунтовых вод, увеличение глубины горения сверх способности грунта к оседанию и вентиляции, или вмешательство человека. Из-за подземного расположения, тушение пожаров в угольных пластах чрезвычайно сложно и дорого, и они маловероятно будут потушены осадками. Существует большая схожесть между угольными и торфяными пожарами. По всему миру в любой момент времени горят тысячи подземных угольных пожаров. Наиболее острая проблема наблюдается в развивающихся, богатых углем странах, таких как Китай.
A coal seam fire is a burning of an outcrop or underground coal seam. Most coal seam fires exhibit smouldering combustion, particularly underground coal seam fires, because of limited atmospheric oxygen availability. Coal seam fire instances on Earth date back several million years. Due to thermal insulation and the avoidance of rain/snow extinguishment by the crust, underground coal seam fires are the most persistent fires on Earth and can burn for thousands of years, like Burning Mountain in Australia. Coal seam fires can be ignited by self heating of low temperature oxidation, lightning, wildfires and even arson. Coal seam fires have been slowly shaping the lithosphere and changing atmosphere, but this pace has become faster and more extensive in modern times, triggered by mining. Coal fires are a serious health and safety hazard, affecting the environment by releasing toxic fumes; reigniting grass, brush, or forest fires; and causing subsidence of surface infrastructure such as roads, pipelines, electric lines, bridge supports, buildings, and homes. Whether started by humans or by natural causes, coal seam fires continue to burn for decades, centuries, or even millennia, until one of the following occurs: either the fuel source is exhausted, a permanent groundwater table is encountered, the depth of the burn becomes greater than the ground's capacity to subside and vent, or humans intervene. Because they burn underground, coal seam fires are extremely difficult and costly to extinguish, and are unlikely to be suppressed by rainfall. There are strong similarities between coal fires and peat fires. Across the world, thousands of underground coal fires are burning at any given moment. The problem is most acute in industrializing, coal rich nations such as China.
Влияние на окружающую среду
Помимо разрушения пострадавших районов, угольные пожары часто выделяют токсичные газы, включая угарный газ и диоксид серы. Китайские угольные пожары, которые потребляют, по оценкам, от 20 до 200 миллионов тонн угля в год, составляют до 1 процента глобальных выбросов углекислого газа от сжигания ископаемого топлива.
Тушение угольных пожаров
Чтобы огонь поддерживался, ему необходимы топливо, кислород и тепло. Поскольку доступ к подземным пожарам напрямую крайне затруднен, тушение пожаров предполагает поиск подходящей методики, учитывающей взаимодействие топлива и кислорода для конкретного случая. Огонь можно отделить от источника топлива, например, с помощью противопожарных полос или огнестойких барьеров. Многие пожары, особенно на крутых склонах, можно полностью разработать. В случае возгорания угольных пластов, залегающих неглубоко, приток кислорода из воздуха можно перекрыть, засыпав участок или установив герметичные барьеры. Другой способ – препятствовать оттоку продуктов сгорания, чтобы огонь затух из-за собственных выхлопных газов. Энергию можно отводить охлаждением, обычно путем закачки больших объемов воды. Однако, если оставшийся сухой уголь впитает воду, тепло поглощения может привести к повторному возгоранию потушенного очага по мере высыхания. Следовательно, необходимо отводить больше энергии, чем выделяет пожар. На практике эти методы комбинируют, и в каждом конкретном случае все зависит от доступных ресурсов. Это особенно актуально для воды, например, в засушливых районах, и для покрывающего материала, такого как лёсс или глина, чтобы предотвратить контакт с атмосферой. Тушение подземных угольных пожаров, температура которых иногда превышает 540 °C, является чрезвычайно опасным и дорогостоящим мероприятием. В Польше был разработан агрегат на базе реактивного двигателя, известный как Gorniczy Agregat Gasniczy (GAG), который успешно применялся для тушения угольных пожаров и вытеснения огнедампа в шахтах.
Текущие исследования и новые разработки в области тушения пожаров
В июле 2010 года журнал Time сообщил, что на рынок начинают поступать более дешевые альтернативы для тушения пожаров в угольных пластах, включая термостойкие растворы для заделки и азотную пену, подавляющую горение, а также другие инновационные решения. Электростанция Hazelwood – двухкилометровый угольный участок в открытой шахте Hazelwood – была подожжена лесным пожаром в октябре 2006 года и повторно в феврале 2014 года. Пожар на угольной шахте Hazelwood в 2014 году, который горел 45 дней, затронул тысячи жителей и распространил дым по населенному пункту Морвелл в штате Виктория. Правительство рекомендовало уязвимым группам населения в Южном Морвелле временно эвакуироваться из-за опасности твердых частиц PM2,5. В мае 2020 года корпорация Hazelwood Power была оштрафована на 1,56 миллиона долларов за нарушения требований охраны труда и техники безопасности, связанные с пожаром.
Китай
В Китае, крупнейшем в мире производителе угля, с годовым объемом производства около 2,5 миллиардов тонн, пожары в угольных пластах являются серьезной проблемой. По оценкам, ежегодно бесполезно сжигается от 10 до 200 миллионов тонн угля, и такое же количество становится недоступным для добычи. Сообщается, что некоторые из этих пожаров горели на протяжении трех столетий. Большинство из них были потушены в 1785 году. Эти старые горящие холмы сегодня соответствуют Мон-Сальсон, Буа-д’Авайз и Кот-Шод в Сент-Этьене, холму Брюле в Ла-Рикамери и Мон-дю-Фё (Горе огня) в Женилаке. Пожар в Женилаке длился 30 лет, начиная с 1740 года. В Дудвейлере, в земле Саар, угольный пласт загорелся около 1668 года и продолжает гореть до сих пор. Эта так называемая Горящая гора ("Brennender Berg") вскоре стала туристической достопримечательностью и была даже посещена Иоганном Вольфгангом фон Гёте. Также известна так называемая Стинштайнванд (вонючая каменная стена) в Швальбентале на восточном склоне Хоэр-Мейсснера, где несколько пластов загорелись несколько столетий назад после прекращения добычи бурого угля; продукты сгорания продолжают выходить на поверхность.
Индия
В Индии, по состоянию на 2010 год, под площадью в 58 квадратных миль (150 км²) в угольном бассейне Джария, расположенном в Дханбаде, штат Джаркханд, бушевало 68 пожаров. Пожары в шахтах начались в этом регионе в 1916 году и стремительно уничтожают единственный в стране источник высококачественного коксующегося угля.
Индонезия
В Индонезии пожары в угольных и торфяных месторождениях часто возникают из-за лесных пожаров вблизи выходов на поверхность. Сложно определить, какой пожар является причиной другого – лесного или в угольном пласте. Сезон пожаров обычно наступает каждые 3–5 лет, когда климат в некоторых частях Индонезии становится исключительно сухим с июня по ноябрь из-за явления Эль-Ниньо – Южного колебания у западного побережья Южной Америки. С 1982 года пожары стали регулярным явлением на островах Борнео и Суматра, охватывая большие территории в 1987, 1991, 1994, 1997–1998, 2001 и 2004 годах, что приводило к увеличению числа госпитализаций и распространению на территории Брунея, Сингапура и Малайзии. Угольные выходы настолько распространены в Индонезии, что практически наверняка эти пожары вызвали новые возгорания в угольных пластах.
Норвегия
В 1944 году шахта №2 Лонгйир на Шпицбергене была подожжена моряками с немецкого линкора «Тирпиц» во время его последнего выхода в море за пределы норвежских территориальных вод. Шахта продолжала гореть в течение 20 лет, а некоторые участки впоследствии разрабатывались из восстановленной шахты №2b.
Южная Африка
Трансваальские и Делагоа-Бейские угольные шахты вблизи Эмалахлени (ранее известного как Витбанк), провинция Мпумаланга, горят с 1953 года, когда шахта была заброшена.
В популярной культуре
В фильме 1991 года "Ничего, кроме неприятностей", снятом и написанном в соавторстве Дэном Айкройдом, фигурирует город Валкенвания, под которым уже несколько десятилетий горит подземный угольный пожар. Судья города объясняет свою ненависть к финансистам постоянным горением угольной шахты. В телесериале "Скорпион", 3 сезон, 23 эпизод, команда "Скорпион" ликвидирует подземный угольный пожар в штате Вайоминг.