烏達煤田煤層自燃動態變化和產生原因

王浩森，胡社榮，杜 婷，2，許嘉珊，2，汪恩滿，陳培科，席 晉

（1.中國礦業大學 （北京）地球科學與測繪工程學院，北京100083；2.神華地質勘查有限責任公司，北京100011）

煤層自燃問題是一個世界性的研究課題，涉及中國、印度、美國、俄羅斯、澳大利亞、印度尼西亞、中亞等煤炭資源豐富的國家和地區。據1998年的資料，中國北方煤田火區56個。煤田火區面積720km2，每年煤炭燒失量2×107t，受煤火影響每年破壞煤炭資源2×108t左右，累計燒失煤炭資源量42.20×108t[1－2]。其實，煤火引起的煤炭燃燒資源量是一個動態的過程，而不是一個固定的數值。如何獲得煤火燃燒面積和煤炭燒失量的動態變化數據，是一個棘手而又鮮見研究的問題。此外，雖有人提及烏達煤田煤火的成因，卻是從著火的條件來探討的。本文以內蒙古自治區烏海市烏達煤礦為例，探討煤炭燃燒面積和資源損失量動態變化情況，并剖析其煤火發生的原因。

1 烏達煤田地質與煤火燃燒概況

烏達煤田共含煤27層，由上至下編號為1～18號。可采煤層19層（1、2、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13上1、13上2、13上3、13、14、15、16、17號）；不可采煤層8層（2上、3、4上、4下、12上、12下、13下、18號）。

1961年，蘇海圖煤礦井下9號、10號局部淺層高硫煤自燃。特別是20世紀80年代以來，小煤礦遍地開花，自燃煤層也擴展到8層，即1、2、4、6、7、9、10、12號煤層。使得烏達煤火愈演愈烈，燃燒面積逐年增長。截至2009年3月，三個井田（蘇海圖、黃白茨、五虎山）火區面積占總含煤面積的13.58%。

2 煤火燃燒動態變化

烏達礦區1958年開始建井。1961年，蘇海圖煤礦井下9號、10號高硫煤自燃。從1978年開始，蘇海圖煤礦井下采空區先后形成Ⅳ2－1、Ⅳ2－2等6個地面火區。1985～1995年，烏達煤田開采量壓縮，小煤窯開采形成10個煤田火區，采空區形成8個煤田火區。2004年12月，神華集團的“烏達煤田火區詳查補充報告”中，劃定烏達礦區16個煤田火區，火區總面積349.6萬m2，煤矸石火區4處。中國國土資源航空物探遙感中心于2004年8～9月在內蒙古烏達煤田地區進行了1∶5000比例尺的吊艙式直升機頻率域航空電磁、磁綜合測量，新圈定了煤火區五處。煤矸石堆火區7處。1989～2005年，烏達煤田的煤火區面積增加98.10萬m2，每年新增火區面積約6.13萬m2，年增加率為2.48%。烏達煤田南部的A（12、13與14號）煤火區面積在逐漸減少，但是，其他火區的面積在逐漸增加，產生了許多零星的小煤火區，有些煤火區逐漸聚集連通一片形成燃燒帶，并向四周擴散蔓延。

2006年，調查發現了17和18號新火區。火區地表高溫燃燒區（煤火燃燒中心和燃燒帶）面積在1，640，727.51m2，火勢較此前略有增強，因煤火蔓延增加面積為763，173.288m2，烏達火區總面積達到425.9萬 m2[2－8]。到2009年3月，神華（北京）遙感勘查有限責任公司對烏達煤田火區再次調查，總面積已達486.08萬m2。

2011年，本次調查實測煤田內部明火區以及冒煙區面積僅37.7萬m2，火區面積急劇縮減。烏達礦區煤火燃燒面積的變化如圖1所示。

圖1 烏達礦區煤火燃燒面積變化直方圖

3 煤火燃燒原因

烏達礦區煤層燃燒的原因很多，前人曾做過探討，認為烏達煤田煤火分內、外因兩種原因，分別是：

①內因：煤層厚度、硫分含量、灰分含量和變質程度；②外因：埋藏深度、破碎程度、通風狀況和封閉狀況[4]。

上述烏達煤田起火的內、外因，應該說是影響煤火的條件，其實，就整個烏達煤田來說，皆具備煤火燃燒的條件。從烏達礦區煤火起因的角度來看，大致可以分為：采空區散煤自燃、瓦斯爆炸起火、小煤窯開采引發煤自燃、煤火治理不當加強煤自燃和氣候、環境因素引發煤自燃等四大原因。

3.1 煤炭開采引發煤火

烏達煤田大火蔓延主要發生于20世紀80年代。80年代中期大量涌現的小煤窯最鼎盛的時候曾經達到四百多座，小煤窯大約間隔50m，橫七豎八，遍地都是。可以說，煤田大火迅速蔓延的罪魁禍首，就是私采濫挖的小煤窯。

大煤礦與小煤窯采空區遺留松散煤起火是其原因之一。1963年5月，10號煤層因一下山1012工作面采空區自燃，1966年6月，9號煤層因二上山1024工作面采空區自燃；據不完全統計，1963～1996年，蘇海圖、五虎山煤田因采空區自燃事件共發生16起；因小煤窯采后不封閉、小煤窯采后地表塌陷，塌陷造成的裂隙與小煤窯遺留煤溝通引發的煤火10起；1981年2月8日，蘇10火區因瓦斯爆炸引發火災[3]。

煤炭開采方式也是觸發煤炭燃燒的因素之一。內蒙古烏達煤田采用“長壁式”開采方式，開采范圍大，塌陷區范圍大，很容易與地表導通。井下采空區遺煤，容易氧化著火，留設的煤柱因遭受壓力而破碎，也是煤火易發生的地方。由此導致的煤火往往因火災的蔓延而致使大范圍燃燒。煤層燃燒又引發地面大規模的塌陷，地下燃燒的有害氣體與濃煙可直通地面。小煤窯一般都比較淺，開采后塌陷很容易導致裂隙延展到地表，由此而導致空氣與地下遺留煤交流，遺留煤氧化發熱，從而引發火災。

3.2 煤火治理產生再生煤火

熄滅地火最直接的方法是用水滅火和在地火發生初期挖除火源。2006年1月6日，國家發展改革委員會正式批準立項，批準項目總投資16260萬元，其中國家補助6985萬元，神華集團出資9275萬元，施工期4年，滅火面積350萬m2。

銀星公司—一個烏達礦業公司下屬“三產”企業。該公司成立于2000年。公司前身是烏達礦務局多種經營總公司，挖小煤窯，搞建材、養殖等項目。

銀星公司把整個煤田劃成16塊，再層層轉包。承包費“有的幾十萬一塊，有的幾百萬一塊”，來自浙江，寧夏和內蒙古東勝的100多個煤老板，開始以剝地皮的方式瘋狂挖煤“滅火”。2008年，滅火工程數次嚴重威脅到井下采礦。烏達礦業公司分管安全的副總，向神華能源公司打報告，請求想辦法制止泛濫的采挖。最后，由烏海市政府出面，強行停止了整個烏達煤田滅火工程。

一些剛高價買到地塊的煤老板因此虧損嚴重，只能丟下剝開的地皮；已賺到錢的煤老板，也不再回填、復墾和綠化，一走了之。因此，剛剛挖出露頭的煤層，開始大規模自燃。煤火蔓延增加面積763173.288m2，2009年，烏達火區總面積達到486.08萬m2。

4 結論

通過上述討論，得出如下結論：

1）烏達煤田煤自燃有四種原因：井下采空區遺煤和留設煤柱煤氧化升溫起火和瓦斯爆炸起火、小煤窯開采產生裂隙導通地表引發煤氧化自燃和煤火治理引發煤層裸露氧化產生再生煤火。

2）烏達煤田煤火分四個階段：1961～1980年，煤炭開采遺留煤井下自燃為主階段；1980～2006年，小煤窯濫采和忽視煤火治理導致煤火蔓延階段；2006～2009年，煤火治理導致再生煤火更加擴張階段和2009年至目前的再次煤火治理取得突破性進展的階段。

[1]管海晏，馮·亨特倫，譚永杰，等.中國北方煤田自燃調查與研究[M].北京：煤炭工業出版社，1998.

[2]張建民，管海晏，曹代勇，等.中國地下煤火研究與治理[M].北京：煤炭工業出版社，2008.

[3]雷學武，萬余慶，李寶春.烏達礦區煤層自燃現狀及成因初析[J].中國煤田地質，1999，11（4）：19－20，36.

[4]樊新杰，曹代勇，時孝磊，等.內蒙古西部烏達礦區煤層自燃的控制因素[J].地質通報，2006，25（4）：487－491.

[5]王衛平，于長春，方迎堯，等.內蒙古烏達地區地球物理場特征與地下煤火分布[J].物探與化探，2007，31（6）：551－555.

[6]仲連文.內蒙古烏達礦采空區自燃發火條件實驗研究[J].煤炭技術，2009，28（7）：109－110.

[7]孔冰，馬建偉，陳漢章，等.3S技術在烏達煤礦水災危險評估中的應用[J].國土資源遙感，2010（2）：80－84.

[8]蔣衛國，武建軍，顧磊，等.基于遙感技術的烏達煤田火區變化監測[J].煤炭學報，2010，35（6）：964－968.