地下煤火

吳青

達爾瓦扎的“地獄之門”

全球有不少的旅游勝地，其中最不尋常的當(dāng)屬處于土庫曼斯坦達爾瓦扎村的被稱為“地獄之門”的一個大洞。這個洞的直徑有70米。驚人的是，在過去41年中，洞中跳躍的烈焰把該地區(qū)的夜晚照得透亮，至今依然如此。

“地獄之門”奇觀是怎樣形成的呢？篤信“超自然力”的人們一定認(rèn)為它非地球人所造，而事實上，這個奇異之物的來歷實在是再普通不過了——1971年，一組地質(zhì)學(xué)家在達爾瓦扎村附近進行鉆探，無意間將一個天然的地下天然氣儲備庫鉆穿了，地面隨之碎裂，并逐漸形成一個直徑70米的巨洞。達爾瓦扎村位于土庫曼斯坦首都阿什哈巴德以北約260千米的卡拉庫姆沙漠中部，如今居住著大約350個居民，大多屬于泰克部族，一直保持著半游牧生活方式。達爾瓦扎地區(qū)的地下富含天然氣。

當(dāng)時，地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為，甲烷（天然氣的主要成分）是一種典型的溫室氣體，如果洞內(nèi)的甲烷釋放出來并進入大氣層，將會對環(huán)境造成污染，且具有危險性。因此，他們做出一個決定：點燃洞內(nèi)的甲烷。他們原以為幾天之內(nèi)甲烷就會燃燒殆盡，卻沒料到，直到41年后的今天，被他們點燃的這場大火仍在熊熊燃燒。如今，你只要望向洞口，就很容易理解“地獄之門”這個名字有多么的貼切。當(dāng)你一步步走近“地獄之門”時，你感覺仿佛正走向魔鬼的巢穴。該地區(qū)地下的天然氣儲量十分豐富，誰也不知道這場大火還要燒多久，而好奇的旅游者不斷地從世界各地紛至沓來，只為一覽這危險的自然奇觀。

2010年，土庫曼斯坦政府曾做出決定：封閉這個大火洞。但由于技術(shù)要求高，耗資巨大，這項工作最終沒有實施。“地獄之門”至今仍在燃燒：一年燃燒365天，一天燃燒24小時。

達爾瓦扎的“地獄之門”，被認(rèn)為是煤田大火（也被稱為“地下煤火”）的一個典型案例。

圣特拉尼亞的煤田大火

“這是一個人類無法生存的世界，它比水星還燙，它的大氣比土星更毒。在烈焰腹心，溫度很容易就超過了1000華氏度（537℃）。由一氧化碳及其他毒氣組成的致命氣云，從地下的巖腔旋動、升空?！边@是美國作者德科克在其1986年出版的《看不見的危機》一書中的一段描述。

圣特拉尼亞是美國賓夕法尼亞州哥倫比亞縣的一個小鎮(zhèn)，也是一個著名的“幽靈鎮(zhèn)”（被荒廢的城鎮(zhèn)），該鎮(zhèn)人口從1981年的超過1000人銳減至2005年的12人，2007年的9人，2010年的10人——這就是這場從1962年開始燃燒，至今未熄滅的煤田大火的惡果。

圣特拉尼亞于1866年建鎮(zhèn)，生產(chǎn)無煙煤是這里的主要產(chǎn)業(yè)。采煤一直持續(xù)到20世紀(jì)60年代，大多數(shù)煤礦公司停業(yè)，但非法采煤一直持續(xù)到了1982年。事實上，露天采煤至今仍活躍于該地區(qū)，在圣特拉尼亞小鎮(zhèn)以西約5千米還有一個地下煤礦，雇傭了大約40人。

沒有人知道圣特拉尼亞的煤田大火是怎樣點燃的。一種說法是，1962年5月，由當(dāng)?shù)卣蛡虻?名消防公司人員前來清理該鎮(zhèn)的垃圾場，垃圾場位于一個廢棄露天礦坑的附近，是幾年前從其他地方搬來的。在過去幾年中，消防隊員都是一把火點燃垃圾，用不了多久，就把垃圾燒得干干凈凈了。然而，這一次他們沒有正確地?fù)錅缁稹?/p>

有證據(jù)支持上述說法。2007年，一份調(diào)查公文中指出，當(dāng)時一名垃圾清運工把一些熾熱的煤灰倒進了露天垃圾坑里。按照該鎮(zhèn)法規(guī)，在每個煤層之間必須設(shè)置石膏防火屏，但當(dāng)時防火屏還沒有全部完工，結(jié)果熾熱的煤灰穿透了垃圾坑下面的煤脈，點燃了地下煤火。但另一種說法是，在這次燃燒垃圾之前很久，煤田大火已經(jīng)被點燃。

大火在地下一直燃燒，并通過巖石孔洞進入了圣特拉尼亞地下廢棄的礦坑。滅火的嘗試沒有成功，大火持續(xù)燃燒。由于大火產(chǎn)生的一氧化碳和二氧化碳等副產(chǎn)品，加之大火耗氧降低氧濃度，致使當(dāng)?shù)赜卸嗳顺霈F(xiàn)了健康問題。

直到1979年的一天，當(dāng)?shù)厝私K于意識到了問題的嚴(yán)重性——一個加油站的老板把一根樹枝伸進加油站的地下儲油罐中，想檢查油的高度，取出后發(fā)現(xiàn)它竟然發(fā)燙。他又把溫度計放進儲油罐中，發(fā)現(xiàn)油溫竟然達到了77.8℃。自此，整個賓夕法尼亞州都開始關(guān)注圣特拉尼亞。1981年，這種關(guān)注達到了頂峰——當(dāng)?shù)氐?2歲男孩托德掉進了他家后院的一個突然“張開大口”的巖坑，幸好他的表兄及時將他拉了出來。這個巖坑最終塌陷為一個寬1.2米、深46米的大洞，從坑內(nèi)翻騰出含有致命濃度的一氧化碳的熾熱蒸氣。

1984年，美國國會撥款4200萬美元，用于幫助圣特拉尼亞居民搬遷。大多數(shù)居民搬遷至附近，但也有少數(shù)居民不顧警告，執(zhí)意留在原地。1992年，賓州政府下令征用圣特拉尼亞所有地產(chǎn)，留守者提起上訴，但最終輸了官司。2002年，美國郵政總局撤消了圣特拉尼亞的郵政編碼——19727。2009年，當(dāng)?shù)卣_始強制留守的居民搬遷。

如今，生活在圣特拉尼亞的人家已寥寥無幾，大多數(shù)被棄的建筑已被人為或自然之力蕩平?；窝垡豢矗摰貐^(qū)就像是有許多人行道穿越其間的一片曠野，有些地方已經(jīng)重新長出了森林。

圣特拉尼亞煤田大火的過火總面積達到1.6平方千米，但在地面上可見的跡象，不過是小鎮(zhèn)南面的一個蒸氣噴口，不穩(wěn)定的地表，溢出的一氧化碳?xì)怏w，以及鎮(zhèn)里鎮(zhèn)外的多個煤田大火警示牌。此外，在賓州61號公路被棄的一段可見煙霧冒出，四周地面上還分布著許多裂隙。

科學(xué)家估計，圣特拉尼亞煤田大火還將持續(xù)燃燒250年，甚至更久。

煤田大火的形成原因

煤田大火，指地下煤、氣的一種悶燒現(xiàn)象，常發(fā)生在煤礦中。煤田大火沿礦井和地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的裂縫潛行、傳播，因此在地面火被撲滅后，地下火往往還能繼續(xù)燃燒數(shù)年、數(shù)十年甚至數(shù)百年。

煤田大火可分為近地火（接近地表的煤田大火）和深地火（地下深處的煤田大火）。近地火蔓延到地表，燃燒所需的氧來自大氣層。深地火所需的氧則來自于地下礦井的通風(fēng)換氣。煤田大火的發(fā)生可能源于事故，通常與瓦斯爆炸有關(guān)。政府為阻止非法采煤而采取的炸礦也可能引發(fā)煤田大火。而近年來發(fā)生的煤田大火大多是由焚燒垃圾引起的，圣特拉尼亞煤田大火就是這方面的典型例子。美國目前有數(shù)百個煤田大火，其中大多數(shù)都見于賓州。

不過，煤田大火多數(shù)還是由自然原因（閃電、草火、林火等）所致。比如，在濕度和顆粒大小適合的情況下，褐煤在低至40℃的條件下就可能自燃。在煤的滲透度允許空氣流入、但通風(fēng)設(shè)備無法移走產(chǎn)生的熱量的情況下，煤田大火就開始了，最初只有幾個平方厘米而已。兩個基本因素——環(huán)境溫度和煤粒大小決定著是否會發(fā)生自燃。環(huán)境溫度越高，氧化反應(yīng)速度越快，煤粒內(nèi)部釋放的熱量越多。煤粒越大，熱量越難以在內(nèi)部上升，越難以散發(fā)到外面，自燃速度越快。熱量之所以難以散失，是因為多孔或塌陷的材料的熱傳導(dǎo)率通常偏低，充當(dāng)了隔熱材料。

由閃電或其他原因引發(fā)的野火可能會點燃靠近地表或煤礦通風(fēng)口的煤火，悶燒則可能遍及裂縫，導(dǎo)致地面下陷，裂縫加大，得到更多的氧，在火勢突破地面時引燃更多野火。美國西部的史前渣塊巖就是史前煤田大火的殘跡，這些殘跡比母巖抵御侵蝕的能力更強，因而留下了露出地表的小尖山和平頂山。澳大利亞的“火焰山”是已知最古老的煤田大火，據(jù)估計已燃燒了6000年之久。

煤田大火的危害

煤田大火會對經(jīng)濟、社會和生態(tài)造成巨大影響。除了對大火地區(qū)造成直接破壞外，煤田大火釋放的溫室氣體（二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫和甲烷等）還會加劇全球變暖趨勢。據(jù)估計，全球煤田大火每年向大氣層排放40噸的汞，以及占世界總年排放量3%的二氧化碳。

煤田大火會產(chǎn)生毒煙，點燃草火、灌木火或森林大火，并可能導(dǎo)致地面道路、管線、電線、橋墩、建筑物等基礎(chǔ)設(shè)施沉陷。不管是什么原因點燃的煤田大火，都會持續(xù)燃燒很長時間，直到燃料耗盡、遇到地下水、燃燒深度增加或人為干預(yù)。由于煤田大火是在地下燃燒的，要想人為撲滅它們既困難又費錢。特別值得一提的是，即使下雨也澆不滅煤田大火。

不過，煤田大火可能使當(dāng)?shù)氐膭又参锸芤?。在德國一個煤田大火附近地區(qū)，寒冷的冬季竟然出現(xiàn)了許多地中海昆蟲和蜘蛛?？茖W(xué)家相信，煤田大火導(dǎo)致地面溫度升高，從而允許這些異域動物在這里生存。

我們能撲滅煤田大火嗎

經(jīng)驗告訴我們，許多煤田大火是可以撲滅的。在嘗試撲滅煤田大火之前，必須盡可能準(zhǔn)確查明大火的位置和地下的情況。除了了解地理、地質(zhì)和基礎(chǔ)設(shè)施情況外，還可以通過各種測量手段獲取信息，比如：

測量溫度，了解地表、裂縫和孔洞的溫度。

測量氣體，了解大火通風(fēng)系統(tǒng)的流量、速度和氣體組成，從而描述燃燒反應(yīng)。

從飛機或直升機上進行地面地球物理測量，了解傳熱性、磁特性等地下參數(shù)。

從飛機或人造衛(wèi)星上進行遙感測試，其中高像素光譜繪圖、熱成像及超光譜數(shù)據(jù)的作用很大。哪怕溫度高達幾百甚至上千攝氏度的地下煤火，造成的地面溫度上升也不過幾攝氏度而已。隨著地下火從各個方向加熱地表，紅外遙感能追蹤到火的位置。不過，遙感無法辨別彼此靠近的火，因此常低估火的個數(shù)。在區(qū)分煤田大火和森林大火方面，遙感技術(shù)也有較大的局限。

利用安裝在地下的永久性感應(yīng)系統(tǒng)，實時傳送壓力、溫度、氣流和氣體等數(shù)據(jù)，從而發(fā)現(xiàn)早期預(yù)警信號。

燃燒離不開燃料和氧，因此要想戰(zhàn)勝煤田大火就得找到辦法對付這兩個相互作用的因素。例如，對于近地火，可以通過覆蓋火區(qū)或安設(shè)不透氣的防火墻來阻斷空氣中的氧流?？梢栽O(shè)法限制可燃?xì)怏w的外流，讓火被自己的廢氣壓制。還可以通過大量注水降溫，移出熱量。煤田大火的撲滅取決于可以獲得的資源，尤其是有沒有水，例如干燥地區(qū)缺水，可以采用黃土或黏土等覆蓋材料阻止煤田大火與空氣接觸。

在撲滅近地火方面，中國發(fā)展出了一套行之有效的標(biāo)準(zhǔn)方法。這套方法的基本程序是：用重型設(shè)備平整地下火上面的地表，以方便運輸；在火區(qū)鉆孔，每個孔相隔大約20米，一直鉆到火源，從而形成一個規(guī)則的柵；用不透氣的黃土等材料覆蓋整個火區(qū)；長期向鉆孔中注入水或稀泥，通常持續(xù)1～2年；在氣候允許的條件下，盡量種植植被。目前，上述方法正在不斷改進完善中，例如在滅火的水中加入添加劑，或者采取其他滅火劑。

據(jù)媒體報道，波蘭一家公司已經(jīng)開發(fā)出一種噴氣引擎撲火單元，并成功運用于撲滅煤火和置換礦井瓦斯。一種不那么昂貴的撲滅煤田大火體系也已在國際市場上推出，它包括特制的防熱薄漿、滅火氮泡沫等，應(yīng)用了多種創(chuàng)新技術(shù)。

不過，科學(xué)家指出，要想撲滅所有的煤田大火是不現(xiàn)實的，或許放任煤田大火燃燒是一種比釋放甲烷進入大氣層更安全和更環(huán)保的思路——畢竟甲烷是一種強力溫室氣體。