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　  據(jù)新華社日前報道,，中國礦業(yè)大學周福寶教授帶領(lǐng)的地下煤火研究團隊與國內(nèi)外研究機構(gòu)合作,，新近攻克將煤田火區(qū)熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿惹鍧嵞茉吹年P(guān)鍵技術(shù),。這有助于將每年數(shù)億噸白白燒毀的地下煤炭資源重新利用,。

　　本版特約中國礦業(yè)大學研究團隊的研究人員,，向讀者介紹關(guān)于地下煤火防治的那些事,。

　　每年10億噸地下煤炭白白燒毀

　　《西游記》中,，孫悟空三借芭蕉扇撲滅火焰山烈火的故事,，大家都耳熟能詳,。那么，《西游記》中的火焰山究竟為何物,？有專家認為,，其原型正是煤田火災。早在1600多年前,，北魏地理學家酈道元在《水經(jīng)注》中就有“屈茨（即龜茲,，今新疆庫車）北二百里有山，夜則火光,，晝則但煙”的記載,，描述的就是今新疆庫車、拜城一帶的煤田火災,。

　　地下煤火是煤礦層由于人為因素或自燃形成的煤田火和礦井火的統(tǒng)稱,，被稱為沒有地理界限的“全球性災難”。世界上幾乎所有產(chǎn)煤國都不同程度地存在著地下煤層燃燒現(xiàn)象,，其中以中國,、印度,、印度尼西亞的形勢最為嚴峻。美國賓夕法尼亞州的塞特利亞煤田大火從1962年5月開始一直燃燒至今,，這也是全美最嚴重的煤田大火之一,。煤田大火帶來的濃煙和有毒氣體，迫使當?shù)劓?zhèn)上的1100多名居民紛紛搬離家園,。

　　據(jù)統(tǒng)計,，全世界每年約有10億噸煤炭被地下煤火燒毀，占世界煤炭消費總量的1/8,，每年地下煤火燃燒約產(chǎn)生10億千瓦的能量,，相當于當前全球核電總?cè)萘康?.5倍，超過水力發(fā)電所產(chǎn)能量總和,。

　　我國是世界上煤火災害最嚴重的國家,，據(jù)不完全統(tǒng)計，1949年以來我國煤火燒毀煤炭資源量近30億噸,。其中，以新疆的煤火災害最嚴重,，曾有專家推斷,，有的火區(qū)可能已燃燒了成千上萬年。其原因主要有三個方面：

　　其一,，天山是地質(zhì)活動較為劇烈的地區(qū),，埋在地層中的水平煤層經(jīng)過多次地質(zhì)運動大多變?yōu)閮A斜煤層，煤層露頭多,，暴露的煤層與空氣中的氧接觸,，產(chǎn)生氧化作用，積熱增溫,，溫度達到燃點時煤層自燃,，形成煤田火災。

　　其二,，歷代小煤窯不規(guī)范的開采,，工藝落后，無防火措施,，著火就走,，走了又開新井，著火又走,，釀成大面積煤田火災,。例如新疆奇臺縣境內(nèi)的將軍戈壁煤田，據(jù)推測早在唐宋年間,，就有人們云集此地采挖,。在周而復始的采挖過程中,，煤海逐漸變成了火海。

　　其三,，新疆屬大陸性氣候,，干旱少雨。以致新疆煤田火災連連不止,。

　　煤火引發(fā)一系列嚴重問題

　　煤炭是我國的主體能源,，關(guān)系到國家穩(wěn)定和發(fā)展的命脈。但中國卻是受煤火威脅最大的國家,。新疆維吾爾自治區(qū)第四次煤田火區(qū)普查報告顯示,，火區(qū)共計46處，總面積達669萬平方米,，年損失儲量442萬噸,，威脅儲量77842萬噸，近年來新疆煤田火區(qū)呈加速發(fā)展趨勢,，部分原有火點和小火區(qū)燃燒系統(tǒng)逐漸形成,，燃燒規(guī)模不斷擴大，已達到甚至超過原重點火區(qū)規(guī)模,，致使煤炭資源損失迅速增大,。

　　煤火吞噬大量資源的同時，還引發(fā)了一系列嚴重問題,。

　　一方面,，破壞生態(tài)環(huán)境。地下煤炭肆無忌憚地熊熊燃燒,，將數(shù)以萬噸的煙灰,、有害氣體排放到空氣中。據(jù)統(tǒng)計,，每年僅地下煤火產(chǎn)生的二氧化碳就占世界二氧化碳排放量的1/10,；其產(chǎn)生的有害化學物質(zhì)，如汞,、硒等重金屬,、硫化物和PM2.5等，污染空氣,、土地和水源,，嚴重危及人類健康，誘發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病,、皮膚癌,、心臟病等一系列相關(guān)疾病。此外,，煤火產(chǎn)生的地表高溫將破壞土壤生態(tài),，導致植被枯萎死亡,，加劇水土流失和沙漠化，甚至引發(fā)山林火災,。

　　另一方面,，危害采礦安全。煤火燃燒形成的塌陷和燒空區(qū),，嚴重影響原煤的開采進程與采礦安全,，造成資源的阻滯甚至引發(fā)礦難。同時,，會導致潛在的地質(zhì)災害發(fā)生,。淺部煤層和井下浮煤、煤柱等燃燒后形成燒空區(qū),，改變了煤層頂板及圍巖的平衡狀態(tài),，導致地面出現(xiàn)大量的燃燒裂隙、塌陷坑等,，同時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)，另外地表水土保持能力大幅下降,，極易引起泥石流,、滑坡等地質(zhì)災害。2015年4月初,，距新疆烏魯木齊市13公里的大泉湖地表突然坍塌，形成一個直徑約1.5米的高溫明火塌陷坑,，猶如火山口,，該區(qū)域包含27層煤層，燃燒深度在7-134米之間,，過火面積達32萬平方米,。

　　此外，在煤火防治過程中會浪費大量水資源,，還容易污染地下水,，這在水資源寶貴的新疆尤為突出。

　　傳統(tǒng)治理手段亟待突破

　　1958年,，在周恩來總理的親自批示下,，我國成立了一支專業(yè)化的煤田滅火隊伍——新疆煤田滅火工程局，這也是全國迄今為止唯一一支治理煤田火災的專業(yè)化隊伍,。

　　新疆煤田傳統(tǒng)的滅火做法主要包括剝離,、打鉆、注水,、注漿和黃土覆蓋在內(nèi)的5道工序：先由推土機把火區(qū)作業(yè)面推平,，實質(zhì)上是“愚公移山”,，削掉一個個山頭，使之有一個良好的工作面,；然后用水管往火區(qū)注水,；待溫度降到7攝氏度左右后，再開始用鉆機往地下火源上鉆孔,；緊接著,，往鉆孔里灌黃土泥漿，用泥漿把地下裂隙堵住,，隔絕火源和空氣的接觸,；最后一道工序是在地表上覆蓋一層厚厚的黃土，以徹底使煤層脫離氧氣,。據(jù)新疆煤田滅火工程局局長賈新勇介紹,，從1958年至今，新疆共治理大小煤田火區(qū)50處,，解救保護的煤炭資源總量約314.5億噸,；治理的火區(qū)總面積1260萬平方米，恢復植被1100萬平方米,，減排溫室氣體近4億噸,。

　　盡管我國在煤火的防治方面已經(jīng)取得大幅度進步，但是在煤火基礎理論研究,、煤火控制等方面與澳大利亞,、美國等發(fā)達國家相比，尚有較大的提升空間,；此外,，傳統(tǒng)的治理手段易造成生態(tài)破壞，極大浪費水資源,，并且降溫效果有限,，火區(qū)難以徹底熄滅，隨著煤田火區(qū)的動態(tài)發(fā)展,，部分地區(qū)的煤田火區(qū)燃燒面積和規(guī)模還在擴大,，現(xiàn)有的防滅火理論、技術(shù)及裝備不能完全適應地下煤火防治的發(fā)展,。例如,，位于新疆維吾爾自治區(qū)的托克遜烏尊布拉克、奇臺將軍戈壁,、烏魯木齊大泉湖等8處火區(qū),，面積反而增加了2.4倍�,？梢�,，針對煤田火區(qū),，只停留在“將火滅了”的思路亟待突破。

　　“黑科技”破解千年難題

　　近日,，在中國礦業(yè)大學召開的國家“111計劃”國際地下煤火防治與利用進展交流會上傳出好消息：該校周福寶教授團隊從地下火熱能利用的視角,，將煤火防治與資源化利用協(xié)同考慮，成功研發(fā)了分布式煤田火區(qū)熱能提取溫差發(fā)電新技術(shù),，利用新型熱提取技術(shù)和熱電材料,，將地下煤火的熱能直接轉(zhuǎn)換為清潔電能，實現(xiàn)了從“治”到“用”的根本性轉(zhuǎn)變,。

　　那么,，這個發(fā)電系統(tǒng)的道理是怎么一回事兒呢？簡單地說是這樣的：

　　利用滅火工作面的原有鉆孔,，伸進一個管子,。位于地面上部的熱管散熱段溫度，低于地面以下吸熱段煤田火區(qū)溫度,，熱管中的液體工質(zhì)吸收火區(qū)中的熱量,，蒸發(fā)成氣體。

　　蒸汽在管內(nèi)壓差的驅(qū)動下,，沿熱管中心通道向上流動至熱管上部,，遇到較冷的管壁后，放出汽化潛熱,，冷凝成的液體在重力作用下,，沿管壁流回吸熱段再蒸發(fā)。

　　放出的熱量供給溫差發(fā)電模塊的熱端,，提高了熱端溫度,，在溫差發(fā)電模塊冷熱兩端產(chǎn)生較大溫差，從而形成穩(wěn)定持續(xù)的電流,。這個系統(tǒng)在溫差高于20攝氏度時即可應用。

　　周福寶教授介紹說,，這套新系統(tǒng)可以在加快滅火的同時,，提取煤田火區(qū)的熱能用來發(fā)電，如今已在新疆烏魯木齊大泉湖煤田火區(qū)實現(xiàn)工程應用,。目前,，單個鉆孔發(fā)電功率超過2千瓦。以100個鉆孔核算,，每年產(chǎn)生電能140萬千瓦時以上,，解決了偏遠地區(qū)用電問題。同時,，熱能利用可降低火區(qū)溫度,，進而減少滅火用水,，可節(jié)約水資源35.8萬噸，這對水資源寶貴的新疆尤為重要,。此外,，減輕燃燒產(chǎn)生的酸堿性化合物、有毒物質(zhì)污染地下水,，減少大量有害有毒氣體的排放,，這對生態(tài)環(huán)境保護具有重要意義。

　　周福寶教授表示,，這套系統(tǒng)還可以應用在高溫礦井,。高溫礦井容易發(fā)生事故，這項技術(shù)可以降低礦井環(huán)境溫度,，并對熱資源進行利用,，研究者希望將該成果在深井推廣使用。

　　“這項全球原創(chuàng)性技術(shù)成功地將煤田火區(qū)的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嶋娔�,，是煤火防治與利用的重大突破,，對推動全球煤田火災治理發(fā)展做出了貢獻�,！庇�國皇家工程院院��,、國際火災安全科學學會副主席卡倫對此作出了這樣的評價。