王浩森，胡社荣，杜 婷，2，许嘉珊，2，汪恩满，陈培科，席 晋

（1.中国矿业大学 （北京）地球科学与测绘工程学院，北京100083；2.神华地质勘查有限责任公司，北京100011）

煤层自燃问题是一个世界性的研究课题，涉及中国、印度、美国、俄罗斯、澳大利亚、印度尼西亚、中亚等煤炭资源丰富的国家和地区。据1998年的资料，中国北方煤田火区56个。煤田火区面积720km2，每年煤炭烧失量2×107t，受煤火影响每年破坏煤炭资源2×108t左右，累计烧失煤炭资源量42.20×108t[1－2]。其实，煤火引起的煤炭燃烧资源量是一个动态的过程，而不是一个固定的数值。如何获得煤火燃烧面积和煤炭烧失量的动态变化数据，是一个棘手而又鲜见研究的问题。此外，虽有人提及乌达煤田煤火的成因，却是从着火的条件来探讨的。本文以内蒙古自治区乌海市乌达煤矿为例，探讨煤炭燃烧面积和资源损失量动态变化情况，并剖析其煤火发生的原因。

1 乌达煤田地质与煤火燃烧概况

乌达煤田共含煤27层，由上至下编号为1～18号。可采煤层19层（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号）；不可采煤层8层（2上、3、4上、4下、12上、12下、13下、18号）。

1961年，苏海图煤矿井下9号、10号局部浅层高硫煤自燃。特别是20世纪80年代以来，小煤矿遍地开花，自燃煤层也扩展到8层，即1、2、4、6、7、9、10、12号煤层。使得乌达煤火愈演愈烈，燃烧面积逐年增长。截至2009年3月，三个井田（苏海图、黄白茨、五虎山）火区面积占总含煤面积的13.58%。

2 煤火燃烧动态变化

乌达矿区1958年开始建井。1961年，苏海图煤矿井下9号、10号高硫煤自燃。从1978年开始，苏海图煤矿井下采空区先后形成Ⅳ2－1、Ⅳ2－2等6个地面火区。1985～1995年，乌达煤田开采量压缩，小煤窑开采形成10个煤田火区，采空区形成8个煤田火区。2004年12月，神华集团的“乌达煤田火区详查补充报告”中，划定乌达矿区16个煤田火区，火区总面积349.6万m2，煤矸石火区4处。中国国土资源航空物探遥感中心于2004年8～9月在内蒙古乌达煤田地区进行了1∶5000比例尺的吊舱式直升机频率域航空电磁、磁综合测量，新圈定了煤火区五处。煤矸石堆火区7处。1989～2005年，乌达煤田的煤火区面积增加98.10万m2，每年新增火区面积约6.13万m2，年增加率为2.48%。乌达煤田南部的A（12、13与14号）煤火区面积在逐渐减少，但是，其他火区的面积在逐渐增加，产生了许多零星的小煤火区，有些煤火区逐渐聚集连通一片形成燃烧带，并向四周扩散蔓延。

2006年，调查发现了17和18号新火区。火区地表高温燃烧区（煤火燃烧中心和燃烧带）面积在1，640，727.51m2，火势较此前略有增强，因煤火蔓延增加面积为763，173.288m2，乌达火区总面积达到425.9万 m2[2－8]。到2009年3月，神华（北京）遥感勘查有限责任公司对乌达煤田火区再次调查，总面积已达486.08万m2。

2011年，本次调查实测煤田内部明火区以及冒烟区面积仅37.7万m2，火区面积急剧缩减。乌达矿区煤火燃烧面积的变化如图1所示。

图1 乌达矿区煤火燃烧面积变化直方图

3 煤火燃烧原因

乌达矿区煤层燃烧的原因很多，前人曾做过探讨，认为乌达煤田煤火分内、外因两种原因，分别是：

①内因：煤层厚度、硫分含量、灰分含量和变质程度；②外因：埋藏深度、破碎程度、通风状况和封闭状况[4]。

上述乌达煤田起火的内、外因，应该说是影响煤火的条件，其实，就整个乌达煤田来说，皆具备煤火燃烧的条件。从乌达矿区煤火起因的角度来看，大致可以分为：采空区散煤自燃、瓦斯爆炸起火、小煤窑开采引发煤自燃、煤火治理不当加强煤自燃和气候、环境因素引发煤自燃等四大原因。

3.1 煤炭开采引发煤火

乌达煤田大火蔓延主要发生于20世纪80年代。80年代中期大量涌现的小煤窑最鼎盛的时候曾经达到四百多座，小煤窑大约间隔50m，横七竖八，遍地都是。可以说，煤田大火迅速蔓延的罪魁祸首，就是私采滥挖的小煤窑。

大煤矿与小煤窑采空区遗留松散煤起火是其原因之一。1963年5月，10号煤层因一下山1012工作面采空区自燃，1966年6月，9号煤层因二上山1024工作面采空区自燃；据不完全统计，1963～1996年，苏海图、五虎山煤田因采空区自燃事件共发生16起；因小煤窑采后不封闭、小煤窑采后地表塌陷，塌陷造成的裂隙与小煤窑遗留煤沟通引发的煤火10起；1981年2月8日，苏10火区因瓦斯爆炸引发火灾[3]。

煤炭开采方式也是触发煤炭燃烧的因素之一。内蒙古乌达煤田采用“长壁式”开采方式，开采范围大，塌陷区范围大，很容易与地表导通。井下采空区遗煤，容易氧化着火，留设的煤柱因遭受压力而破碎，也是煤火易发生的地方。由此导致的煤火往往因火灾的蔓延而致使大范围燃烧。煤层燃烧又引发地面大规模的塌陷，地下燃烧的有害气体与浓烟可直通地面。小煤窑一般都比较浅，开采后塌陷很容易导致裂隙延展到地表，由此而导致空气与地下遗留煤交流，遗留煤氧化发热，从而引发火灾。

3.2 煤火治理产生再生煤火

熄灭地火最直接的方法是用水灭火和在地火发生初期挖除火源。2006年1月6日，国家发展改革委员会正式批准立项，批准项目总投资16260万元，其中国家补助6985万元，神华集团出资9275万元，施工期4年，灭火面积350万m2。

银星公司—一个乌达矿业公司下属“三产”企业。该公司成立于2000年。公司前身是乌达矿务局多种经营总公司，挖小煤窑，搞建材、养殖等项目。

银星公司把整个煤田划成16块，再层层转包。承包费“有的几十万一块，有的几百万一块”，来自浙江，宁夏和内蒙古东胜的100多个煤老板，开始以剥地皮的方式疯狂挖煤“灭火”。2008年，灭火工程数次严重威胁到井下采矿。乌达矿业公司分管安全的副总，向神华能源公司打报告，请求想办法制止泛滥的采挖。最后，由乌海市政府出面，强行停止了整个乌达煤田灭火工程。

一些刚高价买到地块的煤老板因此亏损严重，只能丢下剥开的地皮；已赚到钱的煤老板，也不再回填、复垦和绿化，一走了之。因此，刚刚挖出露头的煤层，开始大规模自燃。煤火蔓延增加面积763173.288m2，2009年，乌达火区总面积达到486.08万m2。

4 结论

通过上述讨论，得出如下结论：

1）乌达煤田煤自燃有四种原因：井下采空区遗煤和留设煤柱煤氧化升温起火和瓦斯爆炸起火、小煤窑开采产生裂隙导通地表引发煤氧化自燃和煤火治理引发煤层裸露氧化产生再生煤火。

2）乌达煤田煤火分四个阶段：1961～1980年，煤炭开采遗留煤井下自燃为主阶段；1980～2006年，小煤窑滥采和忽视煤火治理导致煤火蔓延阶段；2006～2009年，煤火治理导致再生煤火更加扩张阶段和2009年至目前的再次煤火治理取得突破性进展的阶段。

[1]管海晏，冯·亨特伦，谭永杰，等.中国北方煤田自燃调查与研究[M].北京：煤炭工业出版社，1998.

[2]张建民，管海晏，曹代勇，等.中国地下煤火研究与治理[M].北京：煤炭工业出版社，2008.

[3]雷学武，万余庆，李宝春.乌达矿区煤层自燃现状及成因初析[J].中国煤田地质，1999，11（4）：19－20，36.

[4]樊新杰，曹代勇，时孝磊，等.内蒙古西部乌达矿区煤层自燃的控制因素[J].地质通报，2006，25（4）：487－491.

[5]王卫平，于长春，方迎尧，等.内蒙古乌达地区地球物理场特征与地下煤火分布[J].物探与化探，2007，31（6）：551－555.

[6]仲连文.内蒙古乌达矿采空区自燃发火条件实验研究[J].煤炭技术，2009，28（7）：109－110.

[7]孔冰，马建伟，陈汉章，等.3S技术在乌达煤矿水灾危险评估中的应用[J].国土资源遥感，2010（2）：80－84.

[8]蒋卫国，武建军，顾磊，等.基于遥感技术的乌达煤田火区变化监测[J].煤炭学报，2010，35（6）：964－968.