地下煤火

吴青

达尔瓦扎的“地狱之门”

全球有不少的旅游胜地，其中最不寻常的当属处于土库曼斯坦达尔瓦扎村的被称为“地狱之门”的一个大洞。这个洞的直径有70米。惊人的是，在过去41年中，洞中跳跃的烈焰把该地区的夜晚照得透亮，至今依然如此。

“地狱之门”奇观是怎样形成的呢？笃信“超自然力”的人们一定认为它非地球人所造，而事实上，这个奇异之物的来历实在是再普通不过了——1971年，一组地质学家在达尔瓦扎村附近进行钻探，无意间将一个天然的地下天然气储备库钻穿了，地面随之碎裂，并逐渐形成一个直径70米的巨洞。达尔瓦扎村位于土库曼斯坦首都阿什哈巴德以北约260千米的卡拉库姆沙漠中部，如今居住着大约350个居民，大多属于泰克部族，一直保持着半游牧生活方式。达尔瓦扎地区的地下富含天然气。

当时，地质学家认为，甲烷（天然气的主要成分）是一种典型的温室气体，如果洞内的甲烷释放出来并进入大气层，将会对环境造成污染，且具有危险性。因此，他们做出一个决定：点燃洞内的甲烷。他们原以为几天之内甲烷就会燃烧殆尽，却没料到，直到41年后的今天，被他们点燃的这场大火仍在熊熊燃烧。如今，你只要望向洞口，就很容易理解“地狱之门”这个名字有多么的贴切。当你一步步走近“地狱之门”时，你感觉仿佛正走向魔鬼的巢穴。该地区地下的天然气储量十分丰富，谁也不知道这场大火还要烧多久，而好奇的旅游者不断地从世界各地纷至沓来，只为一览这危险的自然奇观。

2010年，土库曼斯坦政府曾做出决定：封闭这个大火洞。但由于技术要求高，耗资巨大，这项工作最终没有实施。“地狱之门”至今仍在燃烧：一年燃烧365天，一天燃烧24小时。

达尔瓦扎的“地狱之门”，被认为是煤田大火（也被称为“地下煤火”）的一个典型案例。

圣特拉尼亚的煤田大火

“这是一个人类无法生存的世界，它比水星还烫，它的大气比土星更毒。在烈焰腹心，温度很容易就超过了1000华氏度（537℃）。由一氧化碳及其他毒气组成的致命气云，从地下的岩腔旋动、升空。”这是美国作者德科克在其1986年出版的《看不见的危机》一书中的一段描述。

圣特拉尼亚是美国宾夕法尼亚州哥伦比亚县的一个小镇，也是一个著名的“幽灵镇”（被荒废的城镇），该镇人口从1981年的超过1000人锐减至2005年的12人，2007年的9人，2010年的10人——这就是这场从1962年开始燃烧，至今未熄灭的煤田大火的恶果。

圣特拉尼亚于1866年建镇，生产无烟煤是这里的主要产业。采煤一直持续到20世纪60年代，大多数煤矿公司停业，但非法采煤一直持续到了1982年。事实上，露天采煤至今仍活跃于该地区，在圣特拉尼亚小镇以西约5千米还有一个地下煤矿，雇佣了大约40人。

没有人知道圣特拉尼亚的煤田大火是怎样点燃的。一种说法是，1962年5月，由当地政府雇佣的5名消防公司人员前来清理该镇的垃圾场，垃圾场位于一个废弃露天矿坑的附近，是几年前从其他地方搬来的。在过去几年中，消防队员都是一把火点燃垃圾，用不了多久，就把垃圾烧得干干净净了。然而，这一次他们没有正确地扑灭火。

有证据支持上述说法。2007年，一份调查公文中指出，当时一名垃圾清运工把一些炽热的煤灰倒进了露天垃圾坑里。按照该镇法规，在每个煤层之间必须设置石膏防火屏，但当时防火屏还没有全部完工，结果炽热的煤灰穿透了垃圾坑下面的煤脉，点燃了地下煤火。但另一种说法是，在这次燃烧垃圾之前很久，煤田大火已经被点燃。

大火在地下一直燃烧，并通过岩石孔洞进入了圣特拉尼亚地下废弃的矿坑。灭火的尝试没有成功，大火持续燃烧。由于大火产生的一氧化碳和二氧化碳等副产品，加之大火耗氧降低氧浓度，致使当地有多人出现了健康问题。

直到1979年的一天，当地人终于意识到了问题的严重性——一个加油站的老板把一根树枝伸进加油站的地下储油罐中，想检查油的高度，取出后发现它竟然发烫。他又把温度计放进储油罐中，发现油温竟然达到了77.8℃。自此，整个宾夕法尼亚州都开始关注圣特拉尼亚。1981年，这种关注达到了顶峰——当地的12岁男孩托德掉进了他家后院的一个突然“张开大口”的岩坑，幸好他的表兄及时将他拉了出来。这个岩坑最终塌陷为一个宽1.2米、深46米的大洞，从坑内翻腾出含有致命浓度的一氧化碳的炽热蒸气。

1984年，美国国会拨款4200万美元，用于帮助圣特拉尼亚居民搬迁。大多数居民搬迁至附近，但也有少数居民不顾警告，执意留在原地。1992年，宾州政府下令征用圣特拉尼亚所有地产，留守者提起上诉，但最终输了官司。2002年，美国邮政总局撤消了圣特拉尼亚的邮政编码——19727。2009年，当地政府开始强制留守的居民搬迁。

如今，生活在圣特拉尼亚的人家已寥寥无几，大多数被弃的建筑已被人为或自然之力荡平。晃眼一看，该地区就像是有许多人行道穿越其间的一片旷野，有些地方已经重新长出了森林。

圣特拉尼亚煤田大火的过火总面积达到1.6平方千米，但在地面上可见的迹象，不过是小镇南面的一个蒸气喷口，不稳定的地表，溢出的一氧化碳气体，以及镇里镇外的多个煤田大火警示牌。此外，在宾州61号公路被弃的一段可见烟雾冒出，四周地面上还分布着许多裂隙。

科学家估计，圣特拉尼亚煤田大火还将持续燃烧250年，甚至更久。

煤田大火的形成原因

煤田大火，指地下煤、气的一种闷烧现象，常发生在煤矿中。煤田大火沿矿井和地质结构中的裂缝潜行、传播，因此在地面火被扑灭后，地下火往往还能继续燃烧数年、数十年甚至数百年。

煤田大火可分为近地火（接近地表的煤田大火）和深地火（地下深处的煤田大火）。近地火蔓延到地表，燃烧所需的氧来自大气层。深地火所需的氧则来自于地下矿井的通风换气。煤田大火的发生可能源于事故，通常与瓦斯爆炸有关。政府为阻止非法采煤而采取的炸矿也可能引发煤田大火。而近年来发生的煤田大火大多是由焚烧垃圾引起的，圣特拉尼亚煤田大火就是这方面的典型例子。美国目前有数百个煤田大火，其中大多数都见于宾州。

不过，煤田大火多数还是由自然原因（闪电、草火、林火等）所致。比如，在湿度和颗粒大小适合的情况下，褐煤在低至40℃的条件下就可能自燃。在煤的渗透度允许空气流入、但通风设备无法移走产生的热量的情况下，煤田大火就开始了，最初只有几个平方厘米而已。两个基本因素——环境温度和煤粒大小决定着是否会发生自燃。环境温度越高，氧化反应速度越快，煤粒内部释放的热量越多。煤粒越大，热量越难以在内部上升，越难以散发到外面，自燃速度越快。热量之所以难以散失，是因为多孔或塌陷的材料的热传导率通常偏低，充当了隔热材料。

由闪电或其他原因引发的野火可能会点燃靠近地表或煤矿通风口的煤火，闷烧则可能遍及裂缝，导致地面下陷，裂缝加大，得到更多的氧，在火势突破地面时引燃更多野火。美国西部的史前渣块岩就是史前煤田大火的残迹，这些残迹比母岩抵御侵蚀的能力更强，因而留下了露出地表的小尖山和平顶山。澳大利亚的“火焰山”是已知最古老的煤田大火，据估计已燃烧了6000年之久。

煤田大火的危害

煤田大火会对经济、社会和生态造成巨大影响。除了对大火地区造成直接破坏外，煤田大火释放的温室气体（二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫和甲烷等）还会加剧全球变暖趋势。据估计，全球煤田大火每年向大气层排放40吨的汞，以及占世界总年排放量3%的二氧化碳。

煤田大火会产生毒烟，点燃草火、灌木火或森林大火，并可能导致地面道路、管线、电线、桥墩、建筑物等基础设施沉陷。不管是什么原因点燃的煤田大火，都会持续燃烧很长时间，直到燃料耗尽、遇到地下水、燃烧深度增加或人为干预。由于煤田大火是在地下燃烧的，要想人为扑灭它们既困难又费钱。特别值得一提的是，即使下雨也浇不灭煤田大火。

不过，煤田大火可能使当地的动植物受益。在德国一个煤田大火附近地区，寒冷的冬季竟然出现了许多地中海昆虫和蜘蛛。科学家相信，煤田大火导致地面温度升高，从而允许这些异域动物在这里生存。

我们能扑灭煤田大火吗

经验告诉我们，许多煤田大火是可以扑灭的。在尝试扑灭煤田大火之前，必须尽可能准确查明大火的位置和地下的情况。除了了解地理、地质和基础设施情况外，还可以通过各种测量手段获取信息，比如：

测量温度，了解地表、裂缝和孔洞的温度。

测量气体，了解大火通风系统的流量、速度和气体组成，从而描述燃烧反应。

从飞机或直升机上进行地面地球物理测量，了解传热性、磁特性等地下参数。

从飞机或人造卫星上进行遥感测试，其中高像素光谱绘图、热成像及超光谱数据的作用很大。哪怕温度高达几百甚至上千摄氏度的地下煤火，造成的地面温度上升也不过几摄氏度而已。随着地下火从各个方向加热地表，红外遥感能追踪到火的位置。不过，遥感无法辨别彼此靠近的火，因此常低估火的个数。在区分煤田大火和森林大火方面，遥感技术也有较大的局限。

利用安装在地下的永久性感应系统，实时传送压力、温度、气流和气体等数据，从而发现早期预警信号。

燃烧离不开燃料和氧，因此要想战胜煤田大火就得找到办法对付这两个相互作用的因素。例如，对于近地火，可以通过覆盖火区或安设不透气的防火墙来阻断空气中的氧流。可以设法限制可燃气体的外流，让火被自己的废气压制。还可以通过大量注水降温，移出热量。煤田大火的扑灭取决于可以获得的资源，尤其是有没有水，例如干燥地区缺水，可以采用黄土或黏土等覆盖材料阻止煤田大火与空气接触。

在扑灭近地火方面，中国发展出了一套行之有效的标准方法。这套方法的基本程序是：用重型设备平整地下火上面的地表，以方便运输；在火区钻孔，每个孔相隔大约20米，一直钻到火源，从而形成一个规则的栅；用不透气的黄土等材料覆盖整个火区；长期向钻孔中注入水或稀泥，通常持续1～2年；在气候允许的条件下，尽量种植植被。目前，上述方法正在不断改进完善中，例如在灭火的水中加入添加剂，或者采取其他灭火剂。

据媒体报道，波兰一家公司已经开发出一种喷气引擎扑火单元，并成功运用于扑灭煤火和置换矿井瓦斯。一种不那么昂贵的扑灭煤田大火体系也已在国际市场上推出，它包括特制的防热薄浆、灭火氮泡沫等，应用了多种创新技术。

不过，科学家指出，要想扑灭所有的煤田大火是不现实的，或许放任煤田大火燃烧是一种比释放甲烷进入大气层更安全和更环保的思路——毕竟甲烷是一种强力温室气体。