新疆第五次煤田火区普查成果分析

包兴东

(1.新疆煤田灭火工程局，新疆 乌鲁木齐 830063； 2.新疆煤火治理工程技术研究中心，新疆 乌鲁木齐 830063)

煤田火灾是指地下煤层因自然或人为因素发火后，沿着煤层逐步发展成对煤炭资源和周围环境造成较大危害的大面积、长时间煤燃烧现象，也称“地下煤火”[1-2]。煤火在世界各主要产煤国均有发生，如中国、美国、澳大利亚、印度、印度尼西亚等国家[3-5]，“十三五”期间，全国煤炭开发总体布局是压缩东部、限制中部和东北、优化西部[6]，提出“要充分发挥新疆战略优势，打造丝绸之路经济带核心区，建设成为国家大型油气生产和储备基地、大型煤炭煤电煤化工基地、大型风电基地和国家能源资源陆上大通道”。由于新疆多数煤层厚度大、埋藏浅、自然发火期短，露头普遍存在，加之受温带大陆性气候影响，新疆是我国乃至世界煤田火灾最为严重的地区之一。为查明新疆煤田火灾实际情况，编制火区治理规划，新疆分别于1981年、1995—1997年、2007—2008年、2013—2014年开展了4次煤田火区普查工作。在此期间，分别于2000年、2005年、2015年编制了3次煤田火区治理规划，从而使新疆的煤田火灾得到了有效的治理和控制。2019年开展了新疆第五次煤田火区普查，全面查清了新疆煤田火区数量、火区面积、火区分布、动态变化、发火原因及危害程度，掌握了火区有关的矿权变化情况，为明确火区责任主体、优化火区治理顺序和治理时限、加强火区预测、预警等提供基础资料和决策依据。

1 第五次煤田火区普查概况

第五次煤田火区普查历经南北疆所有含煤矿区，调查了矿区内露天采坑、关闭矿井、采空区塌陷等易发煤田火灾风险区域。通过调查并收集资料、火区填图及测图、地面物探、火区测温、红外成像、采集火区影像资料和水、土、电源调查等综合普查方法对在燃火区开展普查工作，全面查清新疆煤田火区的分布、燃烧范围、燃烧状况、发火原因、矿权和灭火用水、土、电源情况。普查结果表明：截至2019年底，新疆有未治理的在燃火区40处，包括22处《新疆煤田火区治理规划(修编)(2016—2025年)》(以下简称《规划修编》)内的火区和18处新生火区(新生火区指2013年底至今新产生的火区，《规划修编》未涵盖的火区)，火区总面积477.73万m2。易发煤火风险区域共28处，面积575.44万m2。新疆各地州内未治理的在燃火区分布：乌鲁木齐市有4处、昌吉州有18处、伊犁州有4处、塔城地区有2处、吐鲁番市有7处、巴州有1处、哈密市有3处、阿克苏地区1处。40处火区中有采矿权的火区12处，有探矿权的火区11处，无矿权的火区17处。

2 煤田火区的特点

2.1 分布广

新疆煤田火区分布于天山南北，其中主要分布于乌鲁木齐市、昌吉州、吐鲁番市、伊犁州、塔城地区、巴州、哈密市、阿克苏地区8个地州市。集中分布在准格尔煤炭基地、吐哈煤炭基地、伊犁煤炭基地、库拜煤炭基地等4大煤炭基地和1个资源保护开采区内，见表1和表2。

表1 新疆各地州市煤田火区面积占比Tab.1 Proportion of coalfield fire areas in Xinjiang

表2 各煤炭基地、资源保护开采区内煤田火区面积占比Tab.2 Proportion of coalfield fire area in each coal base and resource protection mining area

2.2 发展快

截至2019年底，《规划修编》外新生火区有18处，火区总面积162.84万m2，每年燃烧损失111.11万t煤炭资源，受威胁煤炭资源储量达15.26亿t。《规划修编》内个别火区发展较为迅速。例如奇台将军庙火区、木垒老君庙火区等5处火区第四次普查时总面积为27.48万m2，此次普查时面积为101.25万m2，面积增加了73.77万m2。

2.3 易发煤火风险区域多

全疆废弃矿井、采空区塌陷、地表剥挖煤层裸露等易发煤火风险区域数量多、范围广，这些都是引发煤田火灾的潜在因素，共28处易发煤火风险区，易发煤火风险区面积共575.44万m2。

3 煤田火区变化的原因

(1)新疆多数煤层变质程度低、埋藏浅、风化氧化强烈，部分煤层自燃倾向性大，发火期3～6个月，加之气候干旱、多风少雨，极易引发煤田火灾。

(2)1999—2000年关井压产及2005年安全生产整顿期间，全疆陆续关闭矿井1 500余处，关闭的煤矿没有关严、关实，地下开采区原始的地壳平衡被打破，扰动地层稳定，造成裂隙发育[7]，裂隙与地表沟通，打通了供氧通道，引发采空区内遗煤自燃，煤火沿井下采空区蔓延至地表形成煤田火区。

(3)新疆处于干旱地区，煤田火区所在地区的水文地质资料显示，大部分煤田火区的地下水位较低，煤火易沿煤层倾向方向蔓延。

(4)部分煤层为急倾斜煤层，地下煤火燃烧极易导致上部煤层垮塌，随着煤火的持续燃烧，形成的空洞不断扩大，加快了煤田火区的发展。

(5)第五次煤田火区普查与第四次煤田火区普查间隔时间达6年，煤田火区处于动态发展过程中，同时此次普查使用了新的勘查方法，采用无人机航测、红外、航磁等新技术来圈定火区面积，提高了勘查精度，使《规划修编》内在燃火区总面积相较于第四次煤田火区普查面积发生变化。

4 新疆煤田火区的危害和影响

4.1 损失煤炭资源

煤田火灾最直接的危害是燃烧损失大量的优质煤炭资源，此次普查结果显示，截至2019年底，新疆未治理的40处在燃煤田火区，火区总面积达477.73万m2，每年燃烧损失456.16万t煤炭。近年来，随着新疆煤炭大量开发，新疆煤田火区也呈加速发展趋势，燃烧规模不断扩大，部分煤田火区已经达到甚至超过原重点火区规模。

4.2 污染大气环境

新疆煤田火区的燃烧伴随着大量温室气体、有毒有害气体和粉尘的释放。火区内煤层燃烧后，由于通风条件的限制，大多数处于非充分燃烧状态，其燃烧状况与采暖炉及家用炉的燃烧状况相似。依据《环境统计手册》的方法计算[8]，新疆40处未治理的在燃火区的年损失量为456.16万t，煤层平均含硫量0.53%，平均灰分9.3%，烟气中烟尘占灰分的25%。根据国家温室气体清单确定的排放因子数据为2.64(吨CO2/吨标准煤)，计算出40处未治理的在燃火区每年向大气排放污染物的总量分别为：一氧化碳10.35万t、碳氢化合物2.05万t、氮氧化合物1.65万t、二氧化硫38.68 t、烟尘10.61万t、二氧化碳1 204.26万t，同时还向大气排放大量热量。

4.3 破坏土壤环境

新疆未治理的40处在燃火区总面积477.73万m2，随着火区的持续燃烧，火区热效应对土壤含重金属盐类具有一定分解作用，并可改变火区土壤理化性质[9]；火区地表析出的硫酸盐和释放的酸性气体，使火区及周边土壤的酸性增加，含硫量增高，土壤有机质下降；同时，在火区内地表形成大片烧变岩，导致适合植被生长的土壤减少，火区内胶结力差的土壤被风和水侵蚀后，火区地表呈荒漠化和半荒漠化的状态。

4.4 污染水资源

火区煤炭燃烧产生的酸碱性化合物、重金属化合物及其他有毒有害物质，在酸雨的冲刷作用下，沿地表被带入河流后，河流中碳酸型甜水变成硫化物的苦水和氯化物的咸水，影响使用河水居民和牲畜的健康。例如，玛纳斯芦草沟火区位于玛纳斯河边，距河岸线只有十几米，玛纳斯河为下游农牧民主要的生活水源，火区地表析出的危害物随雨水冲刷流进河流后，对水质造成严重污染。

4.5 易引发地质灾害

随着新疆未治理的40处在燃火区沿煤层走向和倾向的持续燃烧，在火区地下形成大小不一的空洞，煤火对煤层顶板烘烤致其破碎，煤层顶板的力学性质也发生较大的改变，当煤层顶板所受的重力大于其支撑力时，煤层顶板极易发生崩塌、滑坡、塌陷、裂隙、地面沉降等地质灾害[10-11]。塌陷坑和裂隙的产生，又为煤层燃烧提供了供氧通道，形成了“燃烧—塌陷—燃烧”的恶性循环。破碎的地表还加速了风力和水对土壤和岩石的侵蚀，加剧了土地沙漠化和水土流失，使水土保持能力大幅下降，每当雨水季节，极易引发泥石流、滑坡等地质灾害。

5 结语

(1)新疆煤田火区存在分布广、发展快、易发煤火风险区多等特点，需根据新疆第五次煤田火区普查成果，健全完善新疆煤田火区动态监测体系，加强火区监测，建立煤火预警、预报和煤火应急处理机制，将煤火消灭在萌芽状态，防止新生火区的产生和发展，为今后煤火防治并举打下坚实基础。

(2)新疆煤田火区变化是由自然环境、产业政策、开采方式、灭火技术、地质条件、勘查技术等原因综合作用产生的。因此，需强化煤炭企业的防灭火意识，切实履行辖区内火区治理领导责任和管理责任，督促采矿权人落实火区治理责任，确保《规划修编》全面顺利实施。

(3)随着新疆未治理的40处在燃煤田火区持续燃烧，产生损耗煤炭资源、污染环境、破坏土壤、污染水源、引发地质灾害等危害，火区对地面工业、电力、测绘、交通等设施造成破坏，影响整个经济发展，煤田火区的存在将势必对“十四五”期间自治区煤炭工业的合理布局、大型煤炭基地的建设和矿区环境的保护产生负面影响，影响煤炭工业的健康发展。因此，需在第五次普查的基础上，结合新疆煤炭工业发展规划，按照轻重缓急、分批分期的原则，合理划分重点和一般火区，优化火区治理顺序和治理时限，并与《规划修编》对接，进一步加快煤火治理步伐。