工业革命以来，蓬勃发展的科技力量给人们的生产生活带来了翻天覆地的变化。然而，“水火无情”四个字表明，自然之力仍是悬在众生头顶的达摩克里斯之剑。其中有一种火灾今天仍在除南极洲外的所有大陆上肆虐，而且人类还缺乏真正有效的手段来应对，这就是在用浓烟烈火荼毒人居环境并侵蚀自然资源的煤层自燃大火。 煤炭被誉为“工业的粮食”，为工业革命以来的人类贡献良多。其实早在人类规模化利用煤炭前，煤炭自燃形成的大火已经普遍存在了。这也许会让很多读者困惑：深埋地下的煤炭就这么容易被点着吗？答案的确如此。除了露出地面的煤矿容易被野火、雷电和人为点燃外，某些地质构造形成的岩层裂隙增加了煤层的破碎程度和孔隙，让空气侵入煤矿带，改变了煤的透气性和导热性能，加上煤炭自身含有磷和硫等物质，煤层就非常容易发生自燃。有资料称在合适的颗粒度下，某些褐煤矿在低至40摄氏度时就会发生自燃。自燃后形成的火焰隐藏在地下深处的煤层和富氧裂缝中，犹如一头潜入粮仓的老鼠，面对煤海“大快朵颐”，几乎无法被遏制。人类开发煤炭的作业总会加剧火势，这些煤火一旦露头就展现出炼狱般的景象。 美国地质调查局地质学家马克·恩格尔说：“世界上每个煤炭盆地都有大火散发出伤害你的各种有机化合物，但除非你住在附近，否则你永远都不会看到它们。”煤火不仅每年白白烧掉数十亿吨煤炭，还肆意地把大量一氧化碳和二氧化硫等有毒气体排入大气。据2010年的美国《时代》周刊报道，煤层自燃每年将40吨汞（俗称水银）排入空气，排放的二氧化碳占全球排放量的3%。 人类扑灭地下煤火的尝试与玩“打地鼠”游戏很相似。尽管使用了种种技术和方法，但大型煤矿在地下跨度大，分布态势复杂，加上地质结构形态多样，复燃极易发生，扑灭成本很高甚至不可承受。即使是“不差钱”的美国，迄今已在遏制煤层自燃方面投入了十几亿美元，仍然有时不得不放弃努力而听之任之。 世界上几乎所有产煤国都不同程度地存在地下煤层燃烧现象，因此，煤火又被称为没有地理界限的“全球性灾难”，其中以印度、美国、澳大利亚、印尼、中国、德国和东欧等这些煤炭储量丰富的国家和地区形势最为严峻。 印度尼西亚的煤火很多源自“人祸”，因为当地民众为了种植橡胶树和棕榈树等经济作物，长期以来有烧林以清理土地的习惯，露出地表的煤层经常被点燃。2000年，专家们在美国期刊《环境科学与技术》上发表了两年前通过实地调查获得的数据取样：他们手持GPS设备，在加里曼丹岛附近100公里长的道路两边两公里范围内定位了125处煤火。结合该国已知的煤炭储藏量，专家们通过数据模型估计出1998年印尼全境发生的煤层着火点约为25万处。 森特里亚煤层大火则是北美大陆煤火中的“一朵奇葩”，起火原因至今仍有争议。没有争议的是，煤火使得原来上千人的宾夕法尼亚州小镇森特里亚变成了如今不到10人的“鬼镇”。在1962年5月森特里亚煤层起火后，当局在20年间尝试了多次扑灭计划却无果而终。从上世纪80年代初开始，专业人士开始对煤火的有害副产品——一氧化碳等开始关注，一些迹象也使当地百姓愈发感觉当地已非久留之地。 一位加油站老板将量油尺探入自己的地下油箱中检查燃油余量时，感觉量油尺很热。于是他用一根细绳绑住温度计放到油箱中测温，震惊地发现油箱中的汽油温度高达77.8摄氏度。1981年，12岁的托德·多姆博斯基在自家后院险些坠入一个突然出现在脚下的深沟中，他紧紧抓住手边的树根才没有掉进这道深46米的深沟，直到表哥过来把他救出去。事后测量表明，深沟里冒出的蒸汽里含有的一氧化碳足以致命。 1983年，政府官员们放弃了扑灭森特里亚小镇煤火的念头，因为这项工作的支出过于高昂，预计花费超过6亿美元。国会次年拨款4000多万美元动员小镇居民搬走。从那时起，绝大部分居民远走他乡，到2017年只有5人还在坚守故土。 至今森特里亚煤火仍在地下90米处一条长13公里的煤层中燃烧，按当前的速度它可能还要燃烧250年。不过有趣的是，“鬼镇”近些年来总不乏来访者，因为当地烫脚的公路和随处可见的袅袅蒸汽对许多游客很有吸引力。 与“鬼镇”森特里亚相比，印度东部贾坎德邦的加利亚煤矿要不幸得多，当地数十万人至今生活在煤火造成的生态灾难中。加利亚煤田是印度最重要的炼焦煤产区，由23个大型地下煤矿和9个大型露天煤矿组成，估计储量近200亿吨，可是比这片富得流油的矿区更闻名的是肆虐矿区一个多世纪的煤火。自1916年这里发生第一场大火以来，尽管当局和矿山部门付出了诸多努力，但还是无法阻止火势的蔓延和地面的大幅沉降，煤火产生的浓烟导致附近许多居民患上了呼吸障碍和皮肤病。 我国作为煤炭资源大国，56%的煤层存在自燃火灾。以新疆煤田的灭火经验为例，我国通常采用的煤层灭火做法主要包括剥离、打钻、注水、注浆和黄土覆盖在内的5道工序：先由推土机把火区作业面推平，实质上是“愚公移山”，削掉一个个山头，使之有一个良好的工作面；然后用水管往火区注水；待温度降到7摄氏度左右后，再开始用钻机往地下火源上钻孔；紧接着往钻孔里灌黄土泥浆，用泥浆把地下裂隙堵住，隔绝火源和空气的接触；最后一道工序是在地表上覆盖一层厚厚的黄土，以彻底使煤层脱离氧气。用这些方法，从1958年到2018年的60年间，新疆共治理大小煤田火区50处，解救保护的煤炭资源总量约314.5亿吨，减排温室气体近4亿吨。 既然大多数的煤层自燃很难甚至无法被扑灭，即便扑灭往往代价也极大。那么，是否可以通过“捕捉”地下煤火释放的可燃性气体（比如氢和一氧化碳等），从而间接地实现这些煤矿的资源化利用呢？在本世纪初，英国等国家有过类似的地下煤炭气化操作探讨，由于实验表明这种做法会增加温室气体排放和污染地下水，出于环境顾虑，业界对此争议很大。 对地下煤火开展更安全的资源化利用，近几年的技术突破出现在中国。2016年起，中国矿业大学周福宝教授的团队从热能利用的视角，将煤火防治与资源化利用协同考虑。研究团队研发了“分布式煤田火区热能提取温差发电”新技术，利用新型热提取技术和热电材料将地下煤火的热能直接转换为清洁电能。 这种发电技术的思路是这样的：利用灭火工作面的原有钻孔，伸进一个管子。位于地面上部的热管散热段温度低于地面以下吸热段煤田火区温度，热管中的液体吸收火区中的热量蒸发成气体；蒸汽在管内压差的驱动下，沿热管中心通道向上流动至热管上部，遇到较冷的管壁后，放出汽化潜热，冷凝的液体在重力作用下，沿管壁流回吸热段再蒸发；放出的热量供给温差发电模块的热端，提高了热端温度，在温差发电模块冷热两端产生较大温差，从而形成稳定而持续的电流。这个系统在温差高于20摄氏度时即可应用。 据报道，该发电系统已在新疆乌鲁木齐大泉湖煤田火区实现工程应用。2018年，这里单个钻孔发电功率超过２千瓦，以100个钻孔核算，每年产生电能140万千瓦时以上。同时热能利用可降低火区温度，进而减少灭火用水，节约水资源35.8万吨。如此操作，既解决了工区用电问题，又加快了灭火进程并节约水资源。英国皇家工程院院士、国际火灾安全科学学会副主席卡伦评价说，这项将煤田火区热能转变为清洁能源的新技术，是世界煤火防治利用领域的突破。
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