Pożar pokładu węgla

„Ogień węglowy” przekierowuje tutaj. Dla społeczności nieposiadającej osobowości prawnej zobacz Coal Fire, Alabama .
Pożar węgla w Chinach
Wydobycie odkrywkowe trwa w pobliżu pożaru w zagłębiu węglowym Jharia w Indiach.

Pożar pokładu węgla to spalenie wychodni lub podziemnego pokładu węgla . Większość pożarów pokładów węgla wykazuje tlące się spalanie , szczególnie pożary podziemnych pokładów węgla, z powodu ograniczonej dostępności tlenu atmosferycznego. Przypadki pożarów pokładów węgla na Ziemi sięgają kilku milionów lat. Ze względu na izolację termiczną i unikanie gaszenia deszczu/śniegu przez skorupę, podziemne pożary pokładów węgla są najbardziej uporczywymi pożarami na Ziemi i mogą palić się przez tysiące lat, jak Burning Mountain w Australii. Pożary pokładów węgla mogą być zapalane przez samonagrzewanie się utleniania w niskiej temperaturze, wyładowania atmosferyczne, pożary lasów, a nawet podpalenia. Pożary pokładów węgla powoli kształtowały litosferę i zmieniały atmosferę, ale tempo to stało się szybsze i bardziej rozległe w czasach współczesnych, wywołane przez wydobycie.

Pożary węgla stanowią poważne zagrożenie dla zdrowia i bezpieczeństwa, wpływając na środowisko poprzez uwalnianie toksycznych oparów, ponowne zapalenie traw, krzaków lub lasów oraz powodując osiadanie infrastruktury powierzchniowej, takiej jak drogi, rurociągi, linie elektryczne, podpory mostów, budynki i domy. Niezależnie od tego, czy zostały wywołane przez ludzi, czy z przyczyn naturalnych, pożary pokładów węgla trwają przez dziesięciolecia, a nawet stulecia, aż do wyczerpania źródła paliwa, napotkania stałego poziomu wód gruntowych, głębokość oparzenia staje się większa niż zdolność gruntu do osiadania i odpowietrzyć lub interweniować człowiek. Ponieważ płoną pod ziemią, pożary pokładów węgla są niezwykle trudne i kosztowne do ugaszenia i jest mało prawdopodobne, aby zostały stłumione przez opady deszczu. Istnieją silne podobieństwa między pożarami węgla i torfu .

Na całym świecie w każdej chwili płoną tysiące podziemnych pożarów węgla. Problem jest najbardziej dotkliwy w uprzemysłowionych, bogatych w węgiel krajach, takich jak Chiny. Szacuje się, że globalne emisje z pożarów węgla są przyczyną przedostania się do atmosfery 40 ton rtęci rocznie i stanowią trzy procent światowej rocznej emisji CO 2 .

Pochodzenie

Ogień na powierzchni, Xinjiang , 2002

Pożary pokładów węgla można podzielić na pożary przypowierzchniowe, w których pokłady wychodzą na powierzchnię, a tlen potrzebny do ich zapłonu pochodzi z atmosfery, oraz pożary w kopalniach głębinowych, gdzie tlen pochodzi z wentylacji.

Pożary w kopalniach mogą powstać w wyniku wypadku przemysłowego, zwykle związanego z wybuchem gazu. Historycznie rzecz biorąc, niektóre pożary w kopalniach wybuchały, gdy nielegalne wydobycie zostało zatrzymane przez władze, zwykle przez wysadzenie kopalni. Wiele niedawnych pożarów w kopalniach zaczęło się od ludzi palących śmieci na składowisku odpadów, które znajdowało się w pobliżu opuszczonych kopalń węgla, w tym szeroko nagłośniony pożar Centralia w Pensylwanii , który płonie od 1962 roku. Spośród setek pożarów w kopalniach w Stanach Zjednoczonych płonie dzisiaj, większość znajduje się w stanie Pensylwania .

Niektóre pożary wzdłuż pokładów węgla są zjawiskami naturalnymi. Niektóre węgle mogą ulec samozapłonowi w temperaturach tak niskich, jak 40 ° C (104 ° F) w przypadku węgla brunatnego w odpowiednich warunkach wilgotności i wielkości ziarna. Pożar zwykle zaczyna się na stopę lub dwie wewnątrz węgla na głębokości, na której przepuszczalność węgla umożliwia napływ powietrza, ale na której wentylacja nie usuwa generowanego ciepła. Samozapłon był uznanym problemem w czasach parowców. Jednym z dobrze znanych źródeł pożarów jest wydobycie włamania się do wnęki gazu metanowego pod wysokim ciśnieniem, który po uwolnieniu może wytworzyć iskrę elektryczności statycznej w celu zapalenia gazu i rozpoczęcia wybuchu węgla i pożaru. Ta sama elektrostatyka gazowa jest dobrze znana na statkach i należy zadbać o to, aby nie wystąpiła taka statyczna iskra.

O tym, czy nastąpi samozapłon, czy nie, decydują dwa podstawowe czynniki, temperatura otoczenia i wielkość ziarna:

  • Im wyższa temperatura otoczenia, tym szybciej zachodzą reakcje utleniania.
  • Rozmiar i struktura ziarna określają jego powierzchnię. Kinetyka będzie ograniczona dostępnością reagenta, którym w tym przypadku jest węgiel wystawiony na działanie tlenu.

Pożary (wywołane piorunami lub inne) mogą zapalić węgiel w pobliżu powierzchni lub wejścia do kopalni, a tlący się ogień może rozprzestrzenić się przez pokład, powodując osiadanie, które może otworzyć dalsze pokłady dla tlenu i wywołać przyszłe pożary, gdy wybuchnie pożar na powierzchnię. Prehistoryczne klinkieru na Zachodzie Ameryki są wynikiem prehistorycznych pożarów węgla, które pozostawiły pozostałość bardziej odporną na erozję niż matryca, pozostawiając wzgórza i płaskowyże . Szacuje się, że płonąca góra Australii , najstarszy znany pożar węgla, płonie od 6000 lat.

Na całym świecie płoną tysiące niemożliwych do ugaszenia pożarów kopalń, zwłaszcza w Chinach, gdzie ubóstwo, brak regulacji rządowych i niekontrolowany rozwój łączą się, tworząc katastrofę ekologiczną. Nowoczesne wydobycie odkrywkowe wystawia tlące się pokłady węgla na działanie powietrza, ożywiając płomienie.

Chińczycy z obszarów wiejskich w regionach zasobnych w węgiel często kopią węgiel do użytku domowego, porzucając doły, gdy stają się zbyt głębokie, pozostawiając wysoce palny pył węglowy wystawiony na działanie powietrza. Wykorzystanie zdjęć satelitarnych do mapowania pożarów węgla w Chinach zaowocowało odkryciem wielu wcześniej nieznanych pożarów. Najstarszy pożar węgla w Chinach ma miejsce w Baijigou ( 白芨沟 , w dystrykcie Dawukou w Shizuishan , Ningxia ) i podobno płonie od czasów dynastii Qing (przed 1912 rokiem).

Wykrycie

Efekt podziemnego pożaru węgla widoczny na powierzchni

Przed podjęciem próby ugaszenia przypowierzchniowego pożaru pokładu węgla należy jak najdokładniej określić jego lokalizację i zasięg podziemny. Oprócz badania kontekstu geograficznego, geologicznego i infrastrukturalnego informacje można uzyskać z bezpośrednich pomiarów. Obejmują one:

  • Pomiary temperatury powierzchni terenu, w szczelinach i otworach wiertniczych, np. za pomocą pirometrów
  • Pomiary gazu w celu scharakteryzowania systemu wentylacji pożarowej (ilość i prędkość) oraz składu gazu, tak aby można było opisać reakcje spalania
  • Pomiary geofizyczne na ziemi iz samolotu w celu ustalenia zakresu przewodnictwa lub innych parametrów podziemnych. Na przykład pomiary przewodnictwa odwzorowują zmiany wilgotności w pobliżu ognia; pomiar magnetyzmu może określić zmiany właściwości magnetycznych sąsiedniej skały spowodowane ciepłem
  • Teledetekcja z samolotów i satelitów. Dużą rolę odgrywają mapowanie optyczne o wysokiej rozdzielczości, obrazowanie termiczne i dane hiperspektralne. Podziemne pożary węgla o temperaturze od kilkuset do ponad tysiąca stopni Celsjusza mogą podnieść temperaturę na powierzchni zaledwie o kilka stopni. Ten rząd wielkości jest podobny do różnicy temperatur między nasłonecznionymi i zacienionymi zboczami hałdy lub wydmy. Sprzęt do wykrywania na podczerwień jest w stanie śledzić lokalizację pożaru, ponieważ ogień ogrzewa ziemię ze wszystkich stron. Jednak techniki teledetekcji nie są w stanie rozróżnić poszczególnych pożarów płonących blisko siebie i często prowadzą do zaniżania rzeczywistych pożarów. Mogą również mieć pewne trudności z odróżnieniem pożarów pokładów węgla od pożarów lasów. Łączenie danych in situ z danymi teledetekcyjnymi pozwala na monitorowanie intensywności pożarów węgla w dłuższych okresach przy użyciu analiz szeregów czasowych.

Kopalnie podziemne mogą być wyposażone w systemy czujników zainstalowane na stałe. Te przekaźnikowe pomiary ciśnienia, temperatury, przepływu powietrza i składu gazu są przekazywane personelowi monitorującemu bezpieczeństwo, dając im wczesne ostrzeżenie o wszelkich problemach.

Wpływ środowiska

Pożar pokładu węgla
Ewakuacja mieszkańców West Glenwood, Glenwood Springs, Kolorado , 2002
Pożar pokładu węgla w pobliżu Denniston w Nowej Zelandii

Oprócz niszczenia dotkniętych obszarów, pożary węgla często emitują toksyczne gazy, w tym tlenek węgla i dwutlenek siarki . Pożary węgla w Chinach, które pochłaniają około 20 – 200 milionów ton węgla rocznie, stanowią aż 1 procent światowej emisji dwutlenku węgla z paliw kopalnych .

Jedną z najbardziej widocznych zmian będzie osiadanie . Innym lokalnym efektem środowiskowym może być obecność roślin lub zwierząt, którym pomaga pożar węgla. Występowanie roślin obcych może zależeć od czasu trwania pożaru i wielkości dotkniętego obszaru. Na przykład w pobliżu pożaru węgla w Niemczech zidentyfikowano wiele śródziemnomorskich owadów i pająków w regionie z mroźnymi zimami i uważa się, że podwyższona temperatura gruntu powyżej pożarów pozwoliła im przetrwać.

Gaszenie pożarów węgla

Aby ogień mógł się rozwijać, potrzebuje paliwa, tlenu i ciepła . Ponieważ pożary podziemne są bardzo trudne do bezpośredniego dosięgnięcia, gaszenie pożarów wymaga znalezienia odpowiedniej metodologii, która uwzględnia interakcję paliwa i tlenu w przypadku konkretnego pożaru. Pożar można odizolować od źródła paliwa, na przykład za pomocą pasów przeciwpożarowych lub barier ognioodpornych. Wiele pożarów, szczególnie tych na stromych zboczach, można całkowicie wykopać. W przypadku przypowierzchniowych pożarów pokładów węgla dopływ tlenu do powietrza można przerwać poprzez przykrycie terenu lub zainstalowanie barier gazoszczelnych. Inną możliwością jest utrudnienie odpływu gazów spalinowych tak, aby ogień został ugaszony przez własne spaliny. Energię można usunąć przez schłodzenie, zwykle przez wstrzyknięcie dużych ilości wody. Jeśli jednak jakikolwiek pozostały suchy węgiel wchłonie wodę, powstałe ciepło absorpcji może doprowadzić do ponownego zapłonu raz ugaszonego ognia, gdy obszar wysycha. W związku z tym więcej energii musi zostać usunięte, niż generuje ogień. W praktyce metody te są łączone, a każdy przypadek zależy od dostępnych zasobów. Dotyczy to zwłaszcza wody, na przykład w regionach suchych, oraz materiałów pokrywających, takich jak less lub glina, aby zapobiec kontaktowi z atmosferą.

Gaszenie podziemnych pożarów węgla, które czasami przekraczają temperaturę 540 ° C (1000 ° F), jest zarówno bardzo niebezpieczne, jak i bardzo drogie.

Przypowierzchniowe pożary pokładów węgla są rutynowo gaszone w Chinach zgodnie ze standardową metodą zasadniczo składającą się z następujących faz:

  • Wygładzanie powierzchni nad ogniem ciężkim sprzętem w celu dostosowania jej do ruchu.
  • Wiercenie otworów w strefie objętej pożarem w odległości około 20 m od źródła pożaru, zgodnie z regularną siatką.
  • Zatłaczanie wody lub błota w odwierty długoterminowe, zwykle od 1 do 2 lat.
  • Pokrycie całego terenu nieprzepuszczalną warstwą o grubości około 1 m, np. lessu .
  • Sadzenie roślinności na tyle, na ile pozwala na to klimat.

Trwają prace nad udoskonaleniem tej metody, np. poprzez dodatki do wody gaśniczej lub alternatywne środki gaśnicze.

Pożary podziemnych pokładów węgla są zwykle gaszone przez inertyzację przez ratowników górniczych . W tym celu dotknięty obszar jest izolowany konstrukcjami zapór w galeriach. Następnie wprowadza się gaz obojętny, najczęściej azot, najczęściej z wykorzystaniem dostępnych rurociągów.

W 2004 roku rząd chiński odniósł sukces w gaszeniu pożaru kopalni w pobliżu Urumqi w chińskiej prowincji Xinjiang , która płonęła od 1874 roku. Jednak artykuł magazynu Time z marca 2008 roku cytuje badacza Stevena Q. Andrewsa, który powiedział: „Zdecydowałem się idź zobaczyć, jak to ugaszono, i widać było płomienie, a wszystko jeszcze się paliło. ... Mówili, że zgasło, a kto ma twierdzić inaczej?”

Jednostka silnika odrzutowego, znana jako Górniczy Agregat Gazowy (GAG), została opracowana w Polsce i z powodzeniem stosowana do gaszenia pożarów węgla i wypierania gazu palnego w kopalniach.

Aktualne badania i nowe osiągnięcia w gaszeniu pożarów

Time poinformował w lipcu 2010 r., że na rynek zaczęły pojawiać się tańsze alternatywy gaszenia pożarów pokładów węgla, w tym żaroodporne fugi i gasząca ogień piana azotowa , a inne innowacyjne rozwiązania są w drodze.

Lista pożarów kopalni

Poniżej wymieniono niektóre z bardziej znaczących pożarów kopalni na całym świecie.

Australia

  • Płonąca Góra – naturalnie występujący, wolno spalający się podziemny pokład węgla
  • Pożar Hill End Colliery - pożar pokładu węgla w Cessnock w Nowej Południowej Walii , który płonął najpóźniej od sierpnia 1930 r. Do prawdopodobnie dopiero w czerwcu 1949 r.
  • Kopalnia węgla Blair Athol - kopalnia w pobliżu Clermont w stanie Queensland , która była miejscem wielu pożarów, z których jeden palił się pod ziemią przez 54 lata.
  • Morwell, Victoria - kopalnia odkrywkowa Great Morwell zapaliła się w marcu 1902 roku i płonęła przez ponad miesiąc. Został ugaszony przez naruszenie pobliskiej rzeki Morwell materiałami wybuchowymi w celu zalania kopalni. Stwierdzono, że pożar powstał w wyniku sabotażu urządzeń zapalających .
  • Elektrownia Hazelwood – 2-kilometrowa ściana węgla w kopalni odkrywkowej Hazelwood została podpalona przez pożar buszu w październiku 2006 r. i ponownie w lutym 2014 r. Tysiące mieszkańców zostało dotkniętych pożarem w kopalni węgla Hazelwood w 2014 r., który płonął przez 45 dni wysyłanie dymu przez społeczność Morwell w Victorii. Rząd zalecił wrażliwym grupom ludzi w South Morwell tymczasowe przeniesienie się ze względu na niebezpieczeństwo pyłu zawieszonego PM2,5. W maju 2020 roku Hazelwood Power Corporation została ukarana grzywną w wysokości 1,56 miliona dolarów za naruszenia bezpieczeństwa i higieny pracy związane z pożarem.

Kanada

Chiny

W Chinach, największym na świecie producencie węgla o rocznej produkcji około 2,5 miliarda ton, poważnym problemem są pożary węgla. Szacuje się, że rocznie bezużytecznie spala się około 10–200 milionów ton węgla i ta sama ilość ponownie jest niedostępna dla górnictwa. Pożary węgla rozciągają się na pas w całych północnych Chinach , gdzie wymieniono ponad sto głównych obszarów pożarowych, z których każdy zawiera wiele indywidualnych stref pożarowych. Koncentrują się one w prowincjach Xinjiang , Mongolii Wewnętrznej i Ningxia . Oprócz strat spowodowanych spalonym i niedostępnym węglem, pożary te przyczyniają się do zanieczyszczenia powietrza i znacznie zwiększonego poziomu emisji gazów cieplarnianych , przez co stały się problemem, który zyskał międzynarodową uwagę.

Niemcy

W Planitz, obecnie części miasta Zwickau , pokład węgla, który płonął od 1476 r., został ugaszony dopiero w 1860 r. W Dudweiler w Kraju Saary pożar pokładu węgla zapalił się około 1668 r. i nadal płonie. Ta tak zwana Płonąca Góra („ Brennender Berg ”) szybko stała się atrakcją turystyczną i odwiedził ją nawet Johann Wolfgang von Goethe . Znany jest również tzw. Stinksteinwand ( cuchnąca kamienna ściana ) w Schwalbenthal na wschodnim zboczu Hoher Meißner , gdzie kilka pokładów zapaliło się wieki temu po zaprzestaniu wydobycia węgla brunatnego; spaliny nadal docierają na powierzchnię.

Indie

obszarem zagłębia węglowego Jharia w Dhanbad, Jharkhand, o powierzchni 58 mil kwadratowych (150 km 2 ) płonęło 68 pożarów . Pożary kopalń zaczęły się w tym regionie w 1916 roku i szybko niszczą jedyne źródło pierwszorzędnego węgla koksowego w kraju.

Indonezja

Pożary węgla i torfu w Indonezji są często wywoływane przez pożary lasów w pobliżu złóż na powierzchni. Trudno jest określić, kiedy pożar lasu zaczyna się od pokładu węgla lub odwrotnie. Najczęstszą przyczyną pożarów lasów i zamgleń w Indonezji jest celowe wypalanie lasów w celu oczyszczenia gruntów pod plantacje celulozy, kauczuku i oleju palmowego.

W Indonezji nie przeprowadzono dokładnej liczby pożarów pokładów węgla. Tylko niewielka część kraju została zbadana pod kątem pożarów węgla. Najlepsze dostępne dane pochodzą z badania opartego na systematycznych obserwacjach na miejscu. W 1998 roku zlokalizowano i zmapowano w sumie 125 pożarów węgla w 2-kilometrowym pasie po obu stronach 100-kilometrowego odcinka drogi na północ od Balikpapan do Samarindy we wschodnim Kalimantanie, używając ręcznego sprzętu Global Positioning System (GPS). Ekstrapolując te dane na obszary na Borneo i Sumatrze, na których znajdują się znane złoża węgla, oszacowano, że w 1998 roku w Indonezji mogło płonąć ponad 250 000 pożarów pokładów węgla.

Praktyki oczyszczania gruntów, które wykorzystują ogień, często wywołując pożary lasów, mogą być przyczyną pożarów pokładów węgla w Indonezji. W latach 1982 i 1983 jeden z największych pożarów lasów w tym stuleciu szalał przez kilka miesięcy przez około 5 milionów hektarów tropikalnych lasów deszczowych Borneo. Goldammer i Seibert doszli jednak do wniosku, że istnieją przesłanki, że pożary pokładów węgla miały już miejsce między 13 200 a 15 000 lat temu .

Sezon pożarów występuje zwykle co 3 do 5 lat, kiedy klimat w niektórych częściach Indonezji staje się wyjątkowo suchy od czerwca do listopada z powodu oscylacji południowej El Niño u zachodniego wybrzeża Ameryki Południowej. Od 1982 roku pożary powtarzają się na wyspach Borneo i Sumatra, paląc duże obszary w latach 1987, 1991, 1994, 1997–1998, 2001 i 2004.

W październiku 2004 r. dym z polany ponownie pokrył znaczną część Borneo i Sumatry, zakłócając podróże lotnicze, zwiększając liczbę przyjęć do szpitali i obejmując części Brunei, Singapuru i Malezji. Wychodnie węgla są tak powszechne w Indonezji, że jest praktycznie pewne, że pożary te wywołały nowe pożary pokładów węgla.

Nowa Zelandia

Norwegia

W 1944 roku kopalnia Longyearbyen nr 2 na Svalbardzie została podpalona przez marynarzy z niemieckiego pancernika Tirpitz podczas jej ostatniego wypadu poza norweskie wody przybrzeżne. Kopalnia płonęła przez 20 lat, podczas gdy niektóre obszary były następnie eksploatowane ze zrekonstruowanej Kopalni nr 2b.

Afryka Południowa

  • Transvaal i Delagoa Bay Collieries w pobliżu Emalahleni (wcześniej znanej jako Witbank ), Mpumalanga płonie od czasu opuszczenia kopalni w 1953 roku.

Stany Zjednoczone

Klinkier odsłonięty przez cięcie pod drogę przez Willow Creek Canyon, Carbon County, Utah
Zbliżenie na stopioną skałę w klinkierze
Ściana klinkieru w przecięciu jezdni

Wiele pól węglowych w USA podlega samozapłonowi. Federalny Urząd Górnictwa Odkrywkowego (OSM) prowadzi bazę danych (AMLIS), która w 1999 r. wymieniała 150 stref pożarowych. Według OSM w połowie 2010 roku pod dziewięcioma stanami płonęło ponad 100 pożarów, większość z nich w Kolorado, Kentucky, Pensylwanii, Utah i Wirginii Zachodniej. Niektórzy geolodzy twierdzą, że wiele pożarów nie jest zgłaszanych, więc rzeczywista ich liczba może być bliższa 200 w 21 stanach.

W Pensylwanii znanych jest 45 stref pożarowych, z których najbardziej znany to pożar kopalni Centralia w kopalni Centralia w regionie węgla kamiennego w hrabstwie Columbia, który płonie od 1962 roku. Burning Mine w pobliżu Summit Hill wybuchł pożar w 1859 roku.

W Kolorado pożary węgla powstały w wyniku wahań poziomu wód gruntowych, które mogą podnieść temperaturę węgla do 300 ° C, wystarczającą do spowodowania jego samozapłonu . [ potrzebne źródło ]

rzeki Powder w Wyoming i Montanie zawiera około 800 miliardów ton węgla brunatnego, a ekspedycja Lewisa i Clarka (1804-1806) zgłosiła tam pożary. Pożary są naturalnym zjawiskiem na tym obszarze od około trzech milionów lat i ukształtowały krajobraz. Na przykład obszar o wielkości około 4000 kilometrów kwadratowych pokryty jest klinkierem węglowym , część z nich znajduje się w Parku Narodowym Theodore'a Roosevelta , skąd rozpościera się spektakularny widok na ognistoczerwony klinkier węglowy ze Scoria Point.

W kulturze popularnej

Film Nothing but Trouble z 1991 roku , wyreżyserowany i współautorem scenariusza przez Dana Aykroyda , przedstawia miasto Valkenvania, w którym od dziesięcioleci płonie podziemny pożar węgla. Sędzia miasta jako źródło swojej nienawiści do finansistów wymienia stale płonący pożar kopalni.

W programie telewizyjnym Scorpion , sezon 3, odcinek 23 , zespół Scorpion gasi podziemny pożar węgla w Wyoming.

Zobacz też

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrane z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Coal-seam_fire&oldid=1136217176 ”