Увеличение потребления энергии и открытие угля в 17 веке несколько благоприятствовало развитию угольной промышленности в северной Франции. Однако активизация угольных шахт производит большой объем пустой породы, которая складируется в отвалы (около 600) рядом с угольными шахтами, городами и дорогами, воздействии которых на экологическую обстановку незначительно. Структура этих породных отвалов находится в большой зависимости от метода добычи и типа используемого на шахте оборудования, от последовательности разгрузки. Угольные породные отвалы в регионе Nord-Pas-de-Calais разнообразны по размерам и форме. Наиболее старые отвалы имеют вытянутую форму, отвалы начал 20 века преимущественно конусовидные. Они состоят из сланца, песчаника и угля, отложенных в седиментационном бассейне в течении верхнего карбона 335-295 миллионов лет назад. Преобладающим геологическим материалом в большинстве отвалов является сланец, часто составляющий 85% отвала. Их минералогический состав различен, но пирит встречается практически во всех породах отвалов угольных шахт.
Угольные отвалы являются комплексными структурами, сложенные перемешанным материалом с различной реакционной способностью с кислородом и широким спектром размеров частиц. Когда частицы большие, воздушный поток может легко рассеивать теплоту, в маленьких частицах воздух застаивается и позволяет теплоте увеличиваться. Как бы то ни было, застаивание воздуха означает, что накопление тепла, которое является причиной возгорания, остановится как только израсходуется весь кислород материала отвалов. Распределение породы в угольных отвалах зависит от разрабатываемых а также от используемого метода отгрузки породы в отвал, что объясняется отличиями пластов и перемешиванием материала в отвале. К примеру, драглайновая добыча ведется последовательно по пластам в отличие от простой добычи. Частицы различного размера могут быть со временем разделены как поверхностный материал, подверженный водной эрозии.
В общих чертах, угольные отвалы это структуры из химически активного материала, который выделяет газ и осуществляет теплообмен. Кислород (O2) и испарение воды (H2O) являются решающими факторами при спонтанном возгорании. Пожары обусловленные саморазогревом действительно обычно происходящим в угольной промышленности. Они являются общепринятой опасностью в плане шахтной безопасности, но сейчас находятся под пристальным вниманием как источник парниковых газов (GHGs). В процессе тепловыделения уголь и углеродосодержащие обломки породы реагируют с атмосферным кислородом. При известных условиях, тепло аккумулируется и поднимается температура внутри породы. Этот рост температуры увеличивает скорость химических реакций в результате чего снова выделяется тепло. Процесс разогрева становится неконтролируемым, в результате происходит возгорание.
Спонтанное возгорание представляет собой значительную опасность, геотехническую и экологическую угрозу; она заключается в источниках газа (отверстия), просадки земли, образование впадин на поверхности, выделение вредных газов, вторичная минерализация, термическое преобразование обломков породы. В местах парогазовых выделений вдоль открытых трещин и отверстий минеральное вещество конденсируются на обожженных и необожженных обломках сланца.
Выделение газа с двух угольных породных отвалов №76 и 83 в французском регионе Nord-Pas-de-Calais может быть описано многими терминами, подобные газовым выделением при широкомасштабных угольных пожарах. Основным, при выделении газов, является CO2 (7%), с меньшей долей присутствуют NOx и SO2. Продукты неполного сгорания угля, называемые CO и CH4, также присутствуют. Остальные углеводороды не обнаружены.
Углистый сланец является основным компонентом угольных породных отвалов. Он содержит пирит и органический углерод, которые являются источниками SO2, CO2, и CO в процессе горения. Обломки пород таким образом являются важным источником загрязняющих газов; это должно быть учтено при подсчете поступления CO2 при прогнозе изменения климата.
NH3 выделяемый из очагов горения реагирует с O2 до формы NOx (NO и NO2) газов, которые могут быть осаждены как NO3- и NO2-. Вторичная минерализация является результатом химических реакций с NH3, должна изучаться с большей детальностью, т. к. может быть загрязнителем окружающей среды (воды, воздуха, почв).
Концентрация кислорода в пределах от <1 до 19% измерена на обоих отвалах. Это ниже оговоренной Международным Горным Правом, которое установило минимальную концентрацию кислорода для безопасной работы в 19,5%. Различные газы, выделяемые с отвалов, могут прямо повлиять на здоровье людей.
Общий объем GHGs аккумулируемый в атмосфере, и глобальный повышение температуры все более заметно, становится обязательным непосредственно выполнять регулирование измерения газовых полей в местах горения угля (в том числе угольные разрезы и угольные породные отвалы) для установления газового состава; определять объем выделившихся газов, особенно GHGs; а так же выявлять места, протяженность и активность очагов горения.
Для ученых и шахтеров должны соблюдаться меры предосторожности для работ на горящих породных отвалах. Опасность несчастного случая или отравления постоянны; безусловно необходима пригодная для работы спецодежда (в том числе противогазы).