Cамовозгорание и тление угля в угольных разрезах или угольных шахтах. Это становятся глобальной угрозой со значительным экономическим, социальным и экологическим последствиям. По всему миру возникают огромные очаги подземных пожаров, в которых ежегодно сгорает много миллионов тонн угля — что создает огромные экологические проблемы, оказывают вредное влияние на людей и добавляет парниковый эффект, который влечет изменения климата. Некоторые из этих пожаров горят в течение десятков лет — некоторые на протяжении веков.
Самовозгорание угля — процесс, при котором пожар может быть вызван естественным путем, без вмешательства человека. Когда в старые горные выработки длительного времени поступает атмосферная среда, происходит самовозгорание угля, которое распространяется в вышележащие и нижележащие пласты. Внезапное самовозгорание в угольных шахтах вызывается окислением угольного месторождения. Все угли окисляются до некоторой степени под воздействием атмосферы. Так как окисление экзотермическая реакция между углем и кислородом — компонентом атмосферы, тепло постоянно освобождается. Эта реакция напрямую связана с температурой, а если тепло, выделяемое при реакции окисления не рассеивается, температура массива увеличивается. В некоторых углях реакция окисления может увеличиться до такой степени, что, если не принять предупредительные меры, то нагревание продолжаться и температура тления достигнет значения, при котором происходит возгорание угля.
Коричневый или бурый уголь может начать тление при температуре 40 - 60 ° С, тогда как антрацит начнет тлеть с 140 ° C. Тление, как правило, распространяется на несколько дециметров в глубь пласта, куда из-за проницаемости угля поступает достаточное количество воздуха, но, поскольку приток воздуха мал, распространение тепла происходит очень медленно. В связи с низким коэффициентом тепловой проводимости угля, отвод тепла путем теплоотдачи не является достаточным. Много зависит от таких факторов, как температура, объем, размер частиц. Наконец время воспламенения основной параметр для описания процесса возгорания угля. Для больших объемов при малых температурах необходимо длительно время нагревания. Обычно нагрев протекает несколько месяцев, прежде чем уголь начнет тлеть.
Если угольный пласт обнажен (имеет выход на дневную поверхность), контакт со средой, пригодной для горения, происходит в течение длительного времени. В местах контакта возгорание происходит внезапно и горение длится на протяжении десятилетий. Во всем мире около 20 - 30 миллионов тонн угля сгорают в таких пожарах. Потери угля, ставшего недоступными для дальнейшей добычи, составляют в два раза больше.
Эндогенные пожары зарегистрированы во всем мире в районах добычи угля. Наиболее важными являются следующие:
Индия — Кроме областях Ранигани и Сингарени эндогенные пожары бушуют в Джахарии. В области примерно на 700 кв км более 160 действующих пожаров. Поскольку эта область густонаселенна, возникают тяжелые последствия для жителей. Добыча угля способствует развитию пожаров, так как дает лучший доступ воздуха к самовоспламеняющимся пластам. По оценкам, в Индии 70% пожаров связаны с добычей угля.
США — Многие области добычи угля в США страдают от эндогенных пожаров угольных пластов. Федеральное ведомство открытых горных работ (OSM) предоставило базу данных, где зарегистрировано 150 зон подземных пожаров (1999). Они протекают в штатах Кентукки, Пенсильвании и Западной Вирджинии в восточной части района Аппалачи-уголь, в Колорадо и Скалистых горах.
В Пенсильвании зарегистрировано 45 подземных пожаров. Наиболее известным является Сентралия Майн, антрацитовый бассейн округа Колумбия. Этот пожар горит с 1962 года в выработках под городом. Предпринимались усилия для тушения этого пожара, но, в конце-концов, город был потерян.
В Колорадо некоторых эндогенные пожары связанны с ежегодными изменениями грунтовых вод. Температура воды поднимается до 30 ° С, нагревая уголь и боковые породы, что может являться предпосылкой для процесса воспламенения.
Германия — В Планитзе вблизи Цвиккау пожар в угольном пласте начался в 1476 года, и не прекращается до 1860 года. Эрнст Август Гейтнер в 1479 году организовал оранжерею с тропическими растениями над известной зоной пожара в Пранитз и стал первым в использовании энергии, образующейся при сжигании угля, на коммерческой основе. В Дудвейлере (Саар) 1668 году подземный пожар стал туристической достопримечательностью, которая называлась «Горящая гора», ее посетил и описал Гете. Не менее известным является так называемая «Пахнущая стена» на восточных склонах «Хохе Мейснера», где после закрытия шахты по добыче бурого угля некоторые шурфы начали гореть, и выхлопные газы выходили на поверхность, вызывая «запах».
Страны Европы и России — количество эндогенных пожаров в этих районах сокращается параллельно с уменьшением добычи в целом. Некоторые очаги горения зарегистрированы в Польше, Чехии и Украине. В Украине 2,000 млн. тонн угля хранится на складах, где зарегистрировано 74 зон возникновения пожаров. В Косово (Сербия) и в Боснии-Герцеговине уголь горит как в карьерах, так и при глубоких горных работах.
Африка — большая часть добыча угля сконцентрирована на юге континента: в ЮАР, Зимбабве, Ботсване, Мозамбике и Замбии. Самовозгорание угля было зафиксировано во всех регионах.
Китай — Китай является крупнейшим производителем угля (и потребителей) по всему миру. Она производит около 1,8 млрд. тонн в год (2006). В результате эндогенных пожаров Китай получает серьезные убытки. Согласно оценкам, 10-20 млн. тонн угля непосредственно уничтожены пожарами и 100-200 млн. тонн угля будут потеряны для горнодобывающей промышленности.
Горение угля начинается естественным путем или в результате деятельности человека, а чаще из-за сочетания обоих факторов. Основной природной причиной горения угля является процесс самовозгорания, хотя солнечный свет, лесные пожары или фрикционное тепло, выделяющееся во время движения Земли могли бы также стать причиной горения угля. Среди причин, обусловленных человеческой деятельностью, можно выделить аварии, небрежное обращение с оборудованием, разжигание костров для освещения заброшенных подземных шахт, для отопления и т.д. Стоит отметить, что насыпи из углеродистого материала (терриконы) в непосредственной близости от рудника очень склонны к самовозгоранию. Чаще всего именно этот сыпучий материал сначала загорается, а затем распространяет горение на угольные пласты. Пожары также могут распространяться с одного угольного пласта на сближенные и из одной шахты в другую.
Кроме того, пожары, уничтожая энергетический ресурс и приводя к финансовым убыткам, препятствуют экономическому использованию угля, представляют опасность для человека и оборудования, повышают температуру в районе возникновения, становятся причиной изменения ландшафта, приводят к посадке грунта, что опасно для зданий, транспортной сети и т.д. Эти пожары приводят к загрязнению наиболее важных частей экологической системы, а именно воздуха, воды и земли. Продукты горения содержат ядовитые газы, сопровождающиеся неприятным запахом, такие как оксиды и диоксиды углерода, азота и серы, которые являются причиной некоторых заболеваний дыхательной системы и кожи.
Самовозгорание угля является основной причиной смога, кислотных дождей, глобального потепления, и загрязняющих воздух токсичных веществ. Кислотные дожди принесли ущерб восточной части Северной Америки и всей Европе, Японии, Китаю и Юго-Восточной Азии. Кислотный дождь вымывает из почвы питательные вещества, замедляет рост деревьев, и делает озера не пригодными для обитания рыб и других диких животных. В городах, кислотные загрязняющие вещества приводят к коррозии, ускоряющей естественный износ сооружений, таких как зданий, статуй. Кислоты в сочетании с другими химическими веществами, содержащимися в городском смоге, поражают легкие, вызывая болезни, приводящие к преждевременной смерти.
Кроме того, большие площади пустот, образующиеся при выгорании угольных пластов, могут вызвать опасные просадки грунта.
В первую очередь ответственность за предупреждение возникновения подземных пожаров ложится на горнодобывающую промышленность. Конечной целью разработки противопожарных мер является «добыча без пожаров». Было внесено много предложений, как по изменению технологий или методов добычи, так и по альтернативным методам вентиляции. Чрезвычайно важным является полное извлечение угля, отсутствие угольной пыли в горных выработках. Наконец, процесс ликвидации шахт должен производиться строго по правилам.