地下火的燃烧方式

地球正在燃烧

现年63岁的海登，还在他孩童时代就去看过这场大火。他回忆当时的情景说：“通过地面上的裂缝，可以看到橙色的光辉，但是那里异常炽热，只好站在远处观看。”海登的父亲在1898年迁来时，这地区的地下大火就在燃烧了，至今未熄。

像阿密登地区发生的这种地下大火在地球上并非仅此一处，现在美国16个州中，估计有260处地下煤田正在燃烧，有些发生在废弃了的矿井中，另一些发生在尚未开采的煤层和露天煤田中。这些大火或是被闪电点燃，或是由草原烈火引起，也可能是自燃，或为人们抛弃的燃渣堆所点燃，它们会像香烟一样慢慢地燃烧，也可能变得像高炉一样火焰凶猛。这些大火将会燃烧几十年，甚至几个世纪。

大火已威胁到人类的安全，而要扑灭地下煤田的大火也许是迄今为止人类所遇到的最复杂的消防难题。为控制宾夕法尼亚州圣曲利亚地下大火，人们已经持续努力了20年，花费了将近4百万美元，可是炽热的大火仍然威胁着周围1200个城镇。在这个州，自从本世纪开始时就发生的另一处地下大火灾已迫使劳来伦城于1960年迁移他处。

正在与地下大火战斗的科学家、工程师们遇到了很多难题。由于火焰在煤矿层中的运动难以捉摸，仅仅要发现地下大火的边缘就已是十分困难的事了。在圣曲利亚地区，人们正以85万美元的代价去测定地下大火现时的界线，这场大火正威胁着面积有1500英亩，含煤量达2400万吨的地下煤田。大火还能在地表之下迁移，并能透过地下非燃性物质组成的广阔屏障，在远处引起新的大火。

地下大火之所以有这令人伤透脑筋的“特技”，是它利用了地下无烟煤燃烧中产生的大量氢气。无烟煤燃烧时，火焰的最高温度可达华氏1500至2500度。高爆炸性的氢气沿着地下岩层洞内逐步积累。由于人为的或自然的因素，氢气浓聚并产生爆炸，从而引起新的地下大火灾的爆发。

科学家已经利用计算机来跟踪圣曲利亚地下大火。根据这些年来从不少矿井眼中测得的温度读数，计算机正在构思一个三维模型，用来显示地下大火的模样、传播的情况以及进行的方向。然而，在选择新的防火方法方面，计算机给出的答复是十分严峻的。其中最有希望的项目要花费1亿美元以上。在美国的其他地方，人们把特殊的数字式电视摄像机放进矿井中，考察地下大火的情况，另外还有利用携带热辐射析像器飞机进行考察的。

现在正在试验用新的方法，来拍摄地下若干层地质构造的照片。人们能利用这些照片来跟踪地下煤田大火、寻找石油层或发现会给现在的矿区带来危险的废旧矿井隧道。例如，地球“层析X射线摄影法”获得了地下壳层的结构形象，这个方法与现代扫描装置拍摄人体内部结构照片是十分相像的。利用这些照片，人们发现，宾夕法尼亚州地下煤田的地质结构对圣曲利亚地下大火的蔓延十分有利。由于历史上地壳的多次移位，使煤层的分布好似大理石块上的赭色波纹一样，有一些煤层接近竖向分布。这样，当消防液体或其他消防物质喷射进陡峭的煤床中时，就会消散在煤层的深处，一点儿也触及不到大火。

美联邦政府矿业局，已经清楚地认识到这已有20年历史的圣曲利亚地下大火的严重性。他们试图挖去这场大火，但无法实施。他们钻了好些井眼，用水力冲洗整个区域，试图覆盖并窒息这场大火，但并不见效。他们还别出心裁地进行各种尝试，包括用烟灰渣来窒息大火。这些年来，人们钻了将近1800口井孔，向里喷进约122566吨烟灰渣，倾泻出117220立方码的沙土，可是大火仍在燃烧。

火焰的生存需要燃料和氧气。努力试图扑灭这场大火的矿业局官员们从这个前提出发，着手清除这些因素。一种途径是把地下大火挖出来。这意味着挖掘大火所在的全部地区，迫使燃烧着的物质冷却熄灭。但是，如果大火区域的上方正好是一座城镇，那么就必须迁移或毁坏。

破坏性较小的方法，包括修建地下水坝，以提高地下水位，用水淹没矿井。但是，大火离地下水位越高，这个方法就越难奏效。修建地下水坝不仅是危险的，花费极大的，而且要在人类不能接近的区域里建造水坝也是很难做到的。初看上去，这个方法似乎还算合理。可是用来对付大范围地下火灾所需要的水量，是无法实现的。而且，火焰异常灼热，高温将会使水分子分裂成氧和氢，那将等于是火上加油。

一项称之为净化的技术手段，打算用纯粹的非燃性物质和沙子或烟灰填满整个火灾区域。这些物质喷入后，井孔就会被严密地封闭。但是任何一点裂缝和移位都能引起泄漏，使空气进入井孔。另外，大气压的变化也会引起“呼吸”效应，其结果也将使空气进入火灾区域，导致封闭无效。某些矿井防火专家曾建议，在火灾区上方的地面铺设封闭层，阻止任何一点空气进入火区。可是矿业局指出，不幸的是这个封闭层必须有8到10英尺厚，要做到这一点，也不是现实的。

为对付圣曲利亚地下大火，有人提出了一种方法，就是让大火的燃烧加速进行，早日烧尽熄灭。现在世界上很多地方正是那样做的。但是有不同的原因和目的。工程师们周密设计、小心地点燃地下煤层，其目的是要收集有价值的副产品，如甲烷等。这个方法称之为地下煤的气化。目前正在发展中的人造液体燃料工业就是由此而来的。这个方法与煤气的一般加工手段大致相同，唯一的不同就是煤仍在地底下。为避免地下煤的燃烧失去控制，这个方法只能在低于地下水位的煤层中使用。

美国劳伦斯·列佛莫国家实验室的科学家指出，美联邦的煤资源总共6．4万亿吨，其中只有4000亿吨煤能用常规方法开采。由于发明了煤的气化这一手段，估计还能开发1．8万亿吨地下煤资源。

劳伦斯·列佛莫实验室的道格拉斯·斯坦芬博士说，由于地下煤气化试验的成功，使它成为从无法开采的煤矿中生产净化燃料的一种最有前途的方法。这种技术也许正是人类在努力控制有害的地下煤田大火中所获得的经验，它将帮助人类开发大量地下资源，其能量超过世界上所有可回收的石油能量的两倍。这就是人们从地下大火中得到的启迪。

（夏　风　叶方秋）