地下煤层自燃的环境影响标志 影响煤炭自然发火的内因及怎样影响
煤火对环境的影响主要体现在燃烧产生的能量和物质导致了燃烧区域物理、化学、生物等性质改变，表2⁃1⁃1是地下煤火发展前后对部分环境影响的对比。这些环境标志的变化特征，在一定程度上又是探测煤层自燃的重要依据。
表2-1-1 地下煤火发展前后对环境影响对比
（一）物理变化标志
煤层自燃对物理性质的改变，主要是对地质环境的影响，如地面沉降和塌陷、崩塌、滑坡、泥石流和土地沙漠化等次生环境问题上。地下煤层的自燃一方面燃烧地下煤炭，形成烧空区；另一方面自燃对上覆岩层的烘烤，改变了岩石的物理化学性质，岩石在重力作用下发生坍塌，导致地面沉降，形成塌陷坑和燃烧裂隙带，见图2⁃1⁃1。
图2-1-1 煤层自燃形成的燃烧塌陷和裂隙
煤层自燃形成的地面沉降还使地貌发生变化，改变原有的景观。使道路改道，造成交通的不便。塌陷形成的陡坎，如果上有破碎的岩石，在风力和各种自然营力的长期作用下，上覆岩石还会发生沉降和崩塌，直接导致地形的改变，使原本完善的地表千疮百孔。地形的改变还会使近地表的阻力发生改变，这又会造成地表风速和风向的变化，在一定程度上会对当地的小气候产生影响，进而影响当地的生态环境。由于地表变得更加破碎，加速和扩大了自然因素所引起的土壤破坏和岩石的侵蚀，造成土地沙化和水土流失。当有暴雨天气的出现时，还有产生泥石流的潜在危害。煤层自燃除产生这些宏观上的地表地貌和地形的变化外，还会使煤层上覆岩层或土壤的物化结构发生改变，生成烧变岩和烧变土壤。结合这些微观的变化，煤层燃烧产生的次生地质问题可以用来作为判断煤层自燃区域和强度的一个环境标志。
（二）化学变化标志
煤层自燃使一些物质产生化学变化，主要是煤层自燃过程中向外释放的各种燃烧物质（图2⁃1⁃2）。煤自燃产生CO、CO2、SO2、NOx和颗粒物，以及析出的硫磺、芒硝和煤焦油等化学物质在自燃区的扩散和在地表的覆盖，使得自燃区在大气、土壤及颜色、气味等方面存在明显的变化（图2⁃1⁃3），这是煤层自燃的另一个环境标志。
图2-1-2 乌达煤田自燃区烟气排放景观
（三）生物环境变化标志
煤层自燃的另一个明显的环境标志是自燃区生态环境的变化。对乌达煤田来说，主要是地表植被的变化。乌达地区由于受乌兰布和沙漠的影响，具有干旱无雨、热量有余、风暴成灾、夏炎冬寒的气候特点；地面干燥，风蚀严重，土质疏松，土壤、植被发育不良，自然景观总体上比较荒凉，生态系统脆弱。煤层自燃释放的热量和有毒有害物质加剧了对自燃区植被的影响。它们影响了植被的生存环境，有毒有害物质对植物的叶片和枝茎产生损害，产生各种斑点和纹理；热量对植被的烘烤，影响植被的正常生长，与正常区相比，植株形态会发生变化。如果烘烤的过于强烈，还会导致植被大面积的枯萎，甚至死亡，形成了自燃区和非自燃区地表植被在形态和密度上的明显差异。
图2-1-3 地下煤自燃析出的硫磺、芒硝和煤焦油
正常区植被叶片呈正常的绿色，植被密度适中，植株发育正常（图2⁃1⁃4（a））；燃烧区植被较正常区稀疏、矮小，且植被叶片成明显的枯萎状（图2⁃1⁃4（b））；燃烧中心，植被已经无法生存，形成了裸露的地表，与远处绿色的植被形成极其明显的对照（图2⁃1⁃4（c））。因此，煤自燃对植被的影响很大，植被生长的稀疏矮小、枯萎、死亡等形成了一个明显的环境标志。
图2-1-4 乌达煤田火区植被状况
综上所述，煤层自燃能够造成地面的沉降和塌陷，裂隙发育；自燃释放的化学物质、燃烧释放的能量形成烧变岩和烧变土壤，改变了原来煤层上覆岩石和土壤的物化性质；地表植被的生存环境发生改变，加剧了沙漠化进程。这些特征是遥感探测最直接的环境标志。
影响煤炭自然发火的内因及怎样影响~
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地下煤层自燃时温度可达800～1000℃以上。如此高温条件下，岩层受高温烘烤变质成浅红色、赭色、浅黄色烧变岩，敲击会发出陶瓷片声。地表岩层裂隙度增大，地表土变松软，有大片的潮湿土。地表面形成一层薄硬壳，颜色为棕红色，带有硫化氢的气味，这是地下煤层燃烧形成的SO2气体随热气上升在地表形成。同样，顶底板围岩中矿物成分也要发生物理化学性质的变化，原有的结构性质也要变化，围岩的物理性质也要发生变化。就目前研究结果，这种变化体现在如下几个方面，见表2⁃3⁃9。
表2-3-9 地下煤层自燃不同阶段引起的围岩物性变化特征
1.磁性
对于乌达地区，煤层的磁性随温度变化很小，围岩磁性变化较大。围岩磁性的变化在煤层不同燃烧阶段有不同的特征。在煤层开始燃烧，围岩温度逐渐上升，在特定的温度段（通常在500℃左右），磁性出现升高；在更高温度条件下（700℃左右），围岩磁性消失。在煤层燃烧结束后，温度高于500℃的围岩温度降低，岩石磁性较原岩升高上百倍。因此，通过测量地下煤层自燃区的磁场，可以有效地发现烧变岩体。
2.电阻率
地下煤层燃烧，不仅使围岩电阻率发生变化，也使煤层电阻率发生变化。通常在温度低于200℃条件下，围岩及煤层的电阻率随温度变化较复杂，可能升高也可能降低，主要取决于岩石的物质成分、矿物结构等。在高于500℃左右的条件下，围岩及煤的电阻率随温度升高而降低。因此，电法勘探既可以通过测量地下空间的电阻率分布，对比电阻率异常的升高特征，发现热异常体，圈定燃烧区域，也可以通过发现局部低阻体，确定煤层着火点。
3.放射性
地下煤层自燃产生高温，使大量放射性气体析出，并向近地表迁移。在燃烧区上方可产生伽马能谱钍和铀测量道的高值异常（钍异常比铀异常明显），形成放射性气体（包括氡气和钍射气）浓度异常，野外数次实测的结果证明了这一点。利用这些放射性差异，经数据处理后，可确定地下火区位置和范围，是比较理想的探测煤层高温燃烧区方法。
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