炭層火災

炭層火災は、露頭または地下の炭層が燃えることである。ほとんどの炭層火災はくすぶり燃焼を示し、^[1]特に地下の炭層火災は大気中の酸素が限られているためである。地球上での炭層火災の例は数百万年前に遡る。^{[2] [3]地殻による}断熱と雨や雪による消火回避により、地下の炭層火災は地球上で最も持続的な火災であり、オーストラリアのバーニングマウンテンのように何千年も燃え続けることがある。^[4]炭層火災は、低温酸化の自己発熱、雷、山火事、さらには放火によっても発火することがある。炭層火災はゆっくりとリソスフェアを形成し、大気を変化させてきたが、このペースは採鉱によって引き起こされた現代ではより速く、より広範囲になっている。^[5]

石炭火災は深刻な健康および安全上の危険であり、有毒な煙を放出して環境に悪影響を及ぼし、草地や灌木、森林の火災を再燃させ、道路、鉄道、パイプライン、電線、橋の支柱、建物、家屋などの地表インフラの沈下を引き起こします。人為的原因であれ自然原因であれ、石炭層火災は、燃料源が枯渇するか、永久的な地下水位に達するか、燃焼の深さが地盤の沈下および通気能力を超えるか、または人間が介入するまで、数十年、数世紀、さらには数千年にわたって燃え続けます。石炭層火災は地中で燃えるため、消火は極めて困難で費用がかかり、降雨で鎮火する可能性は低いです。^{[6]石炭火災と}泥炭火災には強い類似点があります。

世界中で、何千もの地下炭鉱火災が常に燃えています。この問題は、中国などの工業化が進み石炭資源が豊富な国で最も深刻です。^[5]世界の炭鉱火災による排出物は、年間40トンの水銀を大気中に放出し、世界の年間CO2排出量の3％を占めると_推定されています。^[7]

炭層火災は、炭層が地表まで伸び、着火に必要な酸素が大気から供給される地表近くの火災と、酸素が換気から供給される地下深部の炭鉱での火災に分けられます。

炭鉱火災は、一般的にはガス爆発を伴う産業事故の結果として発生することがあります。歴史的に、炭鉱火災の一部は、通常は炭鉱を爆破することによって、当局が違法採掘を止めたことで発生しました。最近の炭鉱火災の多くは、放棄された炭鉱の近くにある埋立地で人々がゴミを燃やしたことから発生しており、1962年から燃え続けているペンシルベニア州セントラリアの火災もその1つです。現在米国で発生している数百の炭鉱火災のうち、ほとんどはペンシルベニア州で発生しています。

炭層沿いの火災には自然発生的なものもあります。褐炭の場合、水分と粒度が適切な条件であれば、40 °C (104 °F) ほどの低温でも自然発火する石炭もあります。 ^[8]火災は通常、石炭の内部 1 ～ 2 フィートの深さで発生しますが、その深さでは石炭の浸透性により空気が流入しますが、換気によって発生した熱が除去されることはありません。自然発火は、蒸気船の時代に認識されていた問題でした。よく知られている火災の原因の 1 つは、鉱山が高圧のメタンガス空洞に侵入することです。この空洞が解放されると、静電気の火花が発生し、ガスに引火して石炭の爆発と火災が発生します。同じガスの静電気は船舶でもよく知られており、そのような静電気による火花が発生しないように注意する必要があります。

自然発火が起こるかどうかは、周囲温度と粒径という 2 つの基本的な要因によって決まります。

• 周囲温度が高いほど、酸化反応は速く進行します。
• 粒子のサイズと構造によって表面積が決まります。反応速度は反応物質（この場合は酸素にさらされた炭素）の可用性によって制限されます。

山火事（落雷などによるもの）は、地表近くや炭鉱の入口付近の石炭に引火し、くすぶっている火が炭層に広がり、地盤沈下を起こしてさらに炭層が酸素に開かれ、火が地表に上がったときに将来の山火事を引き起こす可能性がある。アメリカ西部の先史時代のクリンカー露頭は、先史時代の石炭火災の結果であり、マトリックスよりも侵食に強い残留物が残り、ビュートやメサが残っている。オーストラリアのバーニングマウンテンは、知られている中で最も古い石炭火災で、6,000年間燃え続けていると推定されている。 ^[9]

世界中で何千もの消えない炭鉱火災が燃え続けているが、特に中国では貧困、政府の規制の欠如、そして暴走する開発が相まって環境災害を引き起こしている。現代の露天掘りはくすぶっている炭層を空気中にさらし、炎を再び燃え上がらせている。

石炭資源のある地域の中国農村部では、家庭用に石炭を掘ることが多いが、坑道が深くなりすぎると放棄され、非常に燃えやすい石炭の粉塵が空気にさらされる。衛星画像を使用して中国の石炭火災の地図を作成した結果、これまで知られていなかった多くの火災が発見された。中国で最も古い石炭火災は、寧夏回族自治区石嘴山市大武口区の白芨溝で発生し、清朝時代（1912年以前）から燃え続けていると言われている。^[10]

地表近くの炭層火災を消火する前に、その場所と地下の範囲をできるだけ正確に特定する必要があります。地理、地質、インフラストラクチャの状況を調べることに加えて、直接測定から情報を得ることができます。これには次のものが含まれます。

• 地表、亀裂、掘削孔の温度測定（例えば高温計を使用）
• 燃焼反応を説明できるように、火災換気システム（量と速度）とガス組成を特徴付けるガス測定
• 地上および航空機からの地球物理学的測定により、導電率やその他の地下パラメータの範囲を確定します。たとえば、導電率測定により火災付近の湿度の変化をマップ化できます。磁気測定により、熱によって引き起こされる隣接する岩石の磁気特性の変化を判断できます。
• 航空機や衛星からのリモートセンシング。高解像度の光学マッピング、熱画像、ハイパースペクトル データが役割を果たします。地下の石炭火災は数百度から 1,000 度以上で、表面温度を数度しか上昇させません。この桁数は、スラグ山や砂丘の太陽の光が当たる斜面と影に隠れる斜面の温度差に似ています。赤外線検出装置は、火災が周囲の地面を熱するため、火災の位置を追跡できます。^[11]ただし、リモートセンシング技術では、互いに近くで燃えている個々の火災を区別することができず、実際の火災を過小評価することがよくあります。^[12]また、石炭層火災と森林火災を区別することも困難です。現場データとリモートセンシングデータを組み合わせると、時系列分析を使用して、より長い期間にわたって石炭火災の強度を監視できます。^[13]

地下炭鉱には、恒久的に設置されたセンサー システムを装備することができます。これらのセンサー システムは、圧力、温度、気流、ガス組成の測定値を安全監視担当者に中継し、問題があれば早期に警告します。

石炭火災は、被災地の破壊に加え、一酸化炭素や二酸化硫黄などの有毒ガスを排出することが多い。中国の石炭火災は年間2,000万～2億トンの石炭を消費すると推定されており、化石燃料による世界の二酸化炭素排出量の1％を占めている。^[9]

最も目に見える変化の1つは地盤沈下です。その他の地域環境への影響としては、石炭火力発電所の火力発電所によって助長される植物や動物の存在が挙げられます。外来植物の蔓延は、火力発電所の火力発電所の火力発電所の火力発電所の火力発電所の火力発電所の火力発電所の近くで、冬が寒い地域で地中海の昆虫やクモが多く確認されました。火力発電所の^...

火が燃え広がるには、燃料、酸素、熱が必要です。地下の火災は直接到達するのが非常に難しいため、消火活動では、問題となっている特定の火災に対する燃料と酸素の相互作用に対処する適切な方法論を見つけることが求められます。火災は、例えば防火帯や耐火障壁を介して、燃料源から隔離することができます。多くの火災、特に急斜面での火災は、完全に掘削することができます。地表近くの炭層火災の場合、そのエリアを覆うか気密障壁を設置することで、空気中の酸素の流入を遮断することができます。別の可能性としては、燃焼ガスの流出を妨げ、火が自身の排気ガスによって消火されるようにすることです。エネルギーは、通常は大量の水を注入して冷却することで除去できます。しかし、残っている乾燥した石炭が水を吸収すると、その吸収熱によって、そのエリアが乾燥するにつれて、一度消火した火が再燃する可能性があります。したがって、火災が生成するエネルギーよりも多くのエネルギーを除去する必要があります。実際には、これらの方法は組み合わせられており、それぞれのケースは利用可能なリソースによって異なります。これは、たとえば乾燥地域における水や、大気との接触を防ぐための黄土や粘土などの被覆材に特に当てはまります。

地下の石炭火災は温度が540℃（1,000℉）を超えることもあり、消火は非常に危険で費用もかかります。^[9]

中国では、地表近くの石炭層火災は、基本的に以下の段階からなる標準的な方法に従って日常的に消火されています。

• 重機を使って火災現場の上の表面を平らにならし、交通に適した状態にします。
• 火災発生源まで、火災区域に約 20 メートル間隔で規則的なグリッドに沿って穴を掘ります。
• ボーリング孔に水または泥を注入する作業は、通常 1 ～ 2 年間にわたります。
• 全体を厚さ約1メートルの不浸透性層（例えば黄土）で覆います。
• 気候が許す限り植物を植える。

この方法を改良するための努力が進められており、例えば消火水への添加物や代替消火剤などが用いられています。

地下の炭層火災は、通常、炭鉱救助隊員による不活性化によって消火されます。この目的のため、坑道内のダム建設によって影響を受けたエリアが隔離されます。次に、通常は利用可能なパイプラインを利用して、通常は窒素などの不活性ガスが導入されます。

2004年、中国政府は、1874年以来燃え続けていた中国新疆ウイグル自治区ウルムチ近郊の炭鉱火災の消火に成功したと主張した。しかし、2008年3月のタイム誌の記事では、研究者のスティーブン・Q・アンドリュースが「私はどのように消火されたかを見に行くことにしたが、炎は見え、炭鉱全体がまだ燃えていた。…彼らは消火されたと言ったが、誰がそうではないと言うのか？」と述べたと報じられている。^[15]

Gorniczy Agregat Gasniczy (GAG)として知られるジェットエンジンユニットはポーランドで開発され、石炭火災の消火や鉱山の可燃性ガスの除去に効果的に使用されました。

タイム誌は2010年7月に、耐熱グラウトや消火用窒素フォームなど、石炭層火災を消火するためのより安価な代替品が市場に出回り始めており、他の革新的な解決策も登場しつつあると報じた。^[7]

世界中で発生した注目すべき鉱山火災のいくつかを以下に挙げます。

• バーニング マウンテン– 自然に発生し、ゆっくりと燃焼する地下の石炭層で、5,500 年以上燃え続けています。
• ヒルエンド炭鉱火災-ニューサウスウェールズ州セスノックの炭層火災。遅くとも 1930 年 8 月からおそらく 1949 年 6 月まで燃え続けた。
• ブレア・アソル炭鉱–クイーンズランド州クレルモン近郊にある炭鉱で、これまで何度も火災が発生しており、そのうちの 1 つは 54 年間地下で燃え続けました。
• ビクトリア州モーウェル– グレートモーウェル露天掘り鉱山は1902年3月に火災に見舞われ、1ヶ月以上燃え続けた。近くのモーウェル川を爆破して鉱山を水没させることで消火された。火災は焼夷装置による妨害行為によるものであることが判明した。^{[16] [17]}
• ヘーゼルウッド発電所– ヘーゼルウッド露天掘り炭鉱の2kmの炭鉱面は、2006年10月に山火事で燃え上がり^[18]、2014年2月に再び燃え上がった。 ^[19] 2014年のヘーゼルウッド炭鉱の火災では、数千人の住民が影響を受けた。火災は45日間燃え続け、ビクトリア州モーウェルのコミュニティ全体に煙が広がった。^[20]政府は、PM2.5粒子状物質の危険性があるため、サウスモーウェルの脆弱なグループの人々に一時的な移転を勧告した。2020年5月、ヘーゼルウッド電力会社は、火災に関連する労働安全衛生違反で156万ドルの罰金を科された。^[21]

• ブリティッシュコロンビア州エルクフォード^[22]
• メリット、ブリティッシュコロンビア州
• カーマックス、ユーコン
• スモーキング・ヒルズ、ノースウエスト準州

年間約25億トンの石炭を生産する世界最大の石炭生産国である中国では、石炭火災が深刻な問題となっている。毎年1,000万～2億トンの石炭が無駄に燃え、また同じ量の石炭が採掘不能になっていると推定されている。 ^{[10]石炭火災は}中国北部全域に広がっており、100以上の主要火災地域が指定されており、それぞれの地域には多くの個別の火災帯がある。火災は新疆ウイグル自治区、内モンゴル自治区、寧夏回族自治区に集中している。燃えた石炭や採掘不能になった石炭による損失に加え、これらの火災は大気汚染や温室効果ガス排出量の大幅な増加にも寄与しており、国際的な注目を集める問題となっている。

サンテティエンヌ炭田では、17世紀初頭から19世紀初頭にかけて、サンテティエンヌ市周辺に5つの燃える丘（火の山）が記録されている。^{[23] [24]}これらの火災のいくつかは3世紀にわたって燃え続けたと報告されている。そのほとんどは1785年に鎮火した。^[25]これらの古い燃える丘は、現在ではサンテティエンヌのモン・サルソン、アヴァイズの森、コート・ショード、ラ・リカマリーのブリュレ峠、ジェニラックのル・モン・デュ・フ（火の山）に相当し、ジェニラックの火災は1740年から30年間続いた。^[24]これらの火災によって生成された熱変成岩の露頭は、現在でもモン・サルソンとアヴァイズの森で見ることができる。

現在ツヴィッカウ市の一部となっているプラ​​ニッツでは、1476年から燃え続けていた炭層が1860年にようやく鎮火した。 ^{[26] [27]ザールラント州}ダッドヴァイラーでは、1668年頃に炭層火災が発生し、現在も燃え続けている。^[28]このいわゆる「燃える山」（「ブレンネンダー・ベルク」）はすぐに観光名所となり、ヨハン・ヴォルフガング・フォン・ゲーテも訪れた。^{[29]また、}ホーアー・マイスナー東斜面のシュヴァルベンタールにあるいわゆる「スティンクシュタインヴァント」 （悪臭を放つ石壁）もよく知られている。ここでは、数世紀前に亜炭の採掘が中止された後、いくつかの炭層で火災が発生し、燃焼ガスが今も地表に到達している。^[30]

インドでは、2010年現在、ジャールカンド州ダンバードのジャーリア炭田の58平方マイル（150 km ² ）の地域で68件の火災が発生しています。この地域の炭鉱火災は1916年に始まり、地盤沈下と汚染により、インド国内の唯一の良質なコークス炭の供給源と周辺地域を急速に破壊しています。^[31]

インドネシアの石炭や泥炭の火災は、地表の堆積物近くの森林火災によって引き起こされることが多い。森林火災が炭層火災によって引き起こされたのか、あるいはその逆なのかを判断するのは困難である。^[6]インドネシアの森林火災と煙霧の最も一般的な原因は、パルプ材、ゴム、パーム油のプランテーション作物の土地を開拓するために意図的に森林を焼き払うことである。

インドネシアでは、炭層火災の正確な数は未だに数えられていない。国内のごく一部でしか炭層火災の調査がされていない。^[6]入手可能な最良のデータは、体系的な地上観察に基づく研究から得られている。1998年には、携帯型全地球測位システム（GPS）機器を使用して、東カリマンタンのバリクパパンからサマリンダまでの北100キロの道路の両側2キロの帯状地帯で合計125の炭層火災が特定され、地図に記録された。このデータを、石炭鉱床が知られているボルネオ島とスマトラ島の地域に外挿すると、1998年にインドネシアで25万以上の炭層火災が発生したと推定された。^[12]

インドネシアの炭層火災の原因は、火を使う開墾作業による森林火災である可能性もある。1982年と1983年には、今世紀最大の森林火災の一つがボルネオ島の熱帯雨林の推定500万ヘクタールを数か月間襲った。しかし、ゴールドアマーとセイバートは、13,200年から15,000年前にはすでに炭層火災が発生していたことを示す兆候があると結論付けた。^[32]

火災シーズンは通常3年から5年ごとに発生し、この時期は南米西岸沖のエルニーニョ・南方振動の影響でインドネシアの一部の地域で6月から11月にかけて異常な乾燥がみられる。1982年以降、ボルネオ島とスマトラ島では火災が頻繁に発生しており、1987年、1991年、1994年、1997～1998年、2001年、2004年には広範囲が焼失した。^[12]

2004年10月、土地開拓による煙が再びボルネオ島とスマトラ島の大部分を覆い、航空交通が混乱し、^[33]入院患者が増加し、^[34]ブルネイ、シンガポール、マレーシアの一部にまで広がりました。^[35]インドネシアでは石炭の露頭が非常に一般的であるため、これらの火災が新たな炭層火災を引き起こしたことはほぼ間違いありません。

• バーネットの顔、西海岸
• ストロングマン鉱山、西海岸
• ワンガロア、オタゴ州^[36]
• パイク・リバー鉱山、西海岸
• ニュージーランド、南島、西海岸、ストックトン鉱山、ミラートン地域

1944 年、スヴァールバル諸島のロングイェールビーン第 2 機雷は、ノルウェー沿岸海域外で最後の出撃を行ったドイツ戦艦ティルピッツの乗組員によって放火されました。機雷は 20 年間燃え続け、その後、再建された第 2b 機雷から一部が採掘されました。

• ムプマランガ州エマラレニ（旧称ウィットバンク）近郊のトランスバール炭鉱とデラゴア湾炭鉱は、 1953年に炭鉱が放棄されて以来、火災が続いている。^[37]

米国の炭田の多くは自然発火しやすい。連邦地表採掘局（OSM）はデータベース（AMLIS）を管理しており、1999年には150の火災地域がリストアップされていた。OSMによると、2010年半ばには9つの州で100以上の火災が発生しており、そのほとんどはコロラド州、ケンタッキー州、ペンシルベニア州、ユタ州、ウェストバージニア州であった。一部の地質学者は、多くの火災が報告されていないため、実際の火災数は21州で200に近い可能性があると述べている。^[7]

ペンシルベニア州では45の火災地帯が知られており、最も有名なのはコロンビア郡の硬質炭鉱地域にあるセントラリア鉱山のセントラリア鉱山火災で、1962年から燃え続けている。 ^[7]サミットヒル近くのバーニング鉱山は1859年に火災が発生した。^[38]

コロラド州では、地下水位の変動により石炭火災が発生し、石炭の温度が 300 °C まで上昇して自然発火することがある。^[要出典]

ワイオミング州とモンタナ州にまたがるパウダー川流域には約8000億トンの褐炭があり、ルイス・クラーク探検隊（1804年から1806年）はそこでの火災を報告している。この地域では約300万年にわたって火災が自然発生しており、景観を形成してきた。例えば、約4000平方キロメートルの面積が石炭クリンカーで覆われており、その一部はセオドア・ルーズベルト国立公園にあり、スコリア・ポイントからは燃えるように赤い石炭クリンカーの壮観な景色が見られる。^[39]

• ペンシルベニア州ローレルラン^[40]
• コロラド州ニューキャッスル
• コロラド州グレンウッドスプリングス
• ケンタッキー州ロッツクリーク
• ルース・マリンズ、ケンタッキー州
• トゥルーマン・シェパード、ケンタッキー州
• オハイオ州ニュー・ストレーツビル
• オハイオ州サントイ
• ユタ州グランド・ステアケース・エスカランテ国定公園のスモーキー・マウンテン
• ユタ州セゴ
• ペンシルベニア州ヴァンダービルト
• ペンシルベニア州セントラリア
• ペンシルベニア州カーボンデール
• コロラド州ボルダーのマーシャルメサの下にある炭層火災は、 2021年のマーシャル火災の原因の可能性があるとして調査されました。^[41]

フランスの小説家エミール・ゾラの小説『ジェルミナル』には、 『ル・タルタレット』と呼ばれる架空の石炭火事が描かれている。

1991年の映画『ナッシング・バット・トラブル』は、ダン・エイクロイドが監督・共同脚本を務めたもので、数十年にわたって地下の炭鉱火災が続くヴァルケンヴァニアという町を舞台にしている。この町の裁判官は、絶えず燃え続ける炭鉱火災が金融業者に対する憎悪の源であると述べている。

テレビ番組「スコーピオン」シーズン 3、エピソード 23では、スコーピオン チームがワイオミング州の地下の石炭火災を消火します。

中国の作家、劉慈欣の小説『地火』は、地下の石炭火災というテーマに焦点を当て、架空の物語の中でその原因と結果を探っています。

• トルクメニスタンの燃える天然ガス鉱床、ダルヴァザガスクレーター
• 地下石炭ガス化
• 油井火災
• 噴気孔鉱物

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ウィキメディア・コモンズには、炭層火災に関連するメディアがあります。

• 米国における鉱山火災研究の現状、国立労働安全衛生研究所 (NIOSH)、疾病管理予防センター(2008)
• 地球百科事典: 石炭火災
• 地球百科事典: 石炭火力とリモートセンシング
• 「石炭火災 – 自然災害か、それとも人為的災害か？」（アラスカ大学フェアバンクス校の Anupma Prakash 氏による石炭鉱山火災に関するサイト）
• 「地下の地獄との戦い」。ポピュラーメカニクス、1951年9月、124～130ページ。
• 「地球は燃えている」。発見。
• 「ケンタッキー炭鉱の治療法を探る」ニューズウィーク。
• ビデオへのリンク、英国はケンタッキー州のユニークな環境で天然物を探す