CO2 通量与地下自燃煤火监测

地表土壤中CO2 通量不仅可直接量化土壤的物理、化学及生物特性，同时也可间接反映人类对土地的利用以及地下矿产资源和岩溶状况。另外，地表土壤CO2 通量作为陆地与大气界面气体交换的重要度量指标，还可用于采矿迹地的处理和恢复程度的评价。

采空区内(尤其是封闭采空区)存在高浓度的CO2[13]，受采空区实际环境特性影响，采空区内的CO2不断向地表涌出，影响地表土壤的CO2 通量变化。根据近年来对采空区遗煤自然发火的研究结论可知[9-10]，促进采空区内CO2向地表扩散的动力因素主要有：1）采空区上覆地表因开采时破坏了相对稳定的地质结构，产生了大量的裂隙，利于CO2的扩散；2）采空区内遗煤氧化自燃，使采空区内温度升高，气体密度小，利于采空区内外气体的流动；3）采空区是相对密闭的空间，遗煤氧化产生的CO2气体增多，又因上覆岩层塌陷，导致采空区内压力增大，利于采空区内CO2的涌出。地下采空区遗煤氧化所产生的CO2在往地表扩散过程中有一部分会溶解于地下的含水层，少量的CO2会被岩石介质或被地表附近的微生物及植物通过固定效应所吸收，绝大部分都扩散到地表[1-8]。

实验研究表明，在煤低温氧化到高温热解的整个过程中，物理化学反应所产生的CO2在每个反应阶段都占有较大比例[9-11]。因此，将CO2视为指标性气体，来判定地下煤层或采空区遗煤的氧化状态是目前的一个研究方向。下图为具体的实验研究事例。

监测结果显示：

废弃矿井采空区遗煤的氧化程度可以通过其上覆地表CO2涌出量进行监测。根据本次实验测定结果，存在自燃的采空区其地表CO2通量值是无自燃采空区的10倍以上；无自燃采空区地表CO2通量值明显高于非采空区地表的CO2通量值。

实验监测区域采空区上覆地表CO2通量变化规律主要受环境温度影响，大气温度降低CO2通量会随之增大。

参考文献

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