Thermal–oxygen evolution and atmospheric pollutant emission characteristics during the vertical propagation of underground coal fires
यह अध्ययन भूमिगत कोयला आग के ऊर्ध्वाधर प्रसार के दौरान तापीय-ऑक्सीजन विकास और वायुमंडलीय प्रदूषक उत्सर्जन के चरण-निर्भर और गहराई-निर्भर युग्मन को चित्रित करने के लिए एक भौतिक समानता सिमुलेशन का उपयोग करता है, जो विभिन्न प्रदूषकों के लिए विशिष्ट अस्थायी रिलीज पैटर्न को प्रकट करता है और मध्यम-से-गंभीर प्रदूषण के लिए CO को प्राथमिक योगदानकर्ता के रूप में पहचानता है।
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पृथ्वी की सतह के नीचे, चट्टानों और मिट्टी की परतों में छिपे हुए, कोयले की परतें बिना किसी माचिस की चिंगारी या बिजली गिरने के भी आग पकड़ सकती हैं। यह घटना, जिसे स्वतः दहन (स्पोंटेनियस कंबशन) कहा जाता है, तब होती है जब कोयला हवा में मौजूद ऑक्सीजन के साथ धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करता है, एक ऐसी प्रक्रिया जो ऊष्मा उत्पन्न करती है। यदि वह ऊष्मा बाहर नहीं निकल पाती है, तो वह तब तक जमा होती रहती है जब तक कि कोयला प्रज्वलित न हो जाए, जिससे एक ऐसी आग पैदा होती है जो दशकों तक सुलग सकती है, और जमीन के भीतर ऐसे तरीकों से आगे बढ़ती है जिन्हें देखना या ट्रैक करना कठिन होता है। ये भूमिगत ज्वालाएं केवल एक भूवैज्ञानिक जिज्ञासा मात्र नहीं हैं; वे एक निरंतर पर्यावरणीय खतरा हैं। जैसे-जैसे आग जलती है, यह ऑक्सीजन का उपभोग करती है और हवा में जहरीली गैसों और महीन धूल के कणों का एक मिश्रण छोड़ती है, जो आसपास के समुदायों के स्वास्थ्य और भूमि की स्थिरता के लिए खतरा पैदा करता है। ये आग जमीन के माध्यम से लंबवत (वर्टिकली) कैसे चलती है, ये अपने आस-पास की हवा को कैसे बदलती है, और विभिन्न चरणों में यह क्या छोड़ती है, इसे समझना खदानों को सुरक्षित रखने और पर्यावरण की रक्षा करने के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है।
इस छिपी हुई प्रक्रिया के रहस्यों को उजागर करने के लिए, चीन के कई विश्वविद्यालयों और अनुसंधान संस्थानों की एक टीम ने भूमिगत कोयला आग का एक नियंत्रित मॉडल बनाया। उन्होंने आठ क्षैतिज परतों में विभाजित एक बड़ा, इन्सुलेटेड बॉक्स बनाया। निचली छह परतों को कोयले के कणों से भरा गया था, जबकि ऊपरी दो परतों को मिट्टी से भरा गया था ताकि वास्तविक कोयले की परत के ऊपर स्थित जमीन और चट्टानों की नकल की जा सके। वैज्ञानिकों ने कोयले की निचली परत को एक विशिष्ट तापमान तक गर्म करके एक स्व-निरंतर आग शुरू की, जो कोयले के माध्यम से ऊपर की ओर और ऊपर की मिट्टी में फैलने लगी। इस प्रयोग के दौरान, जो 1,100 घंटों से अधिक समय तक चला, उन्होंने हर स्तर पर तापमान, ऑक्सीजन की मात्रा, और विभिन्न गैसों एवं कणों की सांद्रता की निरंतर निगरानी की, जिससे आग के जीवन चक्र का उसकी पहली चिंगारी से लेकर उसके अंतिम बुझने तक का एक विस्तृत, घंटे-दर-घंटे का रिकॉर्ड तैयार हुआ।
शोधकर्ताओं ने पाया कि आग हर गहराई पर एक जैसा व्यवहार नहीं करती है। जैसे-जैसे ऊष्मा ऊपर की ओर बढ़ी, यह प्रक्रिया पांच विशिष्ट चरणों में विकसित हुई: एक शांत ऊष्मायन अवधि (इन्क्यूबेशन पीरियड), एक तीव्र तापन चरण, एक गहन प्रतिक्रिया क्षेत्र, एक त्वरित शीतलन चरण, और अंत में, एक बुझने वाला चरण। सतह के निकट वाली परतें तेजी से गर्म और ठंडी हुईं, जो लंबी आग बनाए रखने से पहले ही लगभग बुझ गईं। हालांकि, बीच की परतें, जो गहराई में दबी हुई थीं, इस ज्वाला का केंद्र बन गईं। इन गहरी परतों ने ऊष्मा को बहुत बेहतर तरीके से बनाए रखा और ऑक्सीजन की निरंतर आपूर्ति बनाए रखी, जिससे उन्हें सैकड़ों घंटों तक चलने वाली एक शक्तिशाली, लंबे समय तक चलने वाली प्रतिक्रिया बनाए रखने में मदद मिली। सबसे निचली परत, कोयले के हिस्से के बिल्कुल नीचे, आग को जीवित रखने के लिए संघर्ष करती रही। उसे ऊपर की परतों से ऊष्मा प्राप्त हुई, लेकिन ताजी ऑक्सीजन के पहुँचने का मार्ग बहुत लंबा और प्रतिबंधित था, जिसके कारण उस विशिष्ट क्षेत्र में आग कमजोर पड़ गई और अंततः बुझ गई।
आग द्वारा छोड़ी गई गैसों ने भी समय के साथ बदलती स्थितियों की एक समान कहानी सुनाई। शुरुआती घंटों में, आग ने बड़ी मात्रा में मीथेन और एथेन छोड़ी, जो हाइड्रोकार्बन गैसें हैं और गर्मी के प्रभाव में कोयले के टूटने से बनती हैं। ये गैसें तेजी से प्रकट हुईं लेकिन उतनी ही तेजी से गायब भी हो गईं, लगभग 80 घंटों के भीतर बैकग्राउंड स्तर पर गिर गईं। जैसे-जैसे आग परिपक्व हुई और तापमान बढ़ा, रासायनिक प्रतिक्रिया बदल गई। इन हाइड्रोकार्बन का उत्सर्जन कम हो गया, और आग ने कार्बन डाइऑक्साइड और कार्बन मोनोऑक्साइड की भारी मात्रा पैदा करना शुरू कर दिया। ये दोनों गैसें प्रयोग के शेष भाग के लिए प्रमुख प्रदूषक बन गईं, जिसमें कार्बन मोनोऑक्साइड का स्तर इतना बढ़ गया जो ऊपर की हवा में गंभीर प्रदूषण की श्रेणी में आता है। अध्ययन ने सूक्ष्म ठोस कणों, जिन्हें पार्टिकुलेट मैटर कहा जाता है, के उत्सर्जन को भी ट्रैक किया। हाइड्रोकार्बन गैसों की तरह, ये कण पहले 40 से 60 घंटों के दौरान एक केंद्रित विस्फोट के रूप में छोड़े गए, जब दहन अधूरा था, और फिर आग के अधिक स्वच्छ रूप से जलने के साथ ही इनमें काफी कमी आई।
सबसे आश्चर्यजनक निष्कर्षों में से एक वह विलंब (लैग) था जो जमीन के नीचे होने वाली घटनाओं और सतह पर दिखाई देने वाली घटनाओं के बीच था। कोयले की परतों में दर्ज किए गए तापमान के उछाल और गैस के उतार-चढ़ाव को मिट्टी और चट्टान के ऊपर से गुजरने में समय लगता है। जब तक ऊष्मा और प्रदूषक जमीन की सतह या वायुमंडल तक पहुँचते हैं, तब तक वे कमजोर हो जाते हैं और कोयले में होने वाली हलचल की तुलना में देरी से पहुँचते हैं। यह विलंब का अर्थ है कि यदि आप केवल जमीन के ऊपर की हवा को देखते हैं, तो आप नीचे चल रही आग की वास्तविक तीव्रता को 놓 सकते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि आग के ऊपर की वायु गुणवत्ता प्रयोग के अधिकांश समय के दौरान गंभीर प्रदूषण से प्रभावित थी। जबकि शुरुआती चरण धूल और कणों के उच्च स्तर द्वारा चिह्नित था, मध्य और बाद के चरणों को कार्बन मोनोऑक्साइड के एक निरंतर, खतरनाक बादल द्वारा परिभाषित किया गया था। यह बदलाव इस बात को रेखांकित करता है कि भूमिगत आग का खतरा स्थिर नहीं है; यह विकसित होता है, और आग के परिपक्व होने के साथ धूल-प्रधान खतरे से गैस-प्रधान खतरे में बदल जाता है।
अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि भूमिगत कोयला आग का जीवन ऊष्मा, ऑक्सीजन और रासायनिक प्रतिक्रियाओं का एक जटिल नृत्य है जो इस बात पर निर्भर करता है कि आप कितने गहरे हैं और आग कितनी देर से जल रही है। यह कोई सरल, एकसमान घटना नहीं है बल्कि एक स्तरित प्रक्रिया है जहाँ कोयले की मध्य परतें अक्सर सबसे खतरनाक और निरंतर क्षेत्र बन जाती हैं। ये निष्कर्ष एक स्पष्ट चित्र प्रदान करते हैं कि ये आग कैसे विकसित होती हैं, जो बेहतर निगरानी के लिए एक रोडमैप प्रदान करते हैं। यह जानकर कि कौन सी गैसें किस चरण में दिखाई देती हैं और वे कैसे चलती हैं, वैज्ञानिक और इंजीनियर इन छिपी हुई आग का जल्दी पता लगाने और सतह की दुनिया के लिए इनसे उत्पन्न जोखिमों का प्रबंधन करने के प्रभावी तरीके विकसित कर सकते हैं। शोध पुष्टि करता है कि भले ही आग जमीन के नीचे शुरू होती है, लेकिन इसके प्रभाव हमारे द्वारा ली जाने वाली हवा में स्पष्ट रूप से महसूस किए जाते हैं, जो धूल और हाइड्रोकार्बन के मिश्रण से बदलकर लंबे समय तक रहने वाले जहरीली गैस के बादल में परिवर्तित हो जाते हैं।
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