地下煤火是煤层由于人为或自燃因素形成的煤田火和矿井火的统称。和一般的固体火灾不同，地下煤火是指煤层以自燃倾向性为诱因，在适宜的环境下与氧气接触，发生一系列的物理化学作用(氧化、放热、升温、自燃)直至剧烈燃烧，然后持续形成一定的时间和空间规模，并对周围环境产生影响的综合性灾害。

　　煤火是无地理边界的全球性灾难，在中国、美国、澳大利亚、俄罗斯、印度、波兰、南非等地均存在不同程度的煤火灾害。

　　煤炭是我国的主体能源，但中国却是世界上受地下煤火灾害威胁最严重的国家，大约有56%的煤层具有自然发火倾向，集中分布在新疆、内蒙古、宁夏、陕西、山西、甘肃、青海等7省(自治区)。

　　煤火对煤炭资源、生态环境、人类健康和安全生产构成了巨大威胁。全球每年因煤火烧损的煤炭资源约高达10亿吨。

　　烧损大量煤炭资源的同时，还影响煤矿安全生产和经济效益。煤火燃烧过程中释放出大量的温室气体，每年产生的CO₂约占世界化石燃料碳排放的2%，加剧全球气候变暖效应。此外煤火向空气释放大量有毒有害烟气和颗粒物引发当地雾霾、酸雨和排放污染超标一系列问题。排放的有害化学物质如汞、砷、硒、铅和氟等长期聚集，严重污染火区周围的大气、土地和地下水。高温地表灼毁植被，破坏土壤原有物理结构和性质。析出的硫酸盐、硫磺和重金属导致土壤酸碱失衡。燃烧形成的烧空区坍塌导致地表出现燃烧裂隙、塌陷坑与裂缝，为煤层燃烧提供了氧气通道，促进火灾的复燃和蔓延，严重威胁煤矿开采和土地资源安全。

　　当前煤火热能资源开发利用主要集中在煤火热资源评估、煤火热能提取技术、热电转化与利用等方面。

　　煤田火区热能提取和利用技术尚处于初期探索阶段，在系统、工艺、材料、结构等相关技术上还存在许多问题。煤田火区地质条件复杂、燃烧强度分布不均，气候环境条件恶劣，要实现煤火地热能回收利用最终的应用推广，还面临诸多挑战，需要进一步加强以下基础理论与关键技术研究。

　　(1)煤田火区热资源评估

　　研究煤田火区流—固—热—化多场耦合作用下的热效应机制，构建煤火阴燃热评估与地热热储体相似模型。创新煤火地热资源热异常定位勘探技术，研发煤火防治与利用智能模拟和感知监测监控技术。建立煤田火区地热资源评估体系标准，实现对地热分级与热储量估算。

　　(2)煤火热能安全、高效、低成本提取

　　研究热机循环工质相变传热传质机理，揭示提热过程内外部热量传递和物质运移规律，提升深部燃烧区增强型换热传热技术。开展地下煤火废弃热能分级高效提取技术研究。提高极端条件下传热元件及装置的换热性、稳定性安全性，实现超长新型重力热管传热提效关键参数和工艺提升。

　　(3)煤火热能有效利用及高效转化

　　强化煤火地热能高效清洁利用转化技术，形成完整的热电转换技术评估体系。开展关键热电材料及工艺技术前沿研究，优化温差电组件的联结和层级结构设计。研究发电元件的冷热源系统匹配耦合和可靠性问题，提高系统散热制冷再循环技术，实现火区大规模长周期地源热泵技术及系统工程的热提取发电应用。

参考文献：《煤田火区热能开发与生态利用研究进展》

作者：周福宝　中国矿业大学教授、矿山安全专家，长江学者特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者、国家重点研发计划项目首席科学家，国务院学科评议组安全学科联合召集人，“煤矿瓦斯与煤自燃防治”教育部创新团队带头人，长期致力于瓦斯与煤火(自燃)复合灾害防治工作，在瓦斯与煤火耦合致灾理论、协同防治技术等方面开展了原创性研究，研究成果在我国安徽、山西、河南和贵州等省区的130余座矿山直接转化与应用，推动了煤炭安全生产形势的持续向好。获国家科技成果二等奖3项(第一、二、四)，第一完成人授权发明专利58件、美国和欧盟等国际专利9件，以第一/通讯作者发表论文108篇，获工程院光华工程青年奖、腾讯科学探索奖(能源环保)、国家有突出贡献的中青年专家等。