石炭の自然発火のメカニズムは？

質問

石炭採掘において、石炭以外の土砂を積み上げたものをボタ山といいます（高さ１００ｍほどにもなります）が、このボタ山表面では時々ガスが噴出していることがあります。これは残土に残った石炭が自然に燃焼しているためらしいのですが、どういう状況にあるのでしょうか？　ボタ山の近くでは温泉のようにお湯がわいているところもありました。石炭に圧力がかかると発熱、発火するのでしょうか？　また、地底には今も炭層が眠っていますが、これは何故自然発火しないのでしょうか？　詳しい方がいらしたらご教示ください。

回答No.2

noname#62864 · ベストアンサー

この質問を読みながら、油をしみこませた古新聞の丸めて放置すると自然発火する恐れがあるという話を思い出しました。

調べてみると、石炭の自然発火というのは良くあることのようで、それを防ぐためにいろいろ努力されているようです。

石炭と油では成分がかなり異なっていますが、どちらの場合にも空気による酸化が重要な要因のようです。
すなわち、空気に触れる状態では石炭にしろ、油にしろ、空気によってゆっくりと酸化され、その酸化には発熱を伴います。
少量の石炭の固まりを放置しても、容易に熱の放出が起こりますので、目立った温度上昇はないでしょうが、ある程度まとまりますと、内部では熱の放出が起こりにくく、次第に温度が上昇してきます。
そうなると、酸化される速度が速くなり、ますます発熱が激しくなり、そのまま放置すると発火することになるようです。
水をかけて冷却するというのも、発火を予防するための方法となるようです。

地底では、おそらく酸素が極端に少なく、そのために石炭が酸化されないのでしょう。つまり、酸化する相手がいないので、酸化が起こらず、発熱しないということです。
掘り出して、細かく砕くことによって、空気を多く含むようになり、酸化されやすくなるというわけです。
酸化されやすさは石炭の成分によっても変化するようです。

お礼

おかげさまで謎もとけました。炭層の位置を調べていると、考えられない所にあったりするんです。近くの、せっかい岩の地層は結晶化している所もあり、そのようなところでは火成岩の貫入があったところ。そのようなところでは石炭層も一度溶解して移動することもあるようです。

この場合、石炭が高熱に触れるのに、どうして発火しないで石炭として保存されたのかな？　と不思議に思っていました。・・つまり、そこで酸素と結びつくことができなかったということですね。お礼の情報、になりますかどうか・・ボタ山の麓にはほんものの「幻の秘湯」がありますよ。しかし、これも消え行く寸前です。

補足

石炭がどのようにできたかを調べました。まず樹木がたくさんあり、そこは静かな入り江のようなところであった。そして、おおきな地殻変動もなく静かな状態が続いた。樹木は酸素から隔てられた状態が保たれ、腐敗することなく堆積していった。石炭は生成の段階から酸素（空気）との密接な関係があったんですね。酸欠状態の不安定な物質のように感じます。だからこそあんなに勢い良く燃えるのだと思います。勉強になりました。

回答No.1

DexMachina

石炭が燃えるには酸素が必要です。

発熱・発火は、可燃性物質が微粉末になるなどして表面積が大きくなることで、空気(酸素)と接する面積が増えたときに起こります。
(更に激しく反応すると粉塵爆発になります)

私自身はボタ山を見たことはないのですが、恐らく土砂を積み上げる際にところどころ隙間ができて、それが、取り残された石炭の粉末を空気と触れさせ、発熱・発火させているのだと思います。

> 地底には今も炭層が眠っていますが、これは何故自然発火しないのでしょうか？

そこに、酸素がないことと、表面積の大きい微粉末になっていない(又は少ない)ことがその理由になると思います。

お礼

わかりやすいご説明ありがとうございます。理解できました。発熱の原因は地圧など・・・という説明を見かけますが、どうも違うようですね。酸化と閉ざされた場所での昇温のようですね。手もみ式カイロのような原理ですね。地底にある炭層はカイロがビニール袋に入った状態であるということ。