中國有非常悠久的用煤歷史,相應地采煤技術不斷發(fā)展。
先秦遼寧沈陽新石器晚期遺址、陜西灃西和寶雞茹家莊、竹園溝西周墓葬都發(fā)現(xiàn)大批用雕漆煤雕刻的環(huán)、玦和圓珠。雕漆煤位于煤層深部,它的使用表明當時已經(jīng)掘煤。戰(zhàn)國時稱煤為石涅。
漢魏漢代用煤作為燃料。河南鞏縣鐵生溝西漢冶鐵遺址和鄭州古滎漢代烘范窯出土有煤塊和煤餅。采煤技術在這一時期已發(fā)展起來。一般是沿露頭挖掘,但也常開鑿直井。晉人薛綜說,曹魏時武安城有深八丈的煤井。南北朝時稱煤為石炭。
唐宋唐代煤的開采以長安和太原兩地最盛。唐文宗開成五年(840),日本學問僧路過山西時,見到晉山到處堆積著采出的煤,行銷遠近諸州。宋代用煤煉鐵已較普遍。煤的開采以河東(今山西省)、陜西、京東、京西(今河南省)諸路最盛。北宋政府曾專門設置“石炭場”,“官賣石炭”。1275年來華的意大利人馬可·波羅說:中國全境皆燒黑石,價廉于柴。“黑石”就是煤。宋代已積累豐富的煤礦地質知識,稱煤層為“炭脈”,露頭為“炭苗”。
1955年河南省鶴壁煤礦發(fā)現(xiàn)宋代采煤遺址,同時出土有宋代的瓷碗、瓷罐。通過這一遺址可以比較具體地了解當時的采煤方法。遺址南北長約250m,東西寬約200m。經(jīng)過清理,發(fā)現(xiàn)有:①已殘的圓形立井一處,直徑約2.5m,井筒深46m,井底附近堆置荊條編筐多件。②已殘的水井一處,井徑1m多,井筒深5m,井底附近有殘損的排水轆轤。③已殘的巷道6條。其中,立井底部南北巷道一條,殘長約10m,頂高2.1m,寬2m;東西運輸巷道一條,和立井巷道南端連接;由東西運輸巷道向南開掘的巷道4條,共長500m,高1m,上寬1m,下寬1.4m。④工作面10處,其中8處位于向南開掘的4條巷道的兩側。另2處位于立井北面,最大的深約50m,寬約30m。⑤壁龕多處,都開鑿在巷道上部,用來放置油燈。
明清煉鐵和燒制陶瓷磚瓦使用大量煤炭。由于煤質判別能力和煉焦技術的提高,可以為煉鐵提供優(yōu)質燃料。明清兩代煤的開采遠遠超過以往的各個時期。許多重要煤田在明代和清代前半期都已發(fā)現(xiàn)和開采,其中見于明、清《一統(tǒng)志》的就有數(shù)十處,遠處邊陲的云南和新疆也有記載。明清采煤技術見于《本草綱目》和《天工開物》,清初《顏山雜記》記載更為詳明。
找煤分為三個步驟:①觀察裸露地表的巖石。當時已知道煤層生成和頁巖有密切的關系,著重了解頁巖的分布情況。②尋找黑苗(即露頭)。③進行煤層對比。至遲在明代已有科學的對比方法。根據(jù)觀察結果,確定煤層在巖系中疊積的次序,并找出可作標志層的巖層,分析判斷下伏巖系中煤層變化。明代已深知風化作用會降低煤的經(jīng)濟價值。為了取得優(yōu)質煤,已不在風化帶內挖掘,而是向較深的地層開采。有的立井深達200m以上。
選擇井位要考慮地質條件,以“確”、“豎”為原則,設置在不易坍塌,沒有流沙、涌水量小的巖層內。所謂“確”、“豎”,是要求注意下覆巖層的構造,防止錯定井位,砌井也必須牢固。井筒內大都采取加固措施,或用磚砌,或鑲嵌較厚的木板。
布置井巷也分為三個步驟:①同時開鑿兩個井筒和俗稱“正窩路”和“風路”的兩條主要大巷。②開掘沿煤層傾斜方向的上山或下山以及與運輸大巷平行的順槽。③再開掘俗稱“窩路”的斜坡和各種小巷,把煤層分割為若干小塊。在斜坡盡頭,布置稱為“塘”的工作面。工作面之間留置煤柱、并互相串通。
采煤用掏槽的方法。先以手鎬在工作面煤壁下部開一橫槽,促使煤層產(chǎn)生裂隙,再用錘楔在上部敲鑿,使煤塊崩落。特厚煤層不能用全采高同時采出,采用分期開采法,先采出其中一部分,隨即充填,待過若干時間,采空部周圍巖石的壓力使未采煤層移動,密合壓實,再行開采。
支護巷道高度相差較大,巖巷多在1m左右;煤巷在0.5~2m之間。巷道內架設梯形支架,一架稱為一廂。如果是急傾斜煤層,則用橫撐。支架上面或后方,插置背板,支架密度根據(jù)頂板硬度確定。
通風用木制風車和荊條編成的風筒。風車結構與傳統(tǒng)的扇米風車相似,但體積較大,設于井口。風筒周身涂黃泥,防止漏風,一端延伸到各個工作面,一端和風車連接。用人力搖車,向井下送風。如果巷道纖曲深遠,或由于季節(jié)關系風量不足,可增開風眼,使空氣暢通。
排水一般用盤車(絞車)提運牛皮袋,每次可提水六七百斤。有的地區(qū)用竹制唧筒。如煤層向地下延伸較深,或是立槽煤,則沿斜巷開掘若干壩坎,坎內挖一水倉,用柳罐或唧筒,將水依次上倒并排出。
安全明代已知煤層內有瓦斯,稱為“毒氣”、“毒煙”。排引方法是用巨竹,鑿通中節(jié),插入煤層上部,利用瓦斯比重輕于空氣,集中于煤層上部的規(guī)律,通過竹筒引導宣泄。
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