中国古代采煤技术

  来源: 科技日报

中国有非常悠久的用煤历史，相应地采煤技术不断发展。


    先秦  辽宁沈阳新石器晚期遗址、陕西沣西和宝鸡茹家庄、竹园沟西周墓葬都发现大批用雕漆煤雕刻的环、□和圆珠。雕漆煤位于煤层深部，它的使用表明当时已经掘煤。战国时称煤为石涅。


    汉魏  汉代用煤作为燃料。河南巩县铁生沟西汉冶铁遗址和郑州古荥汉代烘范窑出土有煤块和煤饼。采煤技术在这一时期已发展起来。一般是沿露头挖掘，但也常开凿直井。晋人薛综说，曹魏时武安城有深八丈的煤井。南北朝时称煤为石炭。


    唐宋  唐代煤的开采以长安和太原两地最盛。唐文宗开成五年(840),日本学问僧路过山西时，见到晋山到处堆积着采出的煤，行销远近诸州。宋代用煤炼铁已较普遍。煤的开采以河东（今山西省）、陕西、京东、京西（今河南省）诸路最盛。北宋政府曾专门设置“石炭场”，“官卖石炭”。1275年来华的意大利人马可・波罗说：中国全境皆烧黑石，价廉于柴。“黑石”就是煤。宋代已积累丰富的煤矿地质知识,称煤层为“炭脉”,露头为“炭苗”。


    1955年河南省鹤壁煤矿发现宋代采煤遗址，同时出土有宋代的瓷碗、瓷罐。通过这一遗址可以比较具体地了解当时的采煤方法。遗址南北长约250m,东西宽约200m。经过清理，发现有:①已残的圆形立井一处,直径约2.5m，井筒深46m,井底附近堆置荆条编筐多件。②已残的水井一处，井径1m多，井筒深5m，井底附近有残损的排水辘轳。③已残的巷道 6条。其中，立井底部南北巷道一条，残长约10m,顶高2.1m，宽2m；东西运输巷道一条，和立井巷道南端连接；由东西运输巷道向南开掘的巷道 4条，共长500m,高1m,上宽1m，下宽1.4m。④工作面10处，其中8处位于向南开掘的4条巷道的两侧。另 2处位于立井北面，最大的深约50m，宽约30m。⑤壁龛多处，都开凿在巷道上部，用来放置油灯。  


    明清  炼铁和烧制陶瓷砖瓦使用大量煤炭。由于煤质判别能力和炼焦技术的提高，可以为炼铁提供优质燃料。明清两代煤的开采远远超过以往的各个时期。许多重要煤田在明代和清代前半期都已发现和开采，其中见于明、清《一统志》的就有数十处，远处边陲的云南和新疆也有记载。明清采煤技术见于《本草纲目》和《天工开物》，清初《颜山杂记》记载更为详明。


    找煤  分为三个步骤：①观察裸露地表的岩石。当时已知道煤层生成和页岩有密切的关系，着重了解页岩的分布情况。②寻找黑苗（即露头）。③进行煤层对比。至迟在明代已有科学的对比方法。根据观察结果，确定煤层在岩系中叠积的次序,并找出可作标志层的岩层,分析判断下伏岩系中煤层变化。明代已深知风化作用会降低煤的经济价值。为了取得优质煤，已不在风化带内挖掘，而是向较深的地层开采。有的立井深达200m以上。


    选择井位  要考虑地质条件，以“确”、“竖”为原则，设置在不易坍塌，没有流沙、涌水量小的岩层内。所谓“确”、“竖”，是要求注意下覆岩层的构造，防止错定井位，砌井也必须牢固。井筒内大都采取加固措施，或用砖砌，或镶嵌较厚的木板。


    布置井巷  也分为三个步骤：①同时开凿两个井筒和俗称“正窝路”和“风路”的两条主要大巷。②开掘沿煤层倾斜方向的上山或下山以及与运输大巷平行的顺槽。③再开掘俗称“窝路”的斜坡和各种小巷，把煤层分割为若干小块。在斜坡尽头，布置称为“塘”的工作面。工作面之间留置煤柱、并互相串通。


    采煤  用掏槽的方法。先以手镐在工作面煤壁下部开一横槽,促使煤层产生裂隙，再用锤楔在上部敲凿,使煤块崩落。特厚煤层不能用全采高同时采出，采用分期开采法，先采出其中一部分，随即充填，待过若干时间，采空部周围岩石的压力使未采煤层移动，密合压实，再行开采。


    支护  巷道高度相差较大，岩巷多在1m左右；煤巷在 0.5～2m之间。巷道内架设梯形支架，一架称为一厢。如果是急倾斜煤层，则用横撑。支架上面或后方，插置背板，支架密度根据顶板硬度确定。


    通风  用木制风车和荆条编成的风筒。风车结构与传统的扇米风车相似，但体积较大，设于井口。风筒周身涂黄泥，防止漏风，一端延伸到各个工作面，一端和风车连接。用人力摇车，向井下送风。如果巷道纤曲深远，或由于季节关系风量不足，可增开风眼，使空气畅通。


    排水  一般用盘车（绞车）提运牛皮袋，每次可提水六七百斤。有的地区用竹制唧筒。如煤层向地下延伸较深，或是立槽煤，则沿斜巷开掘若干坝坎，坎内挖一水仓，用柳罐或唧筒，将水依次上倒并排出。


    安全  明代已知煤层内有瓦斯,称为“毒气”、“毒烟”。排引方法是用巨竹，凿通中节,插入煤层上部,利用瓦斯比重轻于空气，集中于煤层上部的规律，通过竹筒引导宣泄。