中國古代採煤技術

  來源: 科技日報

中國有非常悠久的用煤歷史，相應地採煤技術不斷發展。


    先秦  遼寧瀋陽新石器晚期遺址、陝西灃西和寶雞茹家莊、竹園溝西周墓葬都發現大批用雕漆煤雕刻的環、□和圓珠。雕漆煤位於煤層深部，它的使用表明當時已經掘煤。戰國時稱煤為石涅。


    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。採煤技術在這一時期已發展起來。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  唐代煤的開採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，見到晉山到處堆積着采出的煤，行銷遠近諸州。宋代用煤煉鐵已較普遍。煤的開採以河東（今山西省）、陝西、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，價廉於柴。『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現宋代採煤遺址，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採煤方法。遺址南北長約250m,東西寬約200m。經過清理，發現有: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處位於向南開掘的4條巷道的兩側。另 2處位於立井北面，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。由於煤質判別能力和煉焦技術的提高，可以為煉鐵提供優質燃料。明清兩代煤的開採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現和開採，其中見於明、清【一統志】的就有數十處，遠處邊陲的雲南和新疆也有記載。明清採煤技術見於【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觀察裸露地表的岩石。當時已知道煤層生成和頁岩有密切的關係，着重了解頁岩的分布情況。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。根據觀察結果，確定煤層在岩系中疊積的次序,並找出可作標誌層的岩層,分析判斷下伏岩系中煤層變化。明代已深知風化作用會降低煤的經濟價值。為了取得優質煤，已不在風化帶內挖掘，而是向較深的地層開採。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、湧水量小的岩層內。所謂『確』、『豎』，是要求注意下覆岩層的構造，防止錯定井位，砌井也必須牢固。井筒內大都採取加固措施，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、並互相串通。


    採煤  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，採用分期開採法，先採出其中一部分，隨即充填，待過若干時間，采空部周圍岩石的壓力使未採煤層移動，密合壓實，再行開採。


    支護  巷道高度相差較大，岩巷多在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。支架上面或後方，插置背板，支架密度根據頂板硬度確定。


    通風  用木製風車和荊條編成的風筒。風車結構與傳統的扇米風車相似，但體積較大，設於井口。風筒周身塗黃泥，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，或由於季節關係風量不足，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。有的地區用竹製唧筒。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，將水依次上倒並排出。


    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,插入煤層上部,利用瓦斯比重輕於空氣，集中於煤層上部的規律，通過竹筒引導宣洩。