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煤礦
圖片來自upmedia

煤矿是指富含煤炭资源的地方,通常也指採用地下採掘或露天採掘方式生產煤炭的工厂。

煤矿类型

露天开采

當礦層接近地表時,使用露天開採的方式較為經濟。礦層上方的土稱為表土。在尚未開發的表土帶中埋設炸藥,接著使用挖泥機挖土機卡車等設備移除表土。這些表土則被填入之前已開採的礦坑中。表土移除後,礦層將會暴露出來;這時將礦塊鑽碎或炸碎,使用卡車將礦砂運往選煤廠做進一步處理。當礦石開採完畢,在隔壁重覆同樣的步驟。

露天開採的方式可比地下開採的方式獲得較大比率的煤礦,因為較多的礦層被利用。露天開採煤礦可以覆蓋數平方公里的面積[1]。世界約40%的煤礦生產使用露天開採方式[2]

地下开采

大部份礦層均遠離地表,因此無法使用露天開採的方式。地下開採目前占世界煤礦生產的60%。采煤技术包括:开拓、掘进、支护、通风、排水、运输、提升、顶板管理等。形态分为立井、斜井、平峒。

开发时,通常把煤田划分为若干较小的部分,每一部分由一个矿井生产。划给一个矿井生产的煤田的一部分,称为井田。井田的走向长度一般为:小型矿井不小于1500米,中型矿井不小于4000米,大型矿井不小于7000米,综合机械化采煤矿井不小于10000米。在中国大陆的煤矿生产组织中,通常一个煤田组建为一个“矿务局”;矿务局下属若干个煤矿(矿井)。

共有四種主要的地下開採法:

  • 長壁開採–長約300公尺以上的採掘面。一台精密的採礦機在礦層隧道中前後移動。鬆動的礦石掉入輸送帶中,並移到工作區域。
  • 連續開採–利用一台有碳化鎢鑽頭的機器從礦層中刮下煤礦。在"房柱法"系統中操作–在一系列約10公尺的房間區域中工作。
  • 爆破開採–傳統的開採方式。使用炸藥打碎礦層,將礦石收集放在礦車或運輸帶中。
  • 短壁開採–使用連續開採的機器。類似長壁開採有著可移動的坑頂支撐。

从1960年代起,采煤机发展了四代:

  • 固定滚筒式采煤机
  • 单摇臂滚筒式采煤机
  • 双摇臂滚筒式采煤机
  • 电牵引采煤机

海底開採

  • 台湾第一座海底煤礦是臺北縣瑞芳鎮(今新北市瑞芳區)的建基煤礦,於1966年完成海底大斜坑開鑿工程,成為世界第四個開採海底煤礦的國家/地区。
  • 中國大陸首個海底煤礦是位於渤海灣的龍口礦業集團北皂煤礦,於2004年開始開採海底煤礦,成為繼英國、日本、美國、中華民國、澳大利亞之後,第六個海底採煤國家/地區。

歷史

早在新石器時代,人類便有使用煤的記錄。煤礦的主要用途是作為燃料。古代煤窑的采煤方法是手工开采。中国河南鹤壁发现的金、元时期的古煤井为圆形竖井,直径2.5m,井筒深46m,井下巷道最长100m,高1米余,无顶板支撑。

古代煤窑通常为“巷道式采煤法”,采掘不分,以掘代采。竖井延伸到可采煤层后,沿煤层走向和倾向挖掘煤层巷道;在巷道两壁开采出一个个煤峒,即“掌子面”。一般不回采,使用方形煤柱自然支撑顶板,扩散通风。煤炭回收率在20~30%。中国现在禁止巷道式采煤。

美國最早的商業煤礦位於維吉尼亞州的Midlothian,1748年開始開採。

煤炭成為18世紀工業革命中的主要能量來源,蒸汽火車、蒸汽船等開始成為工業國家中的主要交通運輸工具。同時煉業也需要大量的煤礦。城市的照明、暖氣和烹調等也需要使用煤氣英國在18世紀末發明了許多地下採煤的科技,以爆破采煤为主,進入了大規模商業開採的時代。挖煤的機器約在1880年代左右發明;在那之前,採礦需要以人工用鏟子十字鎬挖掘。到了1912年,蒸汽挖土機科技方面的進步使得露天開採變得可能。

1940年代,英国、苏联开始生产使用采煤机,德国使用刨煤机,进入了机械化采煤时代。

煤炭在18世紀至1950年代是西方國家的主要工業和運輸能量來源。另一方面,石油的開採技術在20世紀初得到很大的發展,在美國、中東和印尼發現了大規模油田。石油作為燃料的優點多於煤炭。石油及其附屬品在1950年代以後開始成為主要的燃料。很快的蒸汽機內燃機所取代。至20世紀末,煤炭在家庭、工業和運輸上很大的一部分被石油、天然氣、核能可再生能源等所取代。

自1890年開始,採煤也開始成為政治和社會上的爭議來源。使用童工、剝削礦工、惡劣的工作環境等使得工會開始形成,社會主義思想開始興起。另外,機器的大量使用也造成許多礦工失業,造成許多社會問題。環境標準的限制、西部大規模露天礦場的開採等,使得美國的地下採煤業在1970年代後急劇衰退。1914年最盛期時,美國有18萬名無煙煤礦工,到1970年只剩6千名。瀝青的工作從1923年70.5萬人的顛峰,下降到1970年的14萬人及2003年的7萬人。礦工聯合會(UMW)的活躍會員也由1980年的16萬人減少到2005年的1.6萬人。

1973年與1979年的兩次石油危機使得各國政府開始尋找替代能源。在開發核能、風力太陽能等新能源的同時,煤炭的重要性也再度受到重視。

不過,自1970年代開始,環保意識抬頭,人們開始注意包括景觀破壞、空氣污染與其他燃燒煤炭所可能產生的問題等。和其他化石燃料比較,燃燒煤炭比石油或天然氣產生更多的二氧化碳二氧化硫氧化亞氮溫室氣體,並可能是造成全球暖化酸雨等問題的主要原因之一。

煤炭在今日仍是重要的能源,因為其經濟的價格和豐富的儲藏量,特別是用於發電。煤炭目前在中國是最重要的能源,2005年中國約有80%的能源來自於燃煤。2007年中國首度成為了煤炭進口國。

參考文獻