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美国怀俄明州的露天开采煤矿
1940年代抚顺煤矿

煤矿是指富含煤炭资源的地方,通常也指采用地下采掘或露天采掘方式生产煤炭的工厂。

煤矿类型

露天开采

露天开采。
德兴煤矿展示的运煤台车,台湾台北市

当矿层接近地表时,使用露天开采的方式较为经济。矿层上方的土称为表土。在尚未开发的表土带中埋设炸药,接着使用挖泥机、挖土机卡车等设备移除表土。这些表土则被填入之前已开采的矿坑中。表土移除后,矿层将会暴露出来;这时将矿块钻碎或炸碎,使用卡车将矿砂运往选煤厂做进一步处理。当矿石开采完毕,在隔壁重复同样的步骤。

露天开采的方式可比地下开采的方式获得较大比率的煤矿,因为较多的矿层被利用。露天开采煤矿可以覆盖数平方公里的面积[1]。世界约40%的煤矿生产使用露天开采方式[2]

地下开采

大部分矿层均远离地表,因此无法使用露天开采的方式。地下开采目前占世界煤矿生产的60%[2]。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)。

共有四种主要的地下开采法:

  • 长壁开采–长约300米以上的采掘面。一台精密的采矿机在矿层隧道中前后移动。松动的矿石掉入输送带中,并移到工作区域。
  • 连续开采–利用一台有碳化钨钻头的机器从矿层中刮下煤矿。在"房柱法"系统中操作–在一系列约10米的房间区域中工作。
  • 爆破开采–传统的开采方式。使用炸药打碎矿层,将矿石收集放在矿车或运输带中。
  • 短壁开采–使用连续开采的机器。类似长壁开采有着可移动的坑顶支撑。

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

海底开采

  • 台湾第一座海底煤矿是台北县瑞芳镇(今新北市瑞芳区)的建基煤矿,于1966年完成海底大斜坑开凿工程,成为世界第四个开采海底煤矿的国家。
  • 中国大陆首个海底煤矿是位于渤海湾的龙口矿业集团北皂煤矿,于2004年开始开采海底煤矿,成为继英国、日本、美国、(前中华民国,现中国台湾省)、澳大利亚之后,第六个海底采煤国家。

煤矿生产

煤矿在超过50个国家中商业开采。世界一年(2006年估计)约生产53亿7000万公吨的硬煤[3]。2006年的前十大产煤国为:

前十大产煤国(2006年估计)[3]
排名 国家 产量
(百万吨)
比率
1  中国 2482 46.2%
2  美国 990 18.4%
3  印度 427 8.0%
4  澳大利亚 309 5.8%
5  南非 244 4.5%
6  俄罗斯 233 4.3%
7  印尼 169 3.1%
8  波兰 95 1.8%
9  哈萨克斯坦 92 1.7%
10  哥伦比亚 64 1.2%
主要煤炭出口国(2006年估计)[3]
排名 国家 数量
(百万吨)
1  澳大利亚 231
2  印尼 129
3  俄罗斯 92
4  南非 69
5  中国 63
主要煤炭进口国(2006年估计)[3]
排名 国家 数量
(百万吨)
1  日本 178
2  韩国 80
3  (前中华民国,现中国台湾省)(台湾 64
4  英国 51
5  德国 41

世界上大部分国家都有煤矿储藏。以目前的生产量与消费量,已探明的煤矿储藏量估计可再使用147年[3]

历史

轨道上的搬运机车,1920年

早在新石器时代,人类便有使用煤的记录。煤矿的主要用途是作为燃料。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。

美国最早的商业煤矿位于弗吉尼亚州的Midlothian,1748年开始开采[4]

煤炭成为18世纪工业革命中的主要能量来源,蒸汽火车、蒸汽船等开始成为工业国家中的主要交通运输工具。同时炼业也需要大量的煤矿。城市的照明、暖气和烹调等也需要使用煤气英国在18世纪末发明了许多地下采煤的科技,以爆破采煤为主,进入了大规模商业开采的时代。挖煤的机器约在1880年代左右发明;在那之前,采矿需要以人工用铲子十字镐挖掘。到了1912年,蒸汽挖土机科技方面的进步使得露天开采变得可能。

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世纪至1950年代是西方国家的主要工业和运输能量来源。另一方面,石油的开采技术在20世纪初得到很大的发展,在美国、中东和印尼发现了大规模油田。石油作为燃料的优点多于煤炭。石油及其附属品在1950年代以后开始成为主要的燃料。很快的蒸汽机内燃机所取代。至20世纪末,煤炭在家庭、工业和运输上很大的一部分被石油、天然气、核能可再生能源等所取代。

1908年美国的未成年矿工

自1890年开始,采煤也开始成为政治和社会上的争议来源。使用童工、剥削矿工、恶劣的工作环境等使得工会开始形成,社会主义思想开始兴起。另外,机器的大量使用也造成许多矿工失业,造成许多社会问题。环境标准的限制、西部大规模露天矿场的开采等,使得美国的地下采煤业在1970年代后急剧衰退。1914年最盛期时,美国有18万名无烟煤矿工,到1970年只剩6千名。沥青的工作从1923年70.5万人的颠峰,下降到1970年的14万人及2003年的7万人。矿工联合会(UMW)的活跃会员也由1980年的16万人减少到2005年的1.6万人。

1973年与1979年的两次石油危机使得各国政府开始寻找替代能源。在开发核能、风力太阳能等新能源的同时,煤炭的重要性也再度受到重视。

不过,自1970年代开始,环保意识抬头,人们开始注意包括景观破坏、空气污染与其他燃烧煤炭所可能产生的问题等。和其他化石燃料比较,燃烧煤炭比石油或天然气产生更多的二氧化碳二氧化硫氧化亚氮温室气体,并可能是造成全球暖化酸雨等问题的主要原因之一。

煤炭在今日仍是重要的能源,因为其经济的价格和丰富的储藏量,特别是用于发电[5]。煤炭目前在中国是最重要的能源,2005年中国约有80%的能源来自于燃煤[6]。2007年中国首度成为了煤炭进口国[7]

煤矿事故

1968年美国西弗吉尼亚州的Farmington矿难,共造成78人罹难

世界上最严重的矿难发生在1942年中国的日本占领区“满州国”,即本溪湖煤矿爆炸,共1549人死亡。

爆炸

煤层中经常伴随沼气甲烷等)的存在。沼气容易引起爆炸事故。因此在封闭的空间工作时,需要经常监测沼气浓度。

若气体中有一定浓度的粉尘,也有可能因为火星引起爆炸。粉尘体积细小,但表面面积大。若周围空气中有充足的氧,对于燃烧反应便会非常敏感。

气体喷出

沼气本身对人体无害,但在密闭的坑内可能造成缺氧,且有时伴随着一氧化碳等有毒气体。若大量的沼气一次喷出,通常煤气爆炸的可能性也迅速增加。

火灾

煤矿事故中最坏的情况。与一般的火灾不同,周围有许多可燃物(煤)大量存在。若坑道被热及堵住出口,同时发生缺氧的情况,通常会造成重大的伤亡。

在水底(海底、湖泊或水库附近)的矿区坍塌时发生的事故。是比坑内火灾更糟糕的情况,几乎没有生还的可能。大量洪水在很快的时间内将坑道吞没,造成全体工作人员死亡。通常生还者无法救援、遗体无法回收,坑道也同样被放弃。

环境影响

慢性肺部疾病,如尘肺病曾经在矿工中非常普遍,导致预期寿命减少。在一些采矿国家,尘肺病仍非常普遍;在美国一年约有4,000个黑肺病例(其中约1,500人为前矿工),中国则每年约有10,000个新病例[8]

中国的空气污染被认为和近年来的大量燃煤有关

采煤对环境造成多种冲击。露天煤矿让土地无法再使用。洗煤厂所产生的酸性矿山排水可能渗入河流中,造成生态污染或人体健康的不良影响。

美国宾夕法尼亚州森特勒利亚(Centralia)的地下矿坑火灾自1962年以来持续焚烧至今超过40年,造成地下水蒸发,地层下陷。由于矿脉延伸了整个城镇,使得地面经常出现裂缝冒出火苗。当地人口亦从极盛时期的2000人减少到2007年的9人[9]

煤矿之最

注解

  1. ^ World Coal Institute - Surface Mining
  2. ^ 2.0 2.1 World Coal Institute - Coal Mining. [2008-03-15]. (原始内容存档于2006-10-07).
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 World Coal Institute - Coal Facts 2007. [2008-03-15]. (原始内容存档于2009-05-18).
  4. ^ Historical Overview Of The Midlothian Coal Mining Company Tract, Chesterfield County, Virginia 互联网档案馆存档,存档日期2007-04-19., Martha W. McCartney, December, 1989
  5. ^ Barbara Freese. Coal: A Human History(2003)
  6. ^ Uranium Information Centre. Nuclear power in China 页面存档备份,存于互联网档案馆.
  7. ^ FT.com / Asia-Pacific / China - Australia loses market share in China’s coal. [2008-03-16]. (原始内容存档于2009-05-13).
  8. ^ 存档副本. [2008-03-15]. (原始内容存档于2018-01-13).
  9. ^ Couch, Stephen. Presentation at Eastern Section meeting of the National Association of Geoscience Teachers Archive.is存档,存档日期2007-09-27, June 2007

参见

外部链接


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