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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
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,接著使用挖泥机、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
大部份矿层均远离地表,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%。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公尺以上的采掘面。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公尺的房间区域中工作。
- 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。类似长壁开采有著可移动的坑顶支撑。
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/地区。
- 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、中华民国、澳大利亚之后,第六个海底采煤国家/地区。
历史
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维吉尼亚州的Midlothian,1748年开始开采。
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。同时炼钢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或十字镐挖掘。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。很快的蒸汽机被内燃机所取代。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、核能或可再生能源等所取代。
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、二氧化硫及氧化亚氮等温室气体,并可能是造成全球暖化及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。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。2007年中国首度成为了煤炭进口国。
参考文献
- ↑ World Coal Institute - Surface Mining
- ↑ World Coal Institute - Coal Mining. [2008-03-15]. (原始内容存档于2006-10-07).