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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。
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]。
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%[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)。
共有四種主要的地下開採法:
从1960年代起,采煤机发展了四代:
煤礦在超過50個國家中商業開採。世界一年(2006年估計)約生產53億7000萬公噸的硬煤[3]。2006年的前十大產煤國為:
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世界上大部分國家都有煤礦儲藏。以目前的生產量與消費量,已探明的煤礦儲藏量估計可再使用147年[3]。
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[4]。
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。同時煉鋼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或十字鎬挖掘。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。很快的蒸汽機被內燃機所取代。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、核能或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、二氧化硫及氧化亞氮等溫室氣體,並可能是造成全球暖化及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[5]。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[6]。2007年中國首度成為了煤炭進口國[7]。
煤層中經常伴隨沼氣(甲烷等)的存在。沼氣容易引起爆炸事故。因此在封閉的空間工作時,需要經常監測沼氣濃度。
若氣體中有一定濃度的粉塵,也有可能因為火星引起爆炸。粉塵體積細小,但表面面積大。若周圍空氣中有充足的氧,對於燃燒反應便會非常敏感。
沼氣本身對人體無害,但在密閉的坑內可能造成缺氧,且有時伴隨著一氧化碳等有毒氣體。若大量的沼氣一次噴出,通常煤氣爆炸的可能性也迅速增加。
煤礦事故中最壞的情況。與一般的火災不同,周圍有許多可燃物(煤)大量存在。若坑道被熱及煙堵住出口,同時發生缺氧的情況,通常會造成重大的傷亡。
在水底(海底、湖泊或水庫附近)的礦區坍塌時發生的事故。是比坑内火災更糟糕的情況,幾乎沒有生還的可能。大量洪水在很快的時間內將坑道吞沒,造成全體工作人員死亡。通常生還者無法救援、遺體無法回收,坑道也同樣被放棄。
慢性肺部疾病,如塵肺病曾經在礦工中非常普遍,導致预期寿命減少。在一些採礦國家,塵肺病仍非常普遍;在美國一年約有4,000個黑肺病例(其中約1,500人為前礦工),中國則每年約有10,000個新病例[8]。
採煤對環境造成多種衝擊。露天煤礦讓土地無法再使用。洗煤廠所產生的酸性礦山排水可能滲入河流中,造成生態污染或人體健康的不良影響。
美國賓夕法尼亞州的森特勒利亞(Centralia)的地下礦坑火災自1962年以來持續焚燒至今超過40年,造成地下水蒸發,地層下陷。由於礦脈延伸了整個城鎮,使得地面經常出現裂縫冒出火苗。當地人口亦從極盛時期的2000人減少到2007年的9人[9]。
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