煤礦:富含煤炭的礦區-中文百科頻道

開采曆史

早在新石器時代，人類便有使用煤的記錄。煤炭的主要用途是作為燃料。

美國最早的商業煤礦位于維吉尼亞州的Midlothian，1748年開始開采。

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采煤的科技，從此采煤進入了大規模商業開采的時代。挖煤的機器約在1880年代左右發明；在那之前，采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采變得可能。

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，石油的開采技術在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于煤炭。石油及其附屬品在1950年代以後開始成為主要的燃料，很快的蒸汽機被内燃機所取代。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，采煤也開始成為政治和社會上的争議來源。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。環境标準的限制、西部大規模露天礦場的開采等，使得美國的地下采煤業在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年隻剩6千名。瀝青的工作從1923年70.5萬人的巅峰，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，環保意識擡頭，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産生的問題等。和其他化石燃料比較，燃燒煤炭比石油或天然氣産生更多的二氧化碳、二氧化硫及氧化亞氮等溫室氣體，并可能是造成全球暖化及酸雨等問題的主要原因之一。

煤炭仍是重要的能源，因為其經濟的價格和豐富的儲藏量，特别是用于發電。煤炭在中國是最重要的能源，2005年中國約有80%的能源來自于燃煤。2007年中國首度成為了煤炭進口國。

根據有關部門統計，截至2015年底，全國煤礦總規模為57億噸。在57億噸的産能規模中，正常生産及改造的煤礦39億噸，停産煤礦3.08億噸，新建改擴建煤礦14.96億噸，其中約8億噸屬于未經核準的違規項目。

2018年12月，山西省鋼鐵煤炭行業化解過剩産能實現脫困發展領導小組綜合辦公室發布公告，2018年山西化解煤炭過剩産能關閉退出煤礦36座，退出産能2330萬噸/年。

2019年3月，中國煤炭工業協會發布《2018煤炭行業發展年度報告》。據了解，2018年底，全國煤礦數量減少到5800處左右，平均産能提高到92萬噸/年左右。其中，年産120萬噸及以上的大型煤礦1200餘處，産量比重提高到80%以上。

煤礦綜述

煤礦是人類在開掘富含有煤炭的地質層時所挖掘的合理空間，通常包括巷道、井硐和采掘面等等。煤是最主要的固體燃料，是可燃性有機岩的一種。它是由一定地質年代生長的繁茂植物，在适宜的地質環境中，逐漸堆積成厚層，并埋沒在水底或泥沙中，經過漫長地質年代的天然煤化作用而形成的。在世界上各地質時期中，以石炭紀、二疊紀、侏羅紀和第三紀的地層中産煤最多，是重要的成煤時代。煤的含碳量一般為46～97%，呈褐色至黑色，具有暗淡至金屬光澤。根據煤化程度的不同，煤可分為泥炭、褐煤、煙煤和無煙煤四類。

在中國煤炭開采必須依法開采，證照齊全有效。貫徹“安全第一、預防為主、綜合治理”的安全生産方針。

煤礦類型

露天開采

當煤層接近地表時，使用露天開采的方式較為經濟。煤層上方的土稱為表土。在尚未開發的表土帶中埋設炸藥，接着使用挖泥機、挖土機、卡車等設備移除表土。這些表土則被填入之前已開采的礦坑中。表土移除後，煤層将會暴露出來；這時将煤塊鑽碎或炸碎，使用卡車将煤炭運往選煤廠做進一步處理。露天開采的方式可比地下開采的方式獲得較大比率的煤礦，因為較多的礦區被利用。露天開采煤礦可以覆蓋數平方公裡的面積。世界約40%的煤礦生産使用露天開采方式。

地下開采

大部分煤層均遠離地表，因此無法使用露天開采的方式。地下開采占世界煤礦生産的60%。在礦坑，通常使用房柱法在煤層中推進，梁柱用來支持礦坑。共有四種主要的地下開采法：

長壁開采–長約300米以上的采掘面。一台精密的采煤機在煤層巷道中左右移動。松動的煤炭掉入刮闆輸送機中，并移出工作面。

連續開采–利用一台有碳化鎢鑽頭的機器從煤層中刮下煤炭。在“房柱法"系統中操作–在一系列約10米的房間區域中工作。

爆破開采–傳統的開采方式。使用炸藥打碎煤層，将煤塊收集放在礦車或運輸帶中。

短壁開采–使用連續開采的機器。類似長壁開采有着可移動的坑頂支撐。

煤炭生産

煤礦在超過50個國家中商業開采。世界一年（2006年估計）約生産53億7000萬公噸的硬煤。世界上大部分國家都有煤礦儲藏。以生産量與消費量比值，已探明的煤礦儲藏量估計可再使用147年。

采煤方法

采煤方法種類很多，世界主要産煤國家使用的采煤方法，總的劃分為壁式和柱式兩大類。這兩種不同類型的采煤方法，無論從采煤系統，還是回采工藝都有很大的區别。

根據不同的礦山地質及技術條件，可有不同的采煤系統與采煤工藝相配合，從而構成多種多樣的采煤方法。如在不同的地質及技術條件下，可以采用長壁采煤法、柱式采煤法或其他采煤法，而長壁與柱式采煤法在采煤系統與采煤工藝方面差别很大。由此可以認為：采煤方法就是采煤工藝和回采巷道布置兩部分組成。

壁式采煤

壁式采煤法的特點是煤壁較長、工作面的兩端巷道分别作為入風和回風、運煤和運料用，采出的煤炭平行于煤壁方向運出工作面，我國多采用壁式采煤法開采煤層。

柱式采煤

柱式采煤法的特點是煤壁短呈方柱形，同時開采的工作面數較多，采出的煤炭垂直于工作面方向運出。

保水采煤

以保水采煤理念繪制了我國第一幅控制生态水位采煤方法規劃圖，也将成為我國今後指導西北缺水區實現煤炭開采與生态環境協調發展的重要科學依據。

其他采法

1、走向長壁采煤法，長壁工作面沿走向推進的采煤方法。

2、傾斜長壁采煤法，長壁工作面沿傾斜推進的采煤方法。

3、傾斜分層采煤法，厚煤層沿傾斜面劃分分層的采煤方法。

4、長壁放頂煤采煤法，開采6米以上緩斜後緩斜厚煤層時，先采出煤層底部長壁工作面的煤，随即放采上部頂煤的采煤方法。

5、掩護支架采煤法。在急斜煤層，沿走向布置采煤工作面，用掩護支架将采空區和工作空間隔開，向俯斜推進的采煤方法。

6、僞傾斜柔性掩護支架采煤法。在急斜煤層中，僞傾斜布置采煤工作面，用柔性掩護支架将采空區和工作空間隔開沿走向推進的采煤方法。

7、倒台階采煤方法。在急斜煤層的階段或區段内，布置下部超前的台階形工作面，并沿走向推進的采煤方法。

8、正台階采煤法。在急斜煤層的階段或區段内，沿僞斜方向布置成上部超前的台階形工作面，并沿走向推進的采煤方法。

9、水平分層采煤法。急斜厚煤層沿水平面劃分分層的采煤方法。

10、斜切分層采煤法。急斜厚煤層中沿與水平面成25度至30度的斜面劃分分層的采煤方法。

11、房柱式采煤法沿巷道每隔一定距離先采煤房直至邊界，再後退采出煤房之間煤柱的采煤方法。

12、房式采煤法。沿巷道每隔一定距離開采煤房，在煤房之間保留煤柱以支撐頂闆的采煤方法。

13、倉儲采煤法。急斜煤層中将落采的煤暫存于已采空間中，待倉房内的煤體采完後，再依次放出存煤的采煤方法。

六大系統

采煤系統，掘進系統，機電系統，運輸系統，通風系統，排水系統，簡稱“采掘機運通”+排水系統。另外，我國将在全國煤礦建立完善監測監控、人員定位、緊急避險、壓風自救、供水施救和通信聯絡等井下安全避險六大系統

煤礦事故

頂闆事故

頂闆災害是煤礦最常見、最容易發生的事故。在煤礦五大災害（煤塵、水、火、瓦斯、頂闆）中，無論是發生次數，還是死亡人數，頂闆事故都居煤礦各類事故之首。随着工作面的開采，煤層上面的頂闆岩層失去了支撐，原來的壓力平衡遭到破壞，煤層頂闆在上覆岩層壓力的作用下，發生變形、破壞。如果我們支護不及時或支護強度不夠，很容易使工作面的頂闆岩層發生斷裂和冒落，造成人員傷亡和财産及設備的損失，這就是我們所說的冒頂事故。

氣體粉塵

煤層中經常伴随瓦斯（甲烷等）的存在。瓦斯容易引起爆炸事故。因此在封閉的空間工作時，需要經常監測瓦斯濃度。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，但表面的相對比例大。若周圍空氣中有充足的氧，對于燃燒反應便會非常敏感。

氣體噴出

瓦斯本身對人體無害，但有時伴随着一氧化碳等有毒氣體。若大量的瓦斯一次噴出，通常煤氣爆炸的可能性也迅速增加。

坑内火災

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。

水災

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内将坑道吞沒，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。在承壓水上采煤和小煤窯破壞區複采，也有可能發生突水、透水事故。井下突水和小煤窯透水事故遠多于水體下采煤透水事故。

煤礦事故頻發，主要與瓦斯治理不好有關，氣囊式快速密閉是唐山開灤煤礦安全專家劉熾綸的專利技術，對于巷道通風、防止瓦斯爆炸、防止火災有很大作用。

傷亡數據

2020年，中國煤礦共發生死亡事故122起，死亡和被困224人。其中較大事故10起，死亡49人（截至12月5日）。

健康影響

慢性肺部疾病，如塵肺病曾經在礦工中非常普遍，導緻預期壽命減少。在一些采礦國家，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。

環境影響

采煤對環境造成多種沖擊。露天煤礦讓土地無法再使用。洗煤廠所産生的酸性礦山排水可能滲入河流中，造成生态污染或人體健康的不良影響。煤炭開采帶來的環境污染和生态破壞問題日益突出，主要表現：

地面水下跌

由于在煤炭開采過程中礦井水大量外排，導緻地下水位下降，引起地面水下跌。

錯動下沉

由于煤礦井下水大量外抽，礦井上底承載能力下降，加上大部分小窯煤井在開采過程中，沒有采取預留煤柱等預防措施，有的小窯煤井甚至對國有煤礦預留煤柱肆意采挖、破壞，導緻地層錯動，地表下沉。

水污染

礦井廢水中懸浮物等污染物濃度較高，特别是流經含硫鐵礦煤層的礦井水，酸性很大。據南坑鎮水仔邊一帶礦區的礦井廢水抽樣檢測，其懸浮物濃度平均值為280毫克/升，化學耗氧量濃度平均值為530毫克/升，硫酸根離子濃度高達2500毫克/升，最低PH值僅為2.7。這類礦井廢水如不經處理就外排，将嚴重污染地面水體，淤塞河道和農田渠道，造成土壤闆結，對農作物影響很大。

占地及污染

煤礦排出的煤矸石一般都就近堆放。随着堆存量的不斷增加，堆場的占地面積也逐年擴大。煤矸石經風化、雨蝕、自燃後，其表面的風化層物質在風力作用下進人大氣，嚴重污染大氣環境。

植被破壞

煤炭開采需要大量木材，按萬噸煤炭産量平均消耗坑木150立方米計算。

全市僅煤炭開采業一年就需消耗木材約10萬立方米，如此大的木材缺口迫使煤礦多渠道收購木材，客觀上助長了亂砍濫伐，使育伐比例失調。同時，由于地下水位下降，地表含水層含水量減少，也使植被生長受到影響。

二次揚塵

煤炭有相當一部分靠汽車運輸，撒漏現象非常嚴重，大量煤炭流失，使街道煤塵飛揚

為有效防治煤炭開采過程中産生的環境污染和生态破壞，使煤礦礦區的生态環境逐步步入良性循環的發展軌道，提出以下對策建議：

一、加強礦井廢水和區域環境綜合治理

（一）對現有廢水治理設施進行改造。對已老化、壞損的廢水治理設施、設備進行修複、改造，确保礦井廢水長期、穩定達标排放。

（二）對部分廢棄礦井外排的廢水進行治理。部分煤礦雖然停止了采煤，但仍有礦井廢水（俗稱老窿水）外排。主要是部分煤礦的采煤巷道間接相通，礦井廢水全部從标高最低的井口外排，并将原有老巷道岩石斷層和風化層中硫鐵礦中的鐵離子等浸取出來，導緻廢水中鐵離子和硫酸根離子的濃度很高，嚴重污染水體環境。所以，對部分廢棄礦井外排的廢水必須進行治理，修建沉澱池，井投加石灰等藥劑，經中和、反應、沉澱處理後，再達标外排。

（三）對部分環境污染和生态破壞嚴重的區域進行綜合治理。一是對淤塞的河道進行清淤疏浚、護岸；二是做好水保工程，一般應在礦區地面徑流彙入點建設污水沉澱處理池等。

二、搞好煤矸石的綜合利用

我市綜合利用煤矸石的主要途徑是發電和制磚，年利用量約65萬噸，但與堆存量相比，可以說利用量很小，且利用途徑單一。必須努力探索綜合利用煤矸石的新途徑，以盡可能短的時限内“消滅”煤矸石山。可采取的措施是：

（一）提高煤矸石發電的綜合利用量；（二）利用煤矸石代替粘土制磚；（三）利用煤矸石回填處置：1、煤矸石回填采礦區；2、煤矸石做工程填築材料。

三、做好礦區植被恢複和矸石堆場的覆土植被工作

（一）實施封山育林，采取植草、人工造林和疏林補方式，提高地表涵養水源、保持水土的能力。

（二）對短期内暫無法消化的煤矸石，制定切實可行被保護規劃、方案和措施。宜林則林，宜草則草，努好煤矸石堆場的覆土植被保護工作。

美國賓夕法尼亞州的森特勒利亞（Centralia）的地下礦坑火災自1962年以來持續焚燒超過40年，造成地下水蒸發，地層下陷。由于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。

綜上所述，自然資源的開發利用是社會經濟發展的物質基礎。煤炭資源是一種有限的、非再生的自然礦産資源，随開采利用而逐漸減少，直至耗竭殆盡，從長遠看是不能持續利用的。不可再生的礦産資源的開發利用可持續發展觀應該是既要注重資源利用率，達到資源優化配置，不能以造成資源的大量破壞為代價來實現礦産資源的開發；又要注重資源開發利用過程中的經濟效益、社會效益及生态環境效益，處理好房前發展與未來發展的關系，走資源開發、環境協調、持續發展的道路。