人們通常把開發(fā)煤炭資源的企業(yè)稱作煤礦,把開采出來的煤礦產(chǎn)品稱為煤炭。我國古代曾稱煤炭為石涅,或稱石炭。它是植物遺體埋藏在地下經(jīng)過漫長復(fù)雜的生物化學(xué)、地球化學(xué)和物理化學(xué)作用轉(zhuǎn)化而成的一種固體可燃礦產(chǎn)。它不僅是工農(nóng)業(yè)和人民生活不可缺少的主要燃料,而且還是冶金、化工、醫(yī)藥等部門的重要原料。據(jù)統(tǒng)計,在我國能源生產(chǎn)和消費構(gòu)成中,煤炭一直居于主導(dǎo)地位,1995年,生產(chǎn)占75.5%,消費占75.0%。在國民經(jīng)濟中,工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸?shù)陌l(fā)展都離不開煤炭。隨著近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和新工藝、新方法的應(yīng)用,煤炭的用途和綜合利用價值將會越來越大??梢灶A(yù)計,在未來相當(dāng)長的時期內(nèi),煤炭在我國國民經(jīng)濟中都將占有相當(dāng)重要的地位。
一、礦物原料特點
(一) 煤的物理性質(zhì)
煤的物理性質(zhì)是煤的一定化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)的外部表現(xiàn)。它是由成煤的原始物質(zhì)及其聚積條件、轉(zhuǎn)化過程、煤化程度和風(fēng)、氧化程度等因素所決定。包括顏色、光澤、粉色、比重和容重、硬度、脆度、斷口及導(dǎo)電性等。其中,除了比重和導(dǎo)電性需要在實驗室測定外,其他根據(jù)肉眼觀察就可以確定。煤的物理性質(zhì)可以作為初步評價煤質(zhì)的依據(jù),并用以研究煤的成因、變質(zhì)機理和解決煤層對比等地質(zhì)問題。
1.顏色
是指新鮮煤表面的自然色彩,是煤對不同波長的光波吸收的結(jié)果。呈褐色—黑色,一般隨煤化程度的提高而逐漸加深。
2.光澤
是指煤的表面在普通光下的反光能力。一般呈瀝青、玻璃和金剛光澤。煤化程度越高,光澤越強;礦物質(zhì)含量越多,光澤越暗;風(fēng)、氧化程度越深,光澤越暗,直到完全消失。
3.粉色
指將煤研成粉末的顏色或煤在抹上釉的瓷板上刻劃時留下的痕跡,所以又稱為條痕色。呈淺棕色—黑色。一般是煤化程度越高,粉色越深。
4.比重和容重
煤的比重又稱煤的密度,它是不包括孔隙在內(nèi)的一定體積的煤的重量與同溫度、同體積的水的重量之比。煤的容重又稱煤的體重或假比重,它是包括孔隙在內(nèi)的一定體積的煤的重量與同溫度、同體積的水的重量之比。煤的容重是計算煤層儲量的重要指標(biāo)。褐煤的容重一般為1.05~1.2,煙煤為1.2~1.4,無煙煤變化范圍較大,可由1.35~1.8。煤巖組成、煤化程度、煤中礦物質(zhì)的成分和含量是影響比重和容重的主要因素。在礦物質(zhì)含量相同的情況下,煤的比重隨煤化程度的加深而增大。
5.硬度
是指煤抵抗外來機械作用的能力。根據(jù)外來機械力作用方式的不同,可進一步將煤的硬度分為刻劃硬度、壓痕硬度和抗磨硬度三類。煤的硬度與煤化程度有關(guān),褐煤和焦煤的硬度最小,約2~2.5;無煙煤的硬度最大,接近4。
6.脆度
是煤受外力作用而破碎的程度。成煤的原始物質(zhì)、煤巖成分、煤化程度等都對煤的脆度有影響。在不同變質(zhì)程度的煤中,長焰煤和氣煤的脆度較小,肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最大,無煙煤的脆度最小。
7.斷口
是指煤受外力打擊后形成的斷面的形狀。在煤中常見的斷口有貝殼狀斷口、參差狀斷口等。煤的原始物質(zhì)組成和煤化程度不同,斷口形狀各異。
8.導(dǎo)電性
是指煤傳導(dǎo)電流的能力,通常用電阻率來表示。褐煤電阻率低。褐煤向煙煤過渡時,電阻率劇增。煙煤是不良導(dǎo)體,隨著煤化程度增高,電阻率減小,至無煙煤時急劇下降,而具良好的導(dǎo)電性。
(二) 煤的化學(xué)組成
煤的化學(xué)組成很復(fù)雜,但歸納起來可分為有機質(zhì)和無機質(zhì)兩大類,以有機質(zhì)為主體。
煤中的有機質(zhì)主要由碳、氫、氧、氮和有機硫等五種元素組成。其中,碳、氫、氧占有機質(zhì)的95%以上。此外,還有極少量的磷和其他元素。煤中有機質(zhì)的元素組成,隨煤化程度的變化而有規(guī)律地變化。一般來講,煤化程度越深,碳的含量越高,氫和氧的含量越低,氮的含量也稍有降低。唯硫的含量則與煤的成因類型有關(guān)。碳和氫是煤炭燃燒過程中產(chǎn)生熱量的重要元素,氧是助燃元素,三者構(gòu)成了有機質(zhì)的主體。煤炭燃燒時,氮不產(chǎn)生熱量,常以游離狀態(tài)析出,但在高溫條件下,一部分氮轉(zhuǎn)變成氨及其他含氮化合物,可以回收制造硫酸氨、尿素及氮肥。硫、磷、氟、氯、砷等是煤中的有害元素。含硫多的煤在燃燒時生成硫化物氣體,不僅腐蝕金屬設(shè)備,與空氣中的水反應(yīng)形成酸雨,污染環(huán)境,危害植物生產(chǎn),而且將含有硫和磷的煤用作冶金煉焦時,煤中的硫和磷大部分轉(zhuǎn)入焦炭中,冶煉時又轉(zhuǎn)入鋼鐵中,嚴(yán)重影響焦炭和鋼鐵質(zhì)量,不利于鋼鐵的鑄造和機械加工。用含有氟和氯的煤燃燒或煉焦時,各種管道和爐壁會遭到強烈腐蝕。將含有砷的煤用于釀造和食品工業(yè)作燃料,砷含量過高,會增加產(chǎn)品毒性,危及人民身體健康。
煤中的無機質(zhì)主要是水分和礦物質(zhì),它們的存在降低了煤的質(zhì)量和利用價值,其中絕大多數(shù)是煤中的有害成分。
另外,還有一些稀有、分散和放射性元素,例如,鍺、鎵、銦、釷、釩、鈦、鈾……等,它們分別以有機或無機化合物的形態(tài)存在于煤中。其中某些元素的含量,一旦達到工業(yè)品位或可綜合利用時,就是重要的礦產(chǎn)資源。
通過元素分析可以了解煤的化學(xué)組成及其含量,通過工業(yè)分析可以初步了解煤的性質(zhì),大致判斷煤的種類和用途。煤的工業(yè)分析包括對水分、灰分、揮發(fā)分的測定和固定碳的計算四項內(nèi)容。
1.水分
指單位重量的煤中水的含量。煤中的水分有外在水分、內(nèi)在水分和結(jié)晶水三種存在狀態(tài)。一般以煤的內(nèi)在水分作為評定煤質(zhì)的指標(biāo)。煤化程度越低,煤的內(nèi)部表面積越大,水分含量越高。水分對煤的加工利用是有害物質(zhì)。在煤的貯存過程中,它能加速風(fēng)化、破裂,甚至自燃;在運輸時,會增加運量,浪費運力,增加運費;煉焦時,消耗熱量,降低爐溫,延長煉焦時間,降低生產(chǎn)效率;燃燒時,降低有效發(fā)熱量;在高寒地區(qū)的冬季,還會使煤凍結(jié),造成裝卸困難。只有在壓制煤磚和煤球時,需要適量的水分才能成型。
2.灰分
是指煤在規(guī)定條件下完全燃燒后剩下的固體殘渣。它是煤中的礦物質(zhì)經(jīng)過氧化、分解而來?;曳謱γ旱募庸だ脴O為不利?;曳衷礁?,熱效率越低;燃燒時,熔化的灰分還會在爐內(nèi)結(jié)成爐渣,影響煤的氣化和燃燒,同時造成排渣困難;煉焦時,全部轉(zhuǎn)入焦炭,降低了焦炭的強度,嚴(yán)重影響焦炭質(zhì)量。煤灰成分十分復(fù)雜,成分不同直接影響到灰分的熔點。灰熔點低的煤,燃燒和氣化時,會給生產(chǎn)操作帶來許多困難。為此,在評價煤的工業(yè)用途時,必須分析灰成分,測定灰熔點。
3.揮發(fā)分
指煤中的有機物質(zhì)受熱分解產(chǎn)生的可燃性氣體。它是對煤進行分類的主要指標(biāo),并被用來初步確定煤的加工利用性質(zhì)。煤的揮發(fā)分產(chǎn)率與煤化程度有密切關(guān)系,煤化程度越低,揮發(fā)分越高,隨著煤化程度加深,揮發(fā)分逐漸降低。
4.固定碳
測定煤的揮發(fā)分時,剩下的不揮發(fā)物稱為焦渣。焦渣減去灰分稱為固定碳。它是煤中不揮發(fā)的固體可燃物,可以用計算方法算出。焦渣的外觀與煤中有機質(zhì)的性質(zhì)有密切關(guān)系,因此,根據(jù)焦渣的外觀特征,可以定性地判斷煤的粘結(jié)性和工業(yè)用途。
(三)煤的工藝性質(zhì)
為了提高煤的綜合利用價值,必須了解、研究煤的工藝性質(zhì),以滿足各方面對煤質(zhì)的要求。煤的工藝性質(zhì)主要包括:粘結(jié)性和結(jié)焦性、發(fā)熱量、化學(xué)反應(yīng)性、熱穩(wěn)定性、透光率、機械強度和可選性等。
1.粘結(jié)性和結(jié)焦性
粘結(jié)性是指煤在干餾過程中,由于煤中有機質(zhì)分解,熔融而使煤粒能夠相互粘結(jié)成塊的性能。結(jié)焦性是指煤在干餾時能夠結(jié)成焦炭的性能。煤的粘結(jié)性是結(jié)焦性的必要條件,結(jié)焦性好的煤必須具有良好的粘結(jié)性,但粘結(jié)性好的煤不一定能單獨煉出質(zhì)量好的焦炭。這就是為什么要進行配煤煉焦的道理。粘結(jié)性是進行煤的工業(yè)分類的主要指標(biāo),一般用煤中有機質(zhì)受熱分解、軟化形成的膠質(zhì)體的厚度來表示,常稱膠質(zhì)層厚度。膠質(zhì)層越厚,粘結(jié)性越好。測定粘結(jié)性和結(jié)焦性的方法很多,除膠質(zhì)層測定法外,還有羅加指數(shù)法、奧亞膨脹度試驗等等。粘結(jié)性受煤化程度、煤巖成分、氧化程度和礦物質(zhì)含量等多種因素的影響。煤化程度最高和最低的煤,一般都沒有粘結(jié)性,膠質(zhì)層厚度也很小。
2.發(fā)熱量
是指單位重量的煤在完全燃燒時所產(chǎn)生的熱量,亦稱熱值,常用106J/kg表示。它是評價煤炭質(zhì)量,尤其是評價動力用煤的重要指標(biāo)。國際市場上動力用煤以熱值計價。我國自1985年6月起,改革沿用了幾十年的以灰分計價為以熱值計價。發(fā)熱量主要與煤中的可燃元素含量和煤化程度有關(guān)。為便于比較耗煤量,在工業(yè)生產(chǎn)中,常常將實際消耗的煤量折合成發(fā)熱量為2.930368×107J/kg的標(biāo)準(zhǔn)煤來進行計算。
3.化學(xué)反應(yīng)性
又稱活性。是指煤在一定溫度下與二氧化碳、氧和水蒸汽相互作用的反應(yīng)能力。它是評價氣化用煤和動力用煤的一項重要指標(biāo)。反應(yīng)性強弱直接影響到耗煤量和煤氣的有效成分。煤的活性一般隨煤化程度加深而減弱。
4.熱穩(wěn)定性
又稱耐熱性。是指煤在高溫作用下保持原來粒度的性能。它是評價氣化用煤和動力用煤的又一項重要指標(biāo)。熱穩(wěn)定性的好壞,直接影響爐內(nèi)能否正常生產(chǎn)以及煤的氣化和燃燒效率。
5.透光率
指低煤化程度的煤(褐煤、長焰煤等),在規(guī)定條件下用硝酸與磷酸的混合液處理后,所得溶液對光的透過率稱為透光率。隨著煤化程度加深,透光率逐漸加大。因此,它是區(qū)別褐煤、長焰煤和氣煤的重要指標(biāo)。
6.機械強度
是指塊煤受外力作用而破碎的難易程度。機械強度低的煤投入氣化爐時,容易碎成小塊和粉末,影響氣化爐正常操作。因此,氣化用煤必須具備較高的機械強度。
7.可選性
是指煤通過洗選,除去其中的夾矸和礦物質(zhì)的難易程度。我國現(xiàn)行的選煤方法,詳見第四節(jié)。
二、用途與技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)
(一) 煤的工業(yè)分類
1958年,國家頒布了以煉焦用煤為主的分類方案,為工業(yè)部門合理使用煤炭資源創(chuàng)造了有利條件,但在實踐中也出現(xiàn)了一些問題。在認(rèn)真分析研究和吸收國外先進分類方法的基礎(chǔ)上,為了使各項分類的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)最能反映煤的質(zhì)量特點,達到更加合理地利用煤炭資源的目的,1986年,國家重新頒布了從褐煤到無煙煤的全面技術(shù)分類標(biāo)準(zhǔn),將自然界中的煤劃分為14大類,其中,褐煤和無煙煤又分別劃分為2個和3個小類(表2.2.1)。這就是我國現(xiàn)行的煤炭分類國家標(biāo)準(zhǔn)。
表 2.2.1中國煤炭分類國家標(biāo)準(zhǔn) (GB5751-86)
(1) 分類指標(biāo)及其符號Vr為干燥無灰基揮發(fā)分(%);Hr為干燥無灰基氫含量(%);GR.I(簡記G)為煙煤的粘結(jié)指數(shù);Y為煙煤的膠質(zhì)層最大厚度;PM為煤樣的透光率(%);b為煙煤的奧亞膨脹度(%);Q-A.GNGW為煤的恒濕無灰基高位發(fā)熱量(MJ/kg)。
(2) 煤類的編碼各類煤用兩位阿拉伯?dāng)?shù)碼表示。10位表示煤的揮發(fā)分,個位數(shù)在無煙煤及褐煤表示煤化程度,在煙煤表示結(jié)粘性。
(二) 各煤類的主要特征和用途
1.褐煤
它是煤化程度最低的煤。其特點是水分高、比重小、揮發(fā)分高、不粘結(jié)、化學(xué)反應(yīng)性強、熱穩(wěn)定性差、發(fā)熱量低,含有不同數(shù)量的腐殖酸。多被用作燃料、氣化或低溫干餾的原料,也可用來提取褐煤蠟、腐殖酸,制造磺化煤或活性炭。一號褐煤還可以作農(nóng)田、果園的有機肥料。
2.長焰煤
它的揮發(fā)分含量很高,沒有或只有很小的粘結(jié)性,膠質(zhì)層厚度不超過5mm,易燃燒,燃燒時有很長的火焰,故得名長焰煤。可作為氣化和低溫干餾的原料,也可作民用和動力燃料。
3.不粘煤
它水分大,沒有粘結(jié)性,加熱時基本上不產(chǎn)生膠質(zhì)體,燃燒時發(fā)熱量較小,含有一定的次生腐殖酸。主要用作制造煤氣和民用或動力燃料。
4.弱粘煤
水分大,粘結(jié)性較弱,揮發(fā)分較高,加熱時能產(chǎn)生較少的膠質(zhì)體,能單獨結(jié)焦,但結(jié)成的焦塊小而易碎,粉焦率高。這種煤主要用作氣化原料和動力燃料。
5. 1/2中粘煤
它具有中等粘結(jié)性和中高揮發(fā)分??梢宰鳛榕涿簾捊沟脑?,也可以作為氣化用煤和動力燃料。
6.氣煤
揮發(fā)分高,膠質(zhì)層較厚,熱穩(wěn)定性差。能單獨結(jié)焦,但煉出的焦炭細(xì)長易碎,收縮率大,且縱裂紋多,抗碎和耐磨性較差。故只能用作配煤煉焦,還可用來煉油、制造煤氣、生產(chǎn)氮肥或作動力燃料。
7.氣肥煤
它的揮發(fā)分和粘結(jié)性都很高,結(jié)焦性介于氣煤和肥煤之間,單獨煉焦時能產(chǎn)生大量的氣體和液體化學(xué)物質(zhì)。最適合高溫干餾制造煤氣,更是配煤煉焦的好原料。
8.肥煤
具有很好的粘結(jié)性和中等及中高等揮發(fā)分,加熱時能產(chǎn)生大量的膠質(zhì)體,形成大于25mm的膠質(zhì)層,結(jié)焦性最強。用這種煤來煉焦,可以煉出熔融性和耐磨性都很好的焦炭,但這種焦炭橫裂紋多,且焦根部分常有蜂焦,易碎成小塊。由于粘結(jié)性強,因此,它是配煤煉焦中的主要成分。
9. 1/3焦煤
它是介于焦煤、肥煤和氣煤之間的過渡煤,具有很強的粘結(jié)性和中高等揮發(fā)分,單獨用來煉焦時,可以形成熔融性良好、強度較大的焦炭。因此,它是良好的配煤煉焦的基礎(chǔ)煤。
10.焦煤
具有中低等揮發(fā)分和中高等粘結(jié)性,加熱時可形成穩(wěn)定性很好的膠質(zhì)體,單獨用來煉焦,能形成結(jié)構(gòu)致密、塊度大、強度高、耐磨性好、裂紋少、不易破碎的焦炭。但因其膨脹壓力大,易造成推焦困難,損壞爐體,故一般都作為煉焦配煤使用。
11.瘦煤
具有較低揮發(fā)分和中等粘結(jié)性。單獨煉焦時,能形成塊度大、裂紋少、抗碎強度較好,但耐磨性較差的焦炭。因此,用它加入配煤煉焦,可以增加焦炭的塊度和強度。
12.貧瘦煤
揮發(fā)分低,粘結(jié)性較弱,結(jié)焦性較差。單獨煉焦時,生成的焦粉很多。但它能起到瘦化劑的作用。故可作煉焦配煤使用,同時,也是民用和動力的好燃料。
13.貧煤
具有一定的揮發(fā)分,加熱時不產(chǎn)生膠質(zhì)體,沒有粘結(jié)性或只有微弱的粘結(jié)性,燃燒火焰短,煉焦時不結(jié)焦。主要用于動力和民用燃料。在缺乏瘦料的地區(qū),也可充當(dāng)配煤煉焦的瘦化劑。
14.無煙煤
它是煤化程度最高的煤。揮發(fā)分低、比重大、硬度高、燃燒時煙少火苗短、火力強。通常作民用和動力燃料。質(zhì)量好的無煙煤可作氣化原料、高爐噴吹和燒結(jié)鐵礦石的燃料,以及制造電石、電極和炭素材料等。
(三) 工業(yè)用煤的質(zhì)量要求
煤的工業(yè)用途非常廣泛,歸納起來主要是冶金、化工和動力三個方面。同時,在煉油、醫(yī)藥、精密鑄造和航空航天工業(yè)等領(lǐng)域也有廣闊的利用前景。各工業(yè)部門對所用的煤都有特定的質(zhì)量要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。簡要介紹如下:
1.煉焦用煤
煉焦是將煤放在干餾爐中加熱,隨著溫度的升高(最終達到1 000℃左右),煤中有機質(zhì)逐漸分解,其中,揮發(fā)性物質(zhì)呈氣態(tài)或蒸汽狀態(tài)逸出,成為煤氣和煤焦油,殘留下的不揮發(fā)性產(chǎn)物就是焦炭。焦炭在煉鐵爐中起著還原、熔化礦石,提供熱能和支撐爐料,保持爐料透氣性能良好的作用。因此,煉焦用煤的質(zhì)量要求,是以能得到機械強度高、塊度均勻、灰分和硫分低的優(yōu)質(zhì)冶金焦為目的。國家對冶金焦用煤有專門的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),見表2.2.2。
表 2.2.2冶金焦用煤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) (GB397-65)見上圖
2氣化用煤
煤的氣化是以氧、水、二氧化碳、氫等為氣體介質(zhì),經(jīng)過熱化學(xué)處理過程,把煤轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N用途的煤氣。煤氣化所得的氣體產(chǎn)物可作工業(yè)和民用燃料以及化工合成原料。常用的制氣方法有兩種:①固定床氣化法。目前國內(nèi)主要用無煙煤和焦炭作氣化原料,制造合成氨原料氣。要求作為原料煤的固定碳>80%,灰分(Ag)<25%,硫分(SgQ)≤2%,要求粒度要均勻,25~75mm,或19~50mm,或13~25mm,機械強度>65%,熱穩(wěn)定性S+13>60%,灰熔點(T2)>1 250℃,揮發(fā)分不高于9%,化學(xué)反應(yīng)性愈強愈好。②沸騰層氣化法。對原料煤的質(zhì)量要求是:化學(xué)反應(yīng)性要大于60%,不粘結(jié)或弱粘結(jié),灰分(Ag)<25%,硫分(SgQ)<2%,水分(WQ)<10%,灰熔點(T2)>1 200℃,粒度<10mm,主要使用褐煤、長焰煤和弱粘煤等。
3.煉油用煤
一般以褐煤、長焰煤為主,弱粘煤和氣煤也可以使用,其要求取決于煉油方法。①低溫干餾法,是將煤置于550℃左右的溫度下進行干餾,以制取低溫焦油,同時還可以得到半焦和低溫焦?fàn)t煤氣。煤種為褐煤、長焰煤、不粘煤或弱粘煤、氣煤。對原料煤的質(zhì)量要求是:焦油產(chǎn)率(Tf)>7%,膠質(zhì)層厚度<9mm,熱穩(wěn)定性S+13>40%,粒度6~13mm,最好為20~80mm 。②加氫液化法,是將煤、催化劑和重油混合在一起,在高溫高壓下使煤中有機質(zhì)破壞,與氫作用轉(zhuǎn)化成低分子液態(tài)或氣態(tài)產(chǎn)物,進一步加工可得到汽油、柴油等燃料。原料煤主要為褐煤、長焰煤及氣煤。要求煤的碳?xì)浠?C/H)<16,揮發(fā)分>35%,灰分(Ag)<5%,煤巖的絲炭含量<2%。
4.燃料用煤
任何一種煤都可以作為工業(yè)和民用的燃料。不同工業(yè)部門對燃料用煤的質(zhì)量要求不一樣。蒸汽機車用煤要求較高,國家規(guī)定是:揮發(fā)分(Vr)≥20%,灰分(Ag)≤24%,灰熔點(T2)≥1 200℃,硫分(SgQ)長隧道及隧道群區(qū)段≤1%,低位發(fā)熱量2.09312×107~2.51174×107J/kg以上。發(fā)電廠一般應(yīng)盡量用灰分(Ag)>30%的劣質(zhì)煤,少數(shù)大型鍋爐可用灰分(Ag)20%左右的煤。為了將優(yōu)質(zhì)煤用于發(fā)展冶金和化學(xué)工業(yè),近年來,我國在開展低熱值煤的應(yīng)用方面取得了較快的進展,不少發(fā)熱量僅有8 372.5J/ kg左右的劣質(zhì)煤和煤矸石也能用于一般工廠,有的發(fā)電廠已摻燒煤矸石達30%。
煤的其他用途還很多。如,褐煤和氧化煤可以生產(chǎn)腐殖酸類肥料;從褐煤中可以提取褐煤蠟供電氣、印刷、精密鑄造、化工等部門使用;用優(yōu)質(zhì)無煙煤可以制造碳化硅、碳粒砂、人造剛玉、人造石墨、電極、電石和供高爐噴吹或作鑄造燃料;用煤瀝青制成的碳素纖維,其抗拉強度比鋼材大千倍,且重量輕、耐高溫,是發(fā)展太空技術(shù)的重要材料;用煤瀝青還可以制成針狀焦,生產(chǎn)新型的電爐電極,可提高電爐煉鋼的生產(chǎn)效率等等。總之,隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進步,煤炭的綜合利用技術(shù)也在迅速發(fā)展,煤炭的綜合利用領(lǐng)域必將繼續(xù)擴大。
三、礦業(yè)簡史
(一) 古代煤礦業(yè)簡史
我國是世界上發(fā)現(xiàn)、利用煤炭最早的國家。1973年,在遼寧省沈陽市北陵附近新石器時代的新樂遺址下層發(fā)現(xiàn)了為數(shù)不少的精煤制品。其中有:圓泡形飾25件,耳(王當(dāng))形飾6件,圓珠15件,和這些煤制品同時出土的還有碎煤精、精煤半成品和煤塊97塊。這些煤制品,經(jīng)過前遼寧省煤田地質(zhì)勘探公司科研所鑒定,“呈弱油脂光澤,均一狀結(jié)構(gòu),硬度、韌性均很大為其特點”,很容易用火柴點燃,燃燒時發(fā)出明亮而帶黑煙的火焰,并發(fā)出一種燒橡皮的氣味。經(jīng)過工業(yè)分析和元素分析證明,其原料就是燭煤。這是世界上用煤最早的確鑿證據(jù),也是說明我國早在六七千年前就已發(fā)現(xiàn)并開始利用煤炭的歷史見證。
50年代中期和70年代中期,考古工作者先后在陜西省4處西周墓中出土了煤雕制品,其中,寶雞市茹家莊一處就出土了200余枚之多。據(jù)此可以判斷,早在西周時期,作為當(dāng)時全國政治、經(jīng)濟中心的陜西地區(qū),煤炭已經(jīng)被開采利用。
戰(zhàn)國時期,除繼續(xù)利用煤炭雕刻生活用品外,還在當(dāng)時的著作中出現(xiàn)了關(guān)于煤的記載。先秦時期的地理著作《山海經(jīng)》就有3處有關(guān)石涅的記載:一處見于該書的《西山經(jīng)》,“女床之山,其陽多赤銅,其陰多石涅”;另二處見于《中山經(jīng)》,“岷山之首,曰女幾之山,其上多石涅”,“又東一百五十里,曰風(fēng)雨之山,其上多白金,其下多石涅”。據(jù)有關(guān)專家考證,女床之山,女幾之山,風(fēng)雨之山,分別位于今陜西鳳翔、四川雙流、什邡和通江、南江、巴中一帶。古今對照,以上各地均有煤炭產(chǎn)出,證明《山海經(jīng)》的記載基本是對的,同時,說明當(dāng)時這些地方的煤炭已被發(fā)現(xiàn),而且已積累了一些找煤的初步地質(zhì)知識。
西漢至魏晉南北朝,出現(xiàn)了一定規(guī)模的煤井和相應(yīng)的采煤技術(shù),煤的用途,不僅用作生產(chǎn)燃料,而且還用于冶鐵;不僅能夠利用原煤,而且還把粉煤進行成型加工成煤餅,從而提高了煤炭的使用價值。煤的產(chǎn)地不僅在北方,而且在南方,甚至新疆也都有了產(chǎn)煤的記載。同時,煤雕工藝在這時已初步普及。
隋、唐至元代,煤炭開發(fā)更為普遍,用途更加廣泛,冶金、陶瓷等行業(yè)均以煤作燃料,煤炭成了市場上的主要商品,地位日益重要,人們對煤的認(rèn)識更加深化。特別應(yīng)該指出的是,唐代用煤煉焦開始萌芽,到宋代,煉焦技術(shù)已臻成熟。1978年秋和1979年冬,山西考古研究所曾在山西省稷山縣馬村金代磚墓中發(fā)掘出大量焦炭。1957年冬至 1958年4月,河北省文化局文物工作隊在河北峰峰礦區(qū)的硯臺鎮(zhèn)發(fā)掘出3座宋、元時期的煉焦?fàn)t遺址。焦炭的出現(xiàn)和煉焦技術(shù)的發(fā)明,標(biāo)志著煤炭的加工利用已進入了一個嶄新的階段。
從明朝到清道光20年(1840年)的時間里,當(dāng)時的封建統(tǒng)治者比較重視煤炭的開發(fā),對發(fā)展煤炭生產(chǎn)采取了一些措施,礦業(yè)管理政策也發(fā)生了某些利于煤業(yè)的變化,煤炭行業(yè)的各個環(huán)節(jié),比以前都有較大的進步。煤炭開發(fā)技術(shù)得到了發(fā)展,形成了豐富多彩的中國古代煤炭科學(xué)技術(shù)。盡管當(dāng)時都是手工作業(yè)煤窯,但因其開采利用早于其他國家,因此,17世紀(jì)以前,中國煤炭技術(shù)和管理許多方面都處于世界領(lǐng)先地位,這是值得我們自豪的。但是,日益衰敗腐朽的封建制度終于阻礙了古代煤業(yè)的繼續(xù)前進,這就導(dǎo)致了中國近代煤礦的誕生。
(二) 近代煤礦業(yè)簡史
1840年鴉片戰(zhàn)爭以后,中國的門戶被迫開放,進入了半封建半殖民地社會,開始出現(xiàn)近代航運業(yè)和機器工業(yè),需要大量煤炭,而舊式手工煤窯生產(chǎn)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)需要,因此,清廷洋務(wù)派積極醞釀引進西方先進的采煤技術(shù)和設(shè)備,于是近代煤礦開始出現(xiàn)。近代煤礦的主要標(biāo)志,一是資本主義經(jīng)營方式;二是在提升、通風(fēng)、排水三個生產(chǎn)環(huán)節(jié)上使用以蒸汽為動力的提升機、通風(fēng)機和排水機,其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)仍然靠人力和畜力。這種技術(shù)狀況差不多一直延續(xù)到1949年,其中即或有所變化,也只是局部的、微小的。這是近代煤礦區(qū)別于古代手工煤窯和現(xiàn)代機械化礦井的主要技術(shù)特征。
我國最早的近代煤礦是臺灣的基隆煤礦和河北的開平煤礦?;∶旱V是清政府兩江總督沈葆禎雇用英國煤師開辦的,1876年興建,1878年出煤,年產(chǎn)量約3~5萬t,因經(jīng)營管理不善,投產(chǎn)不久產(chǎn)量就日漸下降,1884年中法戰(zhàn)爭時,礦井被炸,停止生產(chǎn)。開平煤礦是直隸總督李鴻章1876年命唐廷樞等籌建的,1877年籌辦,1881年建成唐山礦,以后又建成林西、西山等礦,到1894年,平均日產(chǎn)達到1 500t,最高日產(chǎn)達2 000t。這期間還先后開辦了規(guī)模大小不同、壽命長短不一的近代煤礦14個,或官辦,或官商合辦,或官督商辦,都有官僚資本主義性質(zhì)。因管理不善、資金不足、規(guī)模很小,大多數(shù)都?xì)w于失敗。
1894年中日甲午戰(zhàn)爭之后,中國國勢益衰,列強乘勢接踵而來,外國資本大量侵入中國煤礦。1898年4月,中德簽訂的《膠澳租借條約》規(guī)定:“德國在山東境內(nèi)自膠州灣修筑南北兩條鐵路,鐵路沿線兩旁各三十華里(15km)以內(nèi)的礦產(chǎn),德商有開采權(quán)?!贝撕?,英、俄、法、日相繼攫得了類似的權(quán)利。據(jù)不完全統(tǒng)計,從1895~1912年間,帝國主義攫取中國煤礦權(quán)的條約、協(xié)定和合同共42項(包括其他礦藏),涉及遼、吉、黑、滇、桂、川、皖、閩、黔、魯、浙、晉、冀、熱、豫、鄂、藏、新等19省。開辦了開平、灤州、焦作、孟縣、平定州(現(xiàn)平定縣)、潞安、澤州、平陽府屬煤礦、本溪湖、臨城等規(guī)模較大的煤礦。外資煤礦的產(chǎn)量占中國當(dāng)時近代煤礦總產(chǎn)量的83.2%,基本上控制了中國的煤炭工業(yè)。帝國主義的侵略激起了中國人民的反抗,從1903年起,掀起了收回礦權(quán)運動,1911年達到高潮。中國的愛國紳商,不滿利源外流,在人民開展收回礦權(quán)的斗爭的運動中,集資開辦了一批煤礦。官僚買辦見開煤礦有利可圖,不愿坐失良機,亦想方設(shè)法開辦煤礦。于是,從1895~1936年中國近代煤礦呈現(xiàn)出發(fā)展的趨勢。
1937年“七·七”事變后,日本帝國主義侵占了我國的絕大多數(shù)煤礦,包括外資經(jīng)營的,都陸續(xù)被其霸占,開采方式完全是掠奪性的。從1931~1945年,日本共霸占我國大小煤礦200多處,掠奪煤炭4.2億t,被其破壞的煤炭資源不計其數(shù)。
抗日戰(zhàn)爭時期,國民政府資源委員會直轄煤礦29處,還采取資助經(jīng)費等辦法,鼓勵私人開辦煤礦,共59處,年總產(chǎn)量約為600多萬t。在解放區(qū),也辦了一些小煤窯,供當(dāng)?shù)剀娒褡魅剂稀?jù)戰(zhàn)后統(tǒng)計,晉、察、冀邊區(qū)共有小煤窯473個,日產(chǎn)煤炭共計2 739t。
1945年抗日戰(zhàn)爭勝利后,日本霸占的煤礦小部分由解放區(qū)人民政府接管,大部分被國民黨政權(quán)接管。解放戰(zhàn)爭初期,受政治、軍事形勢多變的影響,有些煤礦幾經(jīng)易手,處于停產(chǎn)或半停產(chǎn)狀態(tài)。1947年以后,國民政府逐步崩潰,直到1949年新中國誕生,這些煤礦才陸續(xù)回到人民政府手中,但已遭到嚴(yán)重的破壞。
(三) 現(xiàn)代煤礦業(yè)簡史
據(jù)不完全統(tǒng)計,新中國建國時,各地人民政府從舊中國共接收了約40個煤礦企業(yè),200處礦井和少數(shù)幾個露天礦。它們主要分布在東北、華北和華東的山東、安徽兩省,除少數(shù)幾處外,規(guī)模都很小,設(shè)備簡陋,技術(shù)落后,加上長期戰(zhàn)爭的破壞,已是千瘡百孔,一片衰微破敗的景象。例如,山西大同煤礦9對礦井全部被水淹沒,機器設(shè)備破壞無遺,井下沒有一個完好的工作面,地面沒有一間完整的廠房,沒有一部機器可以正常運轉(zhuǎn),沒有一條巷道可以正常通車,生產(chǎn)完全停頓;遼寧撫順煤礦的西露天礦和龍鳳礦井已被水淹,基本停產(chǎn);河南焦作煤礦18個坑口中11個完全破壞,7個僅剩井架,已完全停產(chǎn);山東淄博、棗莊,山西陽泉等較大的煤礦也是一片廢墟。新中國的煤礦業(yè)就是在這樣一個爛攤子上起步的。