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煤炭之用：冶铁、熔铜、化石、升朱

时间：2023-07-28 来源：煤视界 分享：

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宋应星《天工开物》中附的“南方挖煤图”。画面上在井口有一辘轳，一人在旁摇拽，用绳子将煤筐直接吊入井下。中图：李时珍《本草纲目》金石部中附的采煤图。画中人一手握钎，一手抡锤，凿打煤层。

 

明末科学家宋应星在《天工开物》中对煤的种类、采煤技术等做了详细的记载。大致在同一时期，李时珍的《本草纲目》、孙廷铨[quán]的《颜山杂记》、方以智的《物理小识》等，都记载了煤炭的勘察程序与开采方法。
其中，尤以孙廷铨的记述最为详细。比如，关于辨别岩层中是否有煤，孙廷铨说：“凡脉炭者，视其山石，数石则行，青石、砂石则否。”在凿井方面，孙廷铨讲到：“凡攻煤，必有井干，虽深百丈而不挠”，“视其井之干，欲其确尔而坚也，否则削。”此处的“井干”即主井井筒，按照他的说法，凿井要想做到准确无误（“确”）、坚固牢靠（“坚”），一方面要“避其沁水之潦[lào]”，不可在含水大、有井病的地方开井，又要注意“测石之层数”。
井筒打至煤层后，要布置巷边和工作面，这项工作叫“旁行其隧”。这里的“隧”指的就是巷道。布置巷道要看煤层的地质条件，“旁引其隧，视其炭之行”，即要看煤层的走向、倾向及厚度。巷道要干燥平整（“燥以平”），才能便于人行和运输。为达到工作面，还要布置上下山，即“其行隧也如上山，左者登，右必降，左者降，右必登。降者下，登者上，循山旁行而不得平，谓之反。”这里是说，要想采出不同的煤层或倾斜煤层就得布置上山和下山，有高必有下，有登必有降，这也说明与主巷道相连的工作面应有两个出口，这样既安全又便于通风，是非常可贵的经验。当巷道遇到“脉正行而忽结”的断层或“窠[kē]窠螺螺”的鸡窝现象时，“曲凿旁达”，绕过去就是了。
为解决井巷和工作面的塌落冒顶问题，支护必不可少。《颜山杂记》说“掘山炭者多压溺”，从反面说明了支护的重要性。
关于煤井下的通风问题，孙廷铨说得也很清楚，即“是故凿井必两，行隧必双，令气交通，以达其阳，攻坚致远，功不可量，是为气井之谓也”。这里的“气井”，即风井；两条主巷（隧）中的一条是通风巷。井下通风不好，出现煤毒气，矿工称之为憋气、煞气、闷亮。如何识别呢？《颜山杂记》载：“凡行隧者，前其手必灯，而后入”。意思是说一手在前举灯，看看灯的变化，而后再进入。从井下灯的亮度，还可以进一步认识到井下风量与季节的关系（“冬气既藏，灯则炎长；夏气强阳，灯则闭光”）。对于煤炭勘探和开采经验如此详尽的记录，足见在明代末年，中国已经有一套完整而成熟的采煤技术了。
开采煤炭的目的是使用煤炭。煤炭在中国古代的主要用途是用作燃料，其根据是煤不仅可燃，火力大，而且耐燃。西周时期，人们已认识到煤是“可燃”的。《墨子》中有关于煤的记载，通过燃煤生烟，用以克敌制胜。《后汉书》中明确讲：“县有葛乡，有石炭二顷，可燃以爨[cuàn]。”这里说的都是煤的“可燃性”。
北魏晚期郦道元在《水经注》中说：“石墨可书，又燃之难尽，亦谓之石炭。”此处的“燃之难尽”，说的就是煤的“耐燃性”。
意大利旅行家马可·波罗在《游记》中写道：中国“有一种黑石，采自山中，如同脉络，燃烧与薪无异，其火候且较薪优。盖若夜燃火，次晨不熄”；顾炎武也说：“石炭，即煤也。[……]平定所产尤胜，坚黑而光，极有火力。”马可·波罗、顾炎武等所说的“火候且较薪优”“极有火力”等，是对煤之“火力大”特性的认识。
正是由于煤可燃、耐燃且火力大的优点，人们很早就将其作为燃料，用于家用和工业生产。早在北宋时期，煤炭就已成为当时首都汴梁的主要家用燃料。在古代中国，煤不仅被用于普通老百姓日常居家的取暖、做饭，其他所有需要燃料的地方和行业几乎都用上了煤炭。按照宋应星的说法，人们将煤作为燃料，用作“冶铁、熔铜、化石、升朱”，“燔石为灰与矾、硫”“烧砖”等之用。比如，在冶铁领域，汉代就已经开始用煤冶铁；魏晋已有用煤冶铁的明确记载；唐代用煤冶铁者已很多；宋代用煤冶铁已不是什么稀罕事了；明代的冶铁燃料中，煤炭使用已占到七成。在陶瓷烧制方面，唐宋时期已是柴煤并重；宋元以后，煤与瓷器的关系更加紧密，许多煤矿区附近出现了瓷厂，一些瓷窑自己也开办煤窑。
直到今天，我国北方城市地区的冬季集中取暖，依然是以燃煤为主，燃煤取暖面积大约占总取暖面积的80%以上。北方农村尚未集中供暖的地区，则以燃烧型煤为主。
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