第二十五章 技术

（八）矿业和冶金一、矿业

十八世纪里，矿业方面最重要的事实是引入和逐步推广应用蒸汽动力， 尤其是瓦特的蒸汽机。这使得采矿能够愈趋深入和经济。除此之外，采矿方法基本上同十六世纪阿格里科拉的《论天然金属》（De Re Metallica）里所描述的相似。带来的这些变化只影响到采煤，而不影响采矿石。甚至就采煤上的变化而言，虽然它促使联合王国本身的煤产量从 1700 年的约 250 万吨增加到 1800 年的约 1，000 万吨，但还是根本比不上后来在十九世纪中叶发生的采煤技术巨大变化。深井作业的最大障碍，大概是排水困难。由于应用人力或畜力排水，从相当深地方泵抽大量水的昂贵代价从经济上限制了煤矿和金属矿的开采。纽可门蒸汽机虽然浪费燃料，但解决了煤井的排水问题，而这些矿井能轻而易举地提供的大量低品位燃料连抵付运费也不够。金属矿的情形不同，比如康沃尔那里的金属矿，它们远离煤田。它们的要求由瓦特的单独凝汽器蒸汽机予以满足。它大为经济。实际上，使用这种蒸汽机应付的专利权税按规定同采煤费用的节省成比例。约从 1740 年起，矿井泵抽工作中，铁管逐渐取代了木管。

在煤普遍用于工业之前，一般用木柴和炭来把金属矿石还原为金属。古代希腊、古罗马和古罗马的不列颠也已经有点知道煤。不过，只是从十三世纪以来，煤才逐渐成为工业尤其金属工业中的一个重要因素。起初，煤是从海岸露头采集的，那些露头是海水腐蚀煤矿区海滨部分造成的，例如，纽卡斯尔那里就是这样。当年用作燃料的煤所以称为“海煤”，可能就是这个原故。不过，更一般地说，这名字得之于煤一直自纽卡斯尔从海上运来这一事实。采煤到十三世纪末才开始，并且开始时十分原始。挖一口小矿井，挖掘矿井底部的煤，一直挖到有危险的时候。于是，这矿就被弃置，再在这煤区的另一处挖掘一个新矿井。十八世纪以前挖的最深矿井深 400 英尺。矿内工作区中的水，利用同矿井连通的一个水平巷道加以排除。直到十六世纪末， 才用泵来排水。

英国煤炭工业中心当时是纽卡斯尔，那里的自由民在 1234 年就已接受了亨利三世国王的特许状，蒙准从事采煤工作。煤炭贸易相当稳步地增长， 纽卡斯尔不仅送煤到伦敦，而且还送到法国。实际上，法国的金属工业在长时间里完全依赖从纽卡斯尔进口的“海煤”。伊丽莎白女王和斯图亚特王朝对纽卡斯尔出口煤炭也有兴趣，因为他们对出口的煤炭征收繁重赋税，这出口给他们带来可观的收入。而且，王国政府从煤炭得到的收入还因征国内税而增加，因为有一项税是对为了排放煤炉的烟而建立的烟囱征收的。

这些早期方法得到的煤质地差，因为主要是表面的煤。这种煤含有大量硫化铁形式的硫，在燃烧时产生极难闻的烟。十四世纪初（1306 年），伦敦市民抱怨这种烟雾污害，因此在 1307 年，伦敦及其紧邻便禁止使用煤。象爱德华一世国王一样，伊丽莎白女王也禁止在伦敦及其周围使用煤。但是， 无论哪一朝代，这种禁止使用煤的法律都没有真正生效。在巴黎，1714 年也用法律限制燃煤，尽管巴黎科学院的报告支持燃煤。

反对使用煤炉的禁令所以没有生效，主要因为缺少别的合适燃料，尤其是工业燃料。习惯上用木材熔化铁矿石，这造成大面积毁坏森林。并且，又没有为重新植林做点什么事。煤是木材最明显的代用品，而且在熔铁、制砖、酿造、染色和玻璃制造等工业中，甚至比木材更为合适。煤势在必然地成为主要的工业燃料，尤其在发现了把煤转变为焦炭的方法之后。西蒙·斯特蒂文特在 1612 年以及达德·达德利在 1619 年获得了用煤熔化铁矿石的方法的专利。亚伯拉罕·达比发现了更重要的熔化矿石工艺：把煤转变成焦炭之后， 再放进他的熔铁炉。

及至 1700 年，采矿在全英煤田全面铺开。但是，除了诺森伯兰、达勒姆和希罗普郡等地之外，矿工只是在一点一点地啃露头。个人的矿井大都由一、二个人开采，罕有超过十二个人的。挖掘浅井不比在长长地下轨道上拖运那样繁重。通风很差，工作区范围很少超过离开矿井 150 码以远。沿两个

垂直方向挖两条宽约 3 码的水平巷道即“横巷”，用截面约 4 码见方的柱子支持盖在上面的地层。十八世纪后期有时采用一个第二工作区来减少柱子， 偶而完全去除之。但在泰恩河和坎伯兰地区，那里顶板的故障导致严重水患，这种工作区制式就基本上没有变化。在其他地区，城镇下面的煤矿和无法容忍地面扰动的其他环境中的煤矿仍旧采取留一半以上煤不开采的做法。然而，在希罗普郡，从十八世纪初开始，“长城制”已经普及。按这种制式，整个采掘面即“城墙”同时挖掘，废物有时还有岩石则被送下去，以便填塞留下的“采空区”或大空穴，建成两道沿路的坚固墙壁。只是在矿井脚的周围，仍必需留下坚实的大块煤。这种方法虽要引起沉降，但在这个世纪还是逐渐推行到几乎全部煤矿地区。

火药炸煤方法最早在英国煤矿中应用，是在 1713 年，在德国煤矿中， 火药在十七世纪初就已应用于这目的。

小面积浅矿井需要通风，以去除不流通的空气和积聚的碳酸气即“窒息毒气”。一般认为，为此只要矿井设置一个简单的垂直部分就够了，让空气从一侧向下通到矿井底，再从另一侧上行。然而，随着工作区的深度和广度增加，就会遇到更大的从矿穴煤中释出“火毒气”（沼气也即甲烷）的危险。为了清除瓦斯，必需有连续不断的新鲜空气流。应当打消对表面微风和温差的依赖，因为那是偶然性的，而应采取一些新的比较积极的引入循环方法。起先，试用一种“上风”井，它独立于工作区或下风井。1732 年在法特菲尔德，在上风井中悬桂一个火篮，以帮助空气自然流通。为了确保采掘面的通

风，给除了两条从矿井到采掘面的通道之外的所有通道都配上门。但是，这导致其他地方积聚污浊空气、有时还有爆炸性空气。

詹姆斯·斯佩丁在 1760 年引入了空气走道——一个精巧的由紧密接合的门和风幛组成的系统，它们的配置使空气通过全部通道循环。在北比多克，1760 年时通过让空气从上风井流过一个装没有烟囱的火炉而形成气流。然而，事故仍不断发生，死亡人数越来越多，因为随着通风和抽水的改良， 开采的矿井越来越大，越来越深。在矿工们进入工作区之前，“瓦斯检验员” 按惯例常常穿潮湿服装，手上拿一根装育蜡烛的长杆，走在前面点燃瓦斯。有时，他隐蔽在采掘面附近矿井底上一个洞里或者墙上凹进处，把装在一块板上的蜡烛移近自身，如有瓦斯，爆炸便在他后上方靠近矿井口处突发。无罩的蜡烛仍然是大多数地方的唯一照明源。虽然怀特黑文的卡莱尔·斯佩丁发明了“燧石和打火镰”，但人们说它不易引爆。一种可靠的安全灯直到 1815 年才发明。

阿格里科拉在他的《论天然金属》（1556 年）中描述的那种提升设备和水轮，十八世纪初还在应用。据说，哈特利煤矿在 1763 年已用一种“火力引擎”来提升煤。从那时到十八世纪末的通常做法是，让用蒸汽机驱动的泵从矿井提起的水流通过一台水轮，后者安装在和绞盘头共同的一根轴上。1784 年，在沃克（纽卡斯尔）用一台瓦特旋转式蒸汽机提升煤。

机器采矿的初次尝试是在十七世纪六十年代。可是，尽管可以获得较大作用，手动机械却从未获得成功。直到 1850 年前后，动力传动机械才开始同人和镐相匹敌。

铸铁矿车最初在 1753 年使用。纽卡斯尔在 1763 年开始在地下使用马。

雷诺兹铸铁板 1767 年开始铺设在当时的木轨道上。

1800 年汤利煤矿（纽卡斯尔）装设了第一个自动斜面，从采掘面下降到矿井的加载矿车沿着它把空车拖上来。

从纽卡斯尔的海滨露头获得的“海煤”日益不敷应用，并且效率也相当低。这最终导致发现和日益增多地应用从无烟煤矿床得到的所谓“白煤”。“白煤”渐渐赢得支持，尤其因为它产生的烟远比“海煤”少，因此，远为不仅适合于家庭应用，而且也适合于某些工业应用。随着蒸汽机在十八世纪后期的发展，煤作为一种动力源兴盛了起来，不仅成为一种热源，而且在很大程度上还促成了所谓工业革命，这场革命使英国从一个农业国转变为一个生产国。

（参见 Historical Review of Coal Minning by the Mining Associationof Great Britain，1924；T.s.Ashton 和 J.Sykes：The Coal Industryin the Eighteenth Century，Manchester，1929；T.A.Rickard： Man and Metals， 1932， Vol.Ⅱ，Ch.ⅪⅤ。）