明代采煤技术

中国古代煤炭开采与加工利用技术，经过长期的发展到明代已形成了自己的完整的技术体系，并见之文献记载，如：

找煤。这是在对煤的性质、埋藏规律有了一定的认识后才能进行的。明代，已能从煤岩学的角度对煤进行分类。明人崔铣在《彰德府志》中讲： “炭有数品，其坚者为石，软者为烸。”即指按硬度分，煤可分为石炭与烸炭两种（烸——煤的古字）。宋应星在《天工开物》中，对煤按块度进行了分类，并对煤的分布作了描述：“煤有三种，有明煤、碎煤、末煤。明煤大块如斗许，燕齐秦晋生之。⋯⋯碎煤有两种，多生吴楚，⋯⋯末煤如面者，名曰自来风。”明末孙廷铨在《颜山杂记》中讲：浅部的煤“其色蒙”，深部的煤“其色晶”。明代在总结前人经验的基础上已能通过视石、查矿苗、观察地表植被的方法去找煤。

视石，即看土石是什么岩层，什么颜色，判断其有无煤。《颜山杂记》中讲：“凡脉炭者，视其山石，数石则行，青石、砂石则否。”意即有页岩

（数石）的地方，往往有煤脉存在，有石灰岩（青石）的地方则没有煤。这种判断，符合一般的煤层埋藏规律，但也有例外。找煤不仅要看石质，还要看土色。《天工开物》讲：“凡取煤经历久者，从土面能辨有无之色。”经验表明，煤层距地表较近时，可使表土变黑，所以黑土成为找煤的标志。

查矿苗。不少地方的煤层直接出露于地表，这种现象古人称之为煤苗，今人称之为露头。从煤苗（露头）开始，查找煤脉是最简便而有效的找煤方法。《颜山杂记》讲：“查其土有黑苗”，就可找到煤。方以智（1611—1671）在其《物理小识》中也记有“外记孛露，有土能燃”的找煤常识。

观察地表植被找煤，是根据一些地区煤层与植物生长的关系而总结出的找煤方法。有些地区，含煤地层不生草木，故有无草木或草木是否茂盛，可作为判断该地区是否有煤的一个标志。宋应星在《天工开物》中讲：“凡煤炭不生茂草盛木之乡”，“南方秃山无草木者，下即煤”，这是符合他家乡江西一带情况的。有些地区则在含煤地层上面多见某种植物，故可把这种植物作为找煤的指示植物。

明代不仅有在地面找煤的丰富经验，而且有了在地层深处找煤的知识，已懂得煤系地层的断层和煤尖灭现象，孙廷铨在《颜山杂记》中说：“脉正行而忽结，磻石阻其前，非曲凿旁达不可以通，谓之盘锢；脉乍大乍细，窠窠螺螺，若或得而骤竭，谓之鸡窝，二者皆井病也。”

井筒开凿。有三种方式：一是浅部直接挖坑，露天采取，古称炭穴；

二是沿煤层露头向深处打平峒或挖斜井；三是开凿竖井。开凿井筒，讲究位置准确，偏斜度小，坚固牢靠。这在明代《颜山杂记》中都有记述：“凡攻炭，必有井干，虽深百尺而不挠。”“视其井之干，欲其确而坚也。否，则削。”为了保证井筒坚固牢靠，《颜山杂记》又说：凿井必须“避其沁水之潦”，注意“井病”（指断层和鸡窝煤），注意“测石之层数”。意即说，开凿井筒要重视地质条件，不可在含水大、有断层的地方开井，凿井时还要准确测定岩石和煤层的层数。

巷道部署。井筒开凿至煤层后，就要布置和挖掘巷道，准备采煤工作面。明代已经懂得根据煤层的走向、倾角和厚度布置上山、下山和运输、通风巷道。这在孙廷铨《颜山杂记》中有明确记载：“已得炭然后旁行其隧”， “井得炭而支行”（“隧”指主要巷道，“支行”指由主巷到工作面的小巷道）。“其行隧也如上山，左者登，右必降，左者降，右必登，降者下墄，登者上墄，循山旁行而不得平，谓之反墄（墄指阶齿）。”其意思是讲，要想采出不同位置的倾斜煤层，需要布置上山或下山，与采煤工作面连系。古代煤窑，通常采掘合一，掘进巷道也就是采煤。明代的巷道延深可达数十百丈①。掘进巷道（往往即是采煤）所用的工具主要有凿、锤、镐、钎。
井下支护。为了防止巷道和工作面塌落冒顶，支护是重要的。古代支护方法基本可分为人工支护和留煤柱支护。煤层及其围岩较软、较破碎时，用人字形木支架或二柱一梁木支架或方框支架支护。若煤及其围岩较坚硬时，一般不加支护或留煤柱支护。
井下运输。古代煤窑井下运输主要靠人背、肩挑，到明清时期，还用一种拖筐（或拖车）运煤。拖筐形似船形或长方形，用竹制或木制。有些木制拖筐下面还钉有铁条（拖条），使运输煤更为方便省力。
矿井通风。一般采用自然通风或人工通风。自然通风又分为单井筒通风和双井筒通风。双井筒通风较为普遍。明代《颜山杂记》对双井筒通风作了明确的记载：“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。以为气井之谓也。”专门用作通风的出风井，通常选择在较高处（进风井在低处），这有利于自然风流的流动。

单井筒通风，多采用表风法，即在井筒的一角，用片石砌成一个三角形的回风道，回风道高出井筒，形如烟囱，名曰“噘咀”。风从井口进入井下，到采煤工作面，再经过用表墙隔出的回风道，由噘咀流出。单井筒通风最简单的方法是将一竹筒（南方有一种径粗如碗的竹子，凿去中节）放入井中，竹筒高出井口，井下即可形成自然风流，由竹筒抽出瓦斯等废气。这在宋应星《天工开物》一书内的采煤图中，作了形象的说明。

人工通风的办法，主要是用风车、风柜、风扇、牛皮囊等往井内扇风。人工通风对浅部采煤有效。

① 崔铣：《彰德府志》卷八。

提升与排水。古代煤窑的提升工具主要是桔槔、辘轳、绞车。使用辘轳、绞车，既可用人力也可用畜力。明代《天工开物》已有关于牛拽辘轳的记载：“井上悬桔槔、辘轳诸具，制盘架牛，牛拽盘转，辘轳绞縆，汲水而上。”提升工具，可提煤也可提水。盛水器具，古代多用牛皮囊（牛皮包），因其坚韧耐磨，盛水较多。古代南方也用唧筒（有的地方称水龙）排水。《天工开物》讲：“井及泉后，择美竹长丈者，凿净其中节，留底不去，其喉下安消息，吸水入筒。”
矿井照明。古煤窑浅部挖煤多用明火油碗、油盘。但随采深增加，瓦斯增多，极易引起爆炸，遂给灯加罩。明代《本草纲目》的采煤图中，立柱上挂吊的矿灯已有灯罩。矿灯既是照明工具，又是检测通风情况的工具。《颜山杂记》讲：“凡行隧者，前其手必灯，而后之。”意即说，在矿井下走路必须一手在前拿灯，看情况有无变化，然后前进。因为通风良好，则风量足，灯火亮，反之则灯火变暗乃至熄灭，这是危险的信号。这种通风不良的现象，矿工叫做憋气、煞气、闷亮。