3.8　排水

几乎所有的矿井，特别是含金属的矿井，都存在排水的问题，而且在许多情况下这是运行成本的一个主要项目。

在高效的蒸汽动力发展之前，许多矿井都因无法从根本上解决这个问题而不得不关闭。特别是——但不仅仅是——对中美洲和南美洲的一些矿山来说尤为如此，这些矿山在中美洲和南美洲被西班牙征服前后被广泛开采过，对康沃尔的一些铜矿来说也不例外。直到博尔顿（Boulton）和瓦特（Watt）研制出蒸汽动力泵和蒸汽机之后，许多矿山仍然无法开发。

构筑一条水平坑道是最老的将水从矿山里排掉的方法，如果可行的话它仍然是最好的办法。这是一种以略上倾的坡度，比如说1∶300，从山谷中可能的最低点掘进到山腰，贯穿整个矿区的隧道。康沃尔、哈茨山和其他许多地方均有水平坑道，每条坑道包括连接支坑在内总计延伸40—50英里。有些水平坑道已有200年历史，而且仍在延伸。不用说，水平坑道只能排出在它们上面开挖的矿内巷道中的积水，但即使在较深的矿井中其价值也是无法估量的，因为它们降低了用泵抽水的水位落差。

1778年，普赖斯（W.Pryce）在《矿物学》（Mineralogia Cornubiensis）一书中写道，“就矿工的一切技能和熟练程度来说，在必须依靠某种创造性来把水从他们的工作面排掉之前，在水平坑道以下他们无法有较大的推进距离”。在这一时期，棘链泵虽然由于需要高昂的费用和繁重的劳动力而不受欢迎，但也没有被完全废弃。按照普赖斯的说法，棘链泵“是由一根上面连有用铁防护的布节的铁链构成的，拉开后长度很少大于9英尺。该铁链由一只直径为2—3英尺而且装有铁钉将铁链围起以保持其稳定的轮子来转动，这样它可以通过一只3—5英寸口径和12—22英尺长的木泵，借助旋钮来抽水”。这些安装在横跨竖井设置的木架上的泵，沿着竖井逐级串联，每只泵从同样安装于竖井一侧的木箱或储水槽提水，并把水提到木箱或储水槽里。这些泵是由手工操作的，而这种工作是如此艰辛，以至于许多矿工的死亡都与此有关（参看第Ⅱ卷，图21）。

当有水能可以利用时，就能用水力驱动的绞盘把水装在桶里提到地面。在条件允许的场合，也可以使用水轮。这些水轮上均装有曲柄，并通过一根直木梁与支点位于中心的重“悬锤”连在一起。当曲柄转动时，悬锤端即上升或下降。悬锤的一端是在竖井的上面，且装有一根绕过一个弧形物能使它作垂直运动的重型铁链。该铁链安装在悬于竖井内的一根垂直的木架上，在其下端则是一只装配到竖井上一个泵体内的活塞。例如，安装在康沃尔库克的基钦矿井内的水轮直径为48英尺，且使用好几排9英寸口径的泵。那里有4部能把水从480英尺深处提升并送入一条水平坑道的提升装置（参看第Ⅱ卷，图20）。

如果没有可利用的水能，则要广泛使用蒸汽机（图版7A）。在1778年，有70台以上的纽可门蒸汽机在康沃尔运转，但到1790年，除了其中的一台之外，其他都已全部消失，被更经济的博尔顿和瓦特蒸汽机所取代。作为一个对经济产生影响的例子，人们可以说，当1781年康沃尔的矿井联合体的7台纽可门蒸汽机由5台博尔顿和瓦特蒸汽机取代时，煤的消耗量从每年1.9万吨减少到6100吨。这意味着按当时的价格计，一年节约1.083万英镑。到1798年，仅仅在康沃尔就有45台博尔顿和瓦特蒸汽机在使用。这种蒸汽机在采矿领域通称为康沃尔蒸汽机，当电力在矿山中普遍得到应用之后，它仍继续得到很好的使用。那时的普及程度，在本书写作时仍可以很容易地从大量容纳这些机器、至今仍点缀着所有老的金属矿区风景的高大而破败的建筑上加以识别。(https://www.daowen.com)

但是，这些机器的体积、竖井中泵杆占用的空间、硕大的机器间以及新零部件的费用，导致了自己末日的来临，逐渐被电力驱动的较小的往复泵或离心泵所取代。

采煤

到1750年，采煤业在英国和西欧已成为一种发展状况良好的产业，而且在英格兰东北部海岸的发展水平已达到顶点。在这一时期，英国的煤产量从每年700万吨上升到1.5亿吨。这是在普遍使用蒸汽动力之前的时代，也是手工劳动的阶段行将结束的时代，更是机械作业即将到来的时代。在这一时代的初期，除了水力、畜力和人力以外，几乎没有什么动力用于煤矿开采，但在1750—1850年的一个世纪内，手工劳动已让位给蒸汽动力，而机械化也已经初露端倪。浅层煤矿正变得枯竭，但可以利用的动力使更大更深的煤矿得以开发，以满足随着工业革命发展而增长的对煤炭的需求（图41）。

在18世纪的最初几年，人们已看到萨弗里（Savery）的“火力”蒸汽机和纽科门（Newcomen）的常压蒸汽机被推广到了矿山。纽科门的发明不仅解决了许多煤矿和金属矿的积水问题，而且标志着对煤作为动力来源的一个新的和更大的需求的出现。这种机器在北方的应用，使得以前由于无法解决水的问题而被认为无法开采的广大地区的煤矿投入了生产。1769年，共有120台纽可门蒸汽机被用于煤矿开采。地面轨道（最初是在木轨道上用马拉）以及地下矿车道的推广应用，给采煤业的发展提供了进一步的动力。在切实可行的场合，可以将轨道铺设得使满载的矿车在重力作用下自行来到河边的煤炭装卸转运码头，而空车则从那里由马匹拉回。瓦特的往复式蒸汽机开始取代驱动升降机的水车，矿车则取代滑橇在地下投入使用。

图41　英国和西欧的煤田，1851年。