3.9　采煤：工具和机器

3.9　采煤：工具和机器

在18世纪，采煤的通常方法是用镐（图42）、撬杆以及炸药爆破。矿工在靠近地面的煤层下凿一个2—4英尺深的凹槽，并用镐、撬杆或铁楔将煤打碎。对于较硬的煤，则用一把手工操作的旋转式钻机来钻出一个直径为1—1.5英寸的孔，往里面填入一定量松散的黑色炸药。给炸药点火的方法，已经结合金属采矿（边码71）作过叙述。

在18世纪接近结束时，康沃尔郡塔金米尔的比克福德（William Bickford）发明了一种使爆破操作的危险大大降低的安全导火线，但仍然使用黑色炸药。人工挖煤是一项极其艰辛缓慢的工作，人们早就进行过使这种操作机械化的尝试。但是，即使到今天，也没有一座煤矿是完全机械化的。煤可以采用机器挖掘、炸药爆破或其他方法予以粉碎，并在采煤工作面上将其装载到各种运煤机上，以便送入搬运巷道或矿井内的矿车中，但粉碎后的煤块实际上仍是用手工铲煤的方式装载到运煤机上的。

为制造一种既经济又机械化程度高的联合采煤机，人们曾进行过许多尝试，但在本文写作时仍未获得完全成功。直至1850年前后，所有的煤都是手工开掘并用铲或耙（去掉小煤块）装载到可直接推至采煤工作面的小矿车上。在薄而硬的煤层中，这是十分艰苦的工作。在19世纪早期，一台模仿人挥动镐的动作、本身能作弧形运动的机器被制造出来。这种“铁人”采掘出的煤和一名效率很高的矿工一样多，但因需要几个人来操作，所以这一发明未被采用。

后来出现的一类装置是盘式机，它以一只圆锯为基础，但一直未能体现任何价值，直到改进的冶金学提供了一种工作几小时后不会磨损的钢镐。同样重要的是，直到有一种或几种能在地下既安全又经济地使用的动力被开发出来为止，煤矿中机械装置以后的发展就与压缩空气和电力——尤其是作为动力源的后者——的发展并行前进。

为其他工业部门的机械化作出过很多贡献的蒸汽机的发明，除了被迅速熟练地应用于地面机械，特别是用于泵水、运煤出矿和提升（图43）之外，对于采煤几乎没有什么影响。除了靠近竖井底部的区域之外，在地下使用蒸汽动力的许多尝试都没有成功。如果要在矿井巷道内使用动力，那么只能通过在沿着水平巷道设置的小滚轮上运动的坚固铁连杆为媒介，或者通过循环的绳索、链条或带子来实施。这些方法没有一种经证明是令人满意的。

哈里森（Thomas Harrison）于1863年制造了第一台实用的截煤机它由一只安装于压缩空气涡轮主轴上的齿轮，通过齿轮传动装置来驱动“一个圆形旋转切割或具有圆锯那样的锯齿状刀口但更为坚固的圆盘，或者是另外一种中空的圆形箱体或框架”，里面可以装入任何所需数量的切割工具。这种机器例证了从往复运动到旋转运动的转变，代表了所有后来截煤机的发展方向。

旋转或连续运动截煤机原理的采用，打开了大大增加挖煤生产能力的道路，而且挖煤镐数量的倍增也使得用一台机器来把大量增加的动力用于作业成为可能。虽然进展比较缓慢，但是却出现了3种形式明确的机型（图44）：(https://www.daowen.com)

（A）圆盘式，其切削构件包括一只在其四周装有切削工具的圆盘或飞轮。

（B）截链式，其切削构件包括一只带有循环链条而其链节上装有切削工具的伸出臂或悬臂。

（C）（D）截杆式，其切削构件包括一只在其整个机身上装有切削工具的伸出的旋转杆。

这些机器最初均由往复式压缩空气涡轮机驱动，后来改为由压缩空气涡轮驱动。遗憾的是，尽管压缩空气是一种在必须采取预防煤气或煤粉爆炸危险的地下使用的十分安全的动力形式，但它不太经济，主要是因为从压缩机到机器的传输损失。随着电力逐渐得到普遍使用——最初是直流电，后来是交流电——更小、更大功率而且更经济的机器被制造出来。除了增加更多的安全装置之外，电力截煤机在本书写作的最近50年间在设计方面并无实质性改变。