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中国古代的矿物学和采矿技术

[作者:杨文衡]  [2007/8/3]
像这样采矿的规模和技术,在历史书中很少记载,只有宋代孔平仲在《谈苑》中讲到铜矿的开采情况。书中记载:“韶州岑水场,往岁铜发,掘地二十余丈即见铜。今铜益少,掘地益深,至七八十丈。役夫云:地中变怪至多,有冷烟气中人即死。役夫掘地而入,必以长竹筒端置火先试之,如火焰青,即是冷烟气也,急避之,勿前,乃免。”韶州是今广东韶关一带,说那里往年铜矿发达,现在铜已经少了。所说冷烟气可能是含一氧化碳比较多的天然气。这里讲到了矿井深度和防止冷烟气的办法,但是对整个矿井的结构没有记载。明代宋应星的《天工开物》提到:“湖广武昌、江西广信皆饶铜穴,”“凡出铜山,夹土带石,穴凿数丈得之。”

到了清代,有了不少关于矿井的文献记载。比如张泓的《滇南新语》,王崧的《矿厂采炼篇》,倪慎枢的《采铜炼铜记》,吴其濬(1789—1847)的《滇南矿厂图略》,以及某些地方志等。其中以《滇南矿厂图略》讲得最详细,又附有矿井剖面图,是一部图文并茂的著作。书分上下两卷,上卷《云南矿厂工器图略》,下卷《滇南矿厂舆程图略》,采铜技术、铜矿井结构都在上卷叙述。上卷书的前面,绘有矿厂剖面图,把有关采矿技术作了形象的反映,文和图对照阅读,能使读者清楚地知道当时采铜技术的各个细节。图上有矿井内部结构,如平巷、斜巷、另峒、钓井、掌子面、陡腿、平推、钻篷、象腿、倒回龙、马鞭桥、顶子、◆门等;有矿井中的设备,如油灯、摆夷楼梯、风箱、风柜、拉龙等。此外,通风、排水、照明、挖矿石、背矿石等等劳动场面,图上也有表现。还有专门的工具器物图。所以,图在这本书中和文字一样重要,甚至更胜过文字。比如图上画的象腿,就是石柱或矿柱,它代替坑木支护矿井,是自春秋时期以来就有的一种开采方法,文字说明中没有。文字部分写得层次分明,共分十六个部分:第一“引”,讲矿苗;第二“硐”,讲矿井内部结构和具体技术操作;第三“硐之器”,讲矿井中使用的工、器具;第四“矿”,讲矿石品位高低;第五“炉”,讲冶炼;第六到第八,讲冶炼和用品;第九“丁”,讲矿山人员组成;第十“役”,讲分工;第十一、十二讲矿山制度和禁忌;第十三“患”,讲矿灾、矿害;第十四到第十六讲迷信活动。所以整本书讲的是铜矿的开发、管理、经营,开采技术只是其中几个小部分。整本书为我们展现了当时矿业上各方面的活动场面,使我们能够比较清楚地了解当时铜矿开采的水平。

盐卤、天然气、石油的开采

四川盐井的掘凿是战国时期李冰首创的。他成功地组织人民“穿广都盐井”、“盐溉”。这些盐井、盐溉属于大口浅井的雏形。东汉是中国大口浅井型盐井蓬勃发展的时期,不但能开采自然盐泉、盐岩所标示的地下盐卤,而且能开采没有自然盐泉标示的地下盐卤。东汉以后盐井逐渐向深度发展,晋永康元年(公元300年)已经凿到三十丈深,唐时陵井深八十丈。汉代四川井盐生产劳动画像砖,为我们展现了距今两千多年前盐井工人劳动的情景。

汉代不仅有盐井,而且有火井(就是天然气井),井深达六十多丈,用火井煮盐。这比英国1668年使用天然气大约早十三个世纪以上。
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小口深井的盐井又叫“卓筒井”,北宋仁宗庆历、皇祐年间(公元1041年到1054年)已经开凿,凿井的工具是“圜刃”,凿出的井口只有小碗那么大,深却有几十丈。用粗大的竹子做井套,隔断淡水。用比较小的竹子做桶,出入井中,一筒装水几斗,用机械提升。这种“圜刃”是近代钻井用的各种各样凿刀的先驱,在深井钻凿中是必不可少的工具。凿井的工作过程,在宋代苏轼的《东坡志林》中叙述得很详细。主要工作环节是四个:

第一,筒井用圜刃锉钻凿。这是一种新发明的冲击式环形锉,顿击井底而把岩石捣碎。每锉一次,重新提起,再作第二次顿击。这样循环往复,打成深井。

第二,井内下隔淡水用的井套,井套用巨竹去节,牝牡相衔构成。

第三,提卤用竹桶,竹桶用比井套略小的竹子做成,桶的底端开一二个小孔,把几寸熟皮绑在桶底,做成活门。

第四,用机械提卤。

在当时世界上,这是最先进的凿井技术,是中国人的一项伟大发明,可以列为中国的第五大发明。

明朝万历年间(公元1573年到1620年),四川射洪人马骥写了一篇《盐井图说》,原著已佚,只在明代曹学佺(1574—1647)撰《蜀中广记》和清代顾炎武(1613—1682)著《天下郡国利病书》中有部分引文。《盐井图说》详细记载了盐井开凿工艺,内容包括井位勘察、开井口、钻凿工具、竖井架、凿大窍、清孔、竹桶的用法、下套管、凿小窍、树立提卤井架、吸卤和它的机械装置、事故的处理等,比《东坡志林》的内容丰富得多。井深也由宋代的几十丈发展到一百多丈甚至二百多丈。

明代末年,宋应星在《天工开物》中也详细记载了盐井开凿技术,并附了一幅插图,这是盐井工艺最早的图画。
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清代记载盐井工艺的著作,有段玉裁(1735—1815)的《富顺县志》,严如熤的《三省边防备览》,吴鼎立的《自流井说》,李榕的《自流井记》,丁宝桢(1820—1886)的《四川盐法志》等。

《自流井说》是我国古代第一部系统论述石油生产的专著,内容有六项:第一,介绍自流井的性质和位置。第二,介绍盐井的经营机构、人员分工和各个部门的名称。第三,介绍盐井开凿工艺。第四,介绍井病整治办法。第五,介绍井台危险。第六,介绍四个石油品种和生产方法。这部书真实地反映了清代同治年间四川自流井的生产水平和面貌。

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第 1 楼 幻想
感谢艺术中国,都是好东西啊,深深感谢精神支持中国。
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