中國(guó)古代采礦,選礦技術(shù)

古代的采礦可以上溯到石器時(shí)代對(duì)石器材料的選取。后來(lái)，隨著冶金業(yè)的興起，采礦、選礦技術(shù)也逐漸發(fā)展起來(lái)。茲分別介紹中國(guó)古代的露天開采、地下開采、井巷支護(hù)、巖石破碎、井巷通風(fēng)、照明、排水、提運(yùn)、選礦等方面。

露天開采 各種金屬礦脈或礦體的地表露頭、坡積或殘積礦床很多，因此，露天開采成為古代一種重要的采礦方法。露天開采又可分成掘取法和墾土法。

掘取法 用于采取地表淺部的銅、錫等礦石。清代在云南東川開采銅礦,把埋藏很淺的礦體叫做“草皮礦”或“雞窩礦”，只要把表土或薄層巖層剝除，掘下數(shù)尺，即可得礦。開采坡積錫礦，也只須剝除礦體上部的表土。明宋應(yīng)星<天工開物>卷14記載，廣西河池山錫“皆穴土不甚深而得之”。有些礦雖然可以露天開采，但由于礦脈與圍巖堅(jiān)硬，用手工工具不易破碎，則輔以“火爆法”。宋寇宗奭《本草衍義》記載：“辰州砂多出蠻洞。錦州界佶僚洞老鴉井，其井深廣數(shù)十丈，先聚薪于井焚之。其青石壁迸裂處，即有小龕。龕中自有白石床，其石如玉，床上乃生砂?！边@種深廣數(shù)十丈的礦井，實(shí)際上是一個(gè)露天礦。

墾土法 翻耕有礦的土地,礦物隨之露出地面?！短旃ら_物》記載：土錠鐵“淺浮土面，不生深穴”，“浮者拾之，又乘雨濕之后，牛耕起土，拾其數(shù)寸土內(nèi)者”。土錠鐵即褐鐵礦結(jié)核，這是古代一種特殊的露天采礦方法。

地下開采 從湖北銅綠山礦冶遺址的18個(gè)地下采區(qū)來(lái)看，春秋時(shí)期已經(jīng)使用了立井、斜井、平巷聯(lián)合開拓，初步形成地下開采系統(tǒng)。戰(zhàn)國(guó)至西漢時(shí)期，開采系統(tǒng)已相當(dāng)完整。立井開挖到一定深度，便向兩邊掘進(jìn)階段平巷，在巷道的中部或一端，下掘盲井直達(dá)采礦場(chǎng)。立井深度達(dá)80～98米，斜巷呈階梯式向下延伸，適用于次生富集帶的探礦和采礦，還可以作為階段平巷的聯(lián)絡(luò)通道。這個(gè)時(shí)期的平巷距離長(zhǎng)，支護(hù)堅(jiān)固,人可以直立行走,掘進(jìn)斷面達(dá)5米以上。據(jù)《菽園雜記》記載，明代礦井深度達(dá)數(shù)百丈。清初，《顏山雜記》記載開氣井(通風(fēng)井)，將工作井巷與氣井、氣巷分開。

井巷支護(hù) 古代井巷支護(hù)有四種形式：無(wú)支護(hù)、留石柱支護(hù)、木架支護(hù)、充填支護(hù)。

無(wú)支護(hù) 在變質(zhì)巖或其他堅(jiān)硬的圍巖中開采脈狀銅、銀、鉛、金礦時(shí)不需支護(hù)。現(xiàn)在能看到的古礦洞大都屬于這一類。

留石柱支護(hù) 古代開采大型囊狀或厚層狀礦體時(shí)，常故意留下一部分礦體用作支柱,以支撐井巷頂部。江西德興銀山古銀礦在唐初曾經(jīng)大規(guī)模開采，留有石柱。到唐天祐(904～907)末年,有人想采取留柱中的銀礦,“持斧而入，將斫取之,俄而山摧,入者盡壓死”（《稽神錄補(bǔ)遺》）。唐宋時(shí)期，廣東肇慶端石開采，也用留石柱法。曹溶《硯錄》記載：開采端石的所在，“中空如一間屋者，每丈許留石柱拄之”。到了清代，所留石柱也被開采而代之以木柱。屈大均《廣東新語(yǔ)》卷5說(shuō):“昔人取石,留數(shù)柱,虞其頹圮。今名為東留柱、西留柱；亦取之，以木柱代矣。”清代開采云南東川等大型銅礦時(shí)，也采用留石柱法，所留石柱稱為“象腿”。

木架支護(hù) 銅綠山礦區(qū)在西周時(shí)期采用間隔支護(hù)，木架距離4～6米。春秋時(shí)期斜井支護(hù)有兩種：一是井框支架垂直于井巷的頂?shù)装?，一是井框支架沿地心方向敷設(shè)。支護(hù)方法的進(jìn)步，表明古人對(duì)礦井地壓和壓力方向有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。戰(zhàn)國(guó)至西漢時(shí)期，立井采用經(jīng)過(guò)精細(xì)加工的方木（或圓木）密集式垛盤支護(hù)，與現(xiàn)代的木結(jié)構(gòu)井架相差無(wú)幾；而斜井的支架型式類似現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)的“馬頭門”。破碎帶或松散巖體內(nèi)的巷道，采用封閉式支架，以防止底部上鼓。后代的井巷木架支護(hù)與此大同小異。如明代云南永昌瑪瑙礦平巷支護(hù)是“以巨木為橋圈、支架于下，若橋梁之鞏、間尺余輒支架之”（《徐霞客游記》卷18）。清代的井巷木架支護(hù)是“間二尺余，支木四，此四木為廂”（《滇南新語(yǔ)》）。

充填支護(hù) 銅綠山古礦井已應(yīng)用充填支護(hù)法。在方框支柱開采和橫撐支架開采中，將廢石和低品位礦石充填在下部采空區(qū)，防止圍巖塌落。

巖石破碎 古代巖石破碎法有工具破碎和火爆破碎，兩種方法常結(jié)合在一起使用。

工具破碎 開鑿坑道時(shí)，如果巖石硬度低或圍巖疏松，可用工具破碎巖石。

火爆破碎 即火爆法。用火加熱巖石，使巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞。有時(shí)用火燒熱巖石，潑冷水或醋使巖石在熱脹冷縮的作用下破裂，或在醋的作用下變酥。宋祝穆《方輿勝覽》卷30說(shuō)：“辰州府沅陵光明山，一名龍門山，有砂（指辰砂）井，土人采取……燒石取之?！薄傲牛ㄖ干贁?shù)民族）以薪竹燔火爆石以取之?！泵麝懭荨遁膱@雜記》卷14記載浙江處州銅礦的情況：“先用大片柴，不計(jì)段數(shù)，裝疊有礦之地，發(fā)火燒一夜，令礦脈柔脆。次日火氣稍歇，作匠方可入身，動(dòng)錘尖采打。”還記載浙江龍泉縣用燒爆法開采銀礦：“大率坑匠采礦，如蟲蠹木……舊取礦，將尖鐵及鐵錘竭力擊之，凡數(shù)十下，僅得一片。今不用錘尖，惟燒爆得礦。”

通風(fēng)、照明、提運(yùn)、排水 井巷通風(fēng) 隨著掘進(jìn)深度的增加,為使井下空氣流通順暢,必須有通風(fēng)措施。銅綠山銅礦戰(zhàn)國(guó)時(shí)期遺址已利用立井井口標(biāo)高的差別造成壓差，形成自然風(fēng)流。隨著巷道的不斷增長(zhǎng)，通風(fēng)方法由自然通風(fēng)改為人力通風(fēng)，風(fēng)量加大。清代云南一些礦山用風(fēng)箱、風(fēng)柜鼓風(fēng)；有的開鑿氣井、氣巷；也有的既開氣井、氣巷，又用風(fēng)柜、風(fēng)箱鼓風(fēng)，以解決較深井巷的通風(fēng)問(wèn)題。

井巷照明 銅綠山春秋銅礦遺址用燃點(diǎn)干竹篾片井下照明。以后,有的礦用油燈照明，“洞內(nèi)五步一火,十步一燈”（《滇南新語(yǔ)》）。礦工以巾束頭，名叫“套頭”，燈掛在套頭上，叫“亮子”，用鐵做成碟形，可裝半斤油。燈柄長(zhǎng)尺余，柄端作鉤，用以吊燈碟（<滇南礦廠圖略>卷上）。

礦井排水 銅綠山戰(zhàn)國(guó)礦井遺址已有排水設(shè)施。井內(nèi)有水倉(cāng)、水槽，采用分段提升法。后來(lái)又有專門的排水井，有的將水排入采空區(qū)，以減少提運(yùn)工作量。清代康熙、乾隆年間開采云南銅礦，井內(nèi)水小時(shí)用皮袋提或背，水大則用竹制或木制的“水龍”(一種大型唧筒)排水。大礦拉龍排水的人多至一兩千人。

礦井提運(yùn) 最初是直接用手提拉。戰(zhàn)國(guó)、西漢時(shí)期，由于井深增加，提升量也增加到一二百公斤，于是發(fā)明了帶制動(dòng)機(jī)構(gòu)的木轆轤。在提升方式上也發(fā)展到分段提升和聯(lián)合提升。井下運(yùn)輸通常由人背肩扛，在比較平坦的巷道中則用斗車推拉。

選礦 手選法 用人工揀選礦石。銅綠山古礦常用手選法進(jìn)行初選，把巖石和低品位礦石留在井下，以減少提運(yùn)量。

淘汰盤選法 利用巖石砂粒與礦物顆粒的比重不同，通過(guò)水的沖淘，將它們分開的選礦方法，又稱重選。古代開采的砂礦有砂金、砂錫和砂鐵三種，一般都要用淘汰盤選法選取。

① 砂金 古代淘金常用特制的木盤。宋代在山東登、萊兩州大規(guī)模采金，使用木制流槽。朱彧《萍州可談》卷2記載:“兩川冶金，沿溪取砂以木盤淘，得之甚微，且費(fèi)力。登、萊金坑戶止用大木，鋸剖之，留刃痕，投沙其上，泛以水，沙去，金著鋸紋中，甚易得。”清代嚴(yán)如熤《三省邊防備覽》卷 9《山貨》記載南鄭（漢中）淘金廠用淘床淘金的情況：用木料作淘床，四周有邊，淘床上固定一個(gè)圓竹筐。將沙倒入筐內(nèi)，手把住淘床后面的木架，不住掀簸，用水頻洗沙筐，則沙隨水流，金從筐底細(xì)縫透下，沉淀于淘床上。淘床兩頭鑲板，中空三尺多，另安木板一塊，上面橫刻木槽，筐底透出的沙金順?biāo)寥氩蹆?nèi)。另用木匣一個(gè)，空出一面，類似簸箕形狀，將槽內(nèi)金沙掃入木匣，在水中淘洗，得到金屑。

② 砂錫 《天工開物》卷14記載，湖南衡陽(yáng)、零陵的山溪中和廣西南丹州河內(nèi)出水錫（砂錫），呈黑色，粉碎后，用篾羅在河中淘洗，即得礦砂。

③ 砂鐵 《天工開物》卷14記載：“凡砂鐵拋土膜，即現(xiàn)其形，取來(lái)淘洗。”淘砂木盤用兩塊梯形木板為底、兩塊鈍角等腰三角形木板為邊拼成，與現(xiàn)代民間所用淘金斗一樣。

磨礦 明代已有磨礦的記載。先將礦石破碎，再用碓舂成細(xì)末，然后用大桶盛水,把礦末投入水中攪拌,攪后，浮在水面上的稱“細(xì)粘”，懸浮水中的稱“梅砂”，沉于桶底的稱“粗礦肉”。再將細(xì)粘和梅砂用尖底淘盆淘洗，取得精礦。粗礦肉也要用舟形木盤淘洗，取得精礦（《菽園雜記》卷14）。這是磨礦與淘汰盤選相結(jié)合的綜合選礦法。

磁選 明代王宗沐《江西省大志·陶書》記載青花料的磁選：“首用錘碎……敲青后，取其奇零瑣碎碾碎，入注水中，用磁石引雜石，真青澄定，每斤可得五、六錢?！?

參考書目

夏湘蓉、李仲均、王根元：《中國(guó)古代礦業(yè)開發(fā)史》，地質(zhì)出版社，北京，1980。

楊文衡：《我國(guó)古代采礦技術(shù)史（坑采）》，《中國(guó)古代史論叢》第2輯，1982年。