古代的採礦可以上溯到石器時代對石器材料的選取。後來,隨著冶金業的興起,採礦、選礦技術也逐漸發展起來。茲分別介紹中國古代的露天開採、地下開採、井巷支護、巖石破碎、井巷通風、照明、排水、提運、選礦等方面。

  露天開採 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,露天開採成為古代一種重要的採礦方法。露天開採又可分成掘取法和墾土法。

  掘取法 用於采取地表淺部的銅、錫等礦石。清代在雲南東川開采銅礦,把埋藏很淺的礦體叫做“草皮礦”或“雞窩礦”,隻要把表土或薄層巖層剝除,掘下數尺,即可得礦。開采坡積錫礦,也隻須剝除礦體上部的表土。明宋應星《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,但由於礦脈與圍巖堅硬,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,其井深廣數十丈,先聚薪於井焚之。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。”這種深廣數十丈的礦井,實際上是一個露天礦。

  墾土法 翻耕有礦的土地,礦物隨之露出地面。《天工開物》記載:土錠鐵“淺浮土面,不生深穴”,“浮者拾之,又乘雨濕之後,牛耕起土,拾其數寸土內者”。土錠鐵即褐鐵礦結核,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個地下采區來看,春秋時期已經使用瞭立井、斜井、平巷聯合開拓,初步形成地下開采系統。戰國至西漢時期,開采系統已相當完整。立井開挖到一定深度,便向兩邊掘進階段平巷,在巷道的中部或一端,下掘盲井直達采礦場。立井深度達80~98米,斜巷呈階梯式向下延伸,適用於次生富集帶的探礦和采礦,還可以作為階段平巷的聯絡通道。這個時期的平巷距離長,支護堅固,人可以直立行走,掘進斷面達5米2以上。據《菽園雜記》記載,明代礦井深度達數百丈。清初,《顏山雜記》記載開氣井(通風井),將工作井巷與氣井、氣巷分開。

  井巷支護 古代井巷支護有四種形式:無支護、留石柱支護、木架支護、充填支護。

  無支護 在變質巖或其他堅硬的圍巖中開采脈狀銅、銀、鉛、金礦時不需支護。現在能看到的古礦洞大都屬於這一類。

  留石柱支護 古代開采大型囊狀或厚層狀礦體時,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大規模開采,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”(《稽神錄補遺》)。唐宋時期,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”。到瞭清代,所留石柱也被開采而代之以木柱。屈大均《廣東新語》卷5說:“昔人取石,留數柱,虞其頹圮。今名為東留柱、西留柱;亦取之,以木柱代矣。”清代開采雲南東川等大型銅礦時,也采用留石柱法,所留石柱稱為“象腿”。

  木架支護 銅綠山礦區在西周時期采用間隔支護,木架距離4~6米。春秋時期斜井支護有兩種:一是井框支架垂直於井巷的頂底板,一是井框支架沿地心方向敷設。支護方法的進步,表明古人對礦井地壓和壓力方向有瞭進一步認識。戰國至西漢時期,立井采用經過精細加工的方木(或圓木)密集式垛盤支護,與現代的木結構井架相差無幾;而斜井的支架型式類似現代木結構的“馬頭門”。破碎帶或松散巖體內的巷道,采用封閉式支架,以防止底部上鼓。後代的井巷木架支護與此大同小異。如明代雲南永昌瑪瑙礦平巷支護是“以巨木為橋圈、支架於下,若橋梁之鞏、間尺餘輒支架之”(《徐霞客遊記》卷18)。清代的井巷木架支護是“間二尺餘,支木四,此四木為廂”(《滇南新語》)。

  充填支護 銅綠山古礦井已應用充填支護法。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,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,兩種方法常結合在一起使用。

  工具破碎 開鑿坑道時,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,使巖石內部結構受到破壞。有時用火燒熱巖石,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:“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。”“僚(指少數民族)以薪竹燔火爆石以取之。”明陸容《菽園雜記》卷14記載浙江處州銅礦的情況:“先用大片柴,不計段數,裝疊有礦之地,發火燒一夜,令礦脈柔脆。次日火氣稍歇,作匠方可入身,動錘尖采打。”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,凡數十下,僅得一片。今不用錘尖,惟燒爆得礦。”

  通風、照明、提運、排水 井巷通風 隨著掘進深度的增加,為使井下空氣流通順暢,必須有通風措施。銅綠山銅礦戰國時期遺址已利用立井井口標高的差別造成壓差,形成自然風流。隨著巷道的不斷增長,通風方法由自然通風改為人力通風,風量加大。清代雲南一些礦山用風箱、風櫃鼓風;有的開鑿氣井、氣巷;也有的既開氣井、氣巷,又用風櫃、風箱鼓風,以解決較深井巷的通風問題。

  井巷照明 銅綠山春秋銅礦遺址用燃點幹竹篾片井下照明。以後,有的礦用油燈照明,“洞內五步一火,十步一燈”(《滇南新語》)。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。燈柄長尺餘,柄端作鉤,用以吊燈碟(《滇南礦廠圖略》卷上)。

  礦井排水 銅綠山戰國礦井遺址已有排水設施。井內有水倉、水槽,采用分段提升法。後來又有專門的排水井,有的將水排入采空區,以減少提運工作量。清代康熙、乾隆年間開采雲南銅礦,井內水小時用皮袋提或背,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 最初是直接用手提拉。戰國、西漢時期,由於井深增加,提升量也增加到一二百公斤,於是發明瞭帶制動機構的木轆轤。在提升方式上也發展到分段提升和聯合提升。井下運輸通常由人背肩扛,在比較平坦的巷道中則用鬥車推拉。

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

  淘汰盤選法 利用巖石砂粒與礦物顆粒的比重不同,通過水的沖淘,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,淘床上固定一個圓竹筐。將沙倒入筐內,手把住淘床後面的木架,不住掀簸,用水頻洗沙筐,則沙隨水流,金從筐底細縫透下,沉淀於淘床上。淘床兩頭鑲板,中空三尺多,另安木板一塊,上面橫刻木槽,筐底透出的沙金順水沉入槽內。另用木匣一個,空出一面,類似簸箕形狀,將槽內金沙掃入木匣,在水中淘洗,得到金屑。

  ② 砂錫 《天工開物》卷14記載,湖南衡陽、零陵的山溪中和廣西南丹州河內出水錫(砂錫),呈黑色,粉碎後,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,即現其形,取來淘洗。”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,與現代民間所用淘金鬥一樣。

  磨礦 明代已有磨礦的記載。先將礦石破碎,再用碓舂成細末,然後用大桶盛水,把礦末投入水中攪拌,攪後,浮在水面上的稱“細粘”,懸浮水中的稱“梅砂”,沉於桶底的稱“粗礦肉”。再將細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……敲青後,取其奇零瑣碎碾碎,入註水中,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:《中國古代礦業開發史》,地質出版社,北京,1980。

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