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、岩石破碎、井巷通風、照明、排水、提運、選礦等方面。
基本介紹
- 中文名：中國古代採礦，選礦技術
- 類型：選礦技術
- 地方：中國
- 屬性：井巷通風、照明、排水
簡介,開採方法,參考書目,
簡介
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、岩石破碎、井巷通風、照明、排水、提運、選礦等方面。
開採方法
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 用於採取地表淺部的銅、錫等礦石。清代在雲南東川開採銅礦,把埋藏很淺的礦體叫做“草皮礦”或“雞窩礦”，只要把表土或薄層岩層剝除，掘下數尺，即可得礦。開採坡積錫礦，也只須剝除礦體上部的表土。明宋應星卷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採，但由於礦脈與圍岩堅硬，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採礦方法。
地下開採 從湖北銅綠山礦冶遺址的18個地下採區來看，春秋時期已經使用了立井、斜井、平巷聯合開拓，初步形成地下開採系統。戰國至西漢時期，開採系統已相當完整。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，下掘盲井直達採礦場。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採礦，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 在變質岩或其他堅硬的圍岩中開採脈狀銅、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 古代開採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採，留有石柱。到唐天祐(904～907)末年,有人想採取留柱中的銀礦,“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，廣東肇慶端石開採，也用留石柱法。曹溶《硯錄》記載：開採端石的所在，“中空如一間屋者，每丈許留石柱拄之”。到了清代，所留石柱也被開採而代之以木柱。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。”清代開採雲南東川等大型銅礦時，也採用留石柱法，所留石柱稱為“象腿”。
木架支護 銅綠山礦區在西周時期採用間隔支護，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了進一步認識。戰國至西漢時期，立井採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”。破碎帶或鬆散岩體內的巷道，採用封閉式支架，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，若橋樑之鞏、間尺余輒支架之”（《徐霞客遊記》卷18）。清代的井巷木架支護是“間二尺余，支木四，此四木為廂”（《滇南新語》）。
充填支護 銅綠山古礦井已套用充填支護法。在方框支柱開採和橫撐支架開採中，將廢石和低品位礦石充填在下部採空區，防止圍岩塌落。
岩石破碎 古代岩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，如果岩石硬度低或圍岩疏鬆，可用工具破碎岩石。
火爆破碎 即火爆法。用火加熱岩石，使岩石內部結構受到破壞。有時用火燒熱岩石，潑冷水或醋使岩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，土人採取……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採銀礦：“大率坑匠採礦，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乾竹篾片井下照明。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。燈柄長尺余，柄端作鉤，用以吊燈碟（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，採用分段提升法。後來又有專門的排水井，有的將水排入採空區，以減少提運工作量。清代康熙、乾隆年間開採雲南銅礦，井內水小時用皮袋提或背，水大則用竹製或木製的“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，於是發明了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行初選，把岩石和低品位礦石留在井下，以減少提運量。
淘汰盤選法 利用岩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。古代開採的砂礦有砂金、砂錫和砂鐵三種，一般都要用淘汰盤選法選取。
① 砂金 古代淘金常用特製的木盤。宋代在山東登、萊兩州大規模採金，使用木製流槽。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，沉澱於淘床上。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：《中國古代礦業開發史》，地質出版社，北京，1980。
楊文衡：《我國古代採礦技術史（坑采）》，《中國古代史論叢》第2輯，1982年。
