什么是中国古代采矿、选矿技术?

什么是中国古代采矿、选矿技术?

[拼音]：zhongguo gudai caikuang xuankuang jishu

[外文]：mining and oredressing technique in ancient China

古代的采矿可以上溯到石器时代对石器材料的选取。后来，随着冶金业的兴起，采矿、选矿技术也逐渐发展起来。兹分别介绍中国古代的露天开采、地下开采、井巷支护、岩石破碎、井巷通风、照明、排水、提运、选矿等方面。

露天开采

各种金属矿脉或矿体的地表露头、坡积或残积矿床很多，因此，露天开采成为古代一种重要的采矿方法。露天开采又可分成掘取法和垦土法。

掘取法

用于采取地表浅部的铜、锡等矿石。清代在云南东川开采铜矿，把埋藏很浅的矿体叫做“草皮矿”或“鸡窝矿”，只要把表土或薄层岩层剥除，掘下数尺，即可得矿。开采坡积锡矿，也只须剥除矿体上部的表土。明宋应星《天工开物》卷14记载，广西河池山锡“皆穴土不甚深而得之”。有些矿虽然可以露天开采，但由于矿脉与围岩坚硬，用手工工具不易破碎，则辅以“火爆法”。宋寇宗奭《本草衍义》记载：“辰州砂多出蛮洞。锦州界佶僚洞老鸦井，其井深广数十丈，先聚薪于井焚之。其青石壁迸裂处，即有小龛。龛中自有白石床，其石如玉，床上乃生砂。”这种深广数十丈的矿井，实际上是一个露天矿。

垦土法

翻耕有矿的土地，矿物随之露出地面。《天工开物》记载：土锭铁“浅浮土面，不生深穴”，“浮者拾之，又乘雨湿之后，牛耕起土，拾其数寸土内者”。土锭铁即褐铁矿结核，这是古代一种特殊的露天采矿方法。

地下开采

从湖北铜绿山矿冶遗址的18个地下采区来看，春秋时期已经使用了立井、斜井、平巷联合开拓，初步形成地下开采系统。战国至西汉时期，开采系统已相当完整。立井开挖到一定深度，便向两边掘进阶段平巷，在巷道的中部或一端，下掘盲井直达采矿场。立井深度达80～98米，斜巷呈阶梯式向下延伸，适用于次生富集带的探矿和采矿，还可以作为阶段平巷的联络通道。这个时期的平巷距离长，支护坚固，人可以直立行走，掘进断面达5米2以上。据《菽园杂记》记载，明代矿井深度达数百丈。清初，《颜山杂记》记载开气井(通风井)，将工作井巷与气井、气巷分开。

井巷支护

古代井巷支护有四种形式：无支护、留石柱支护、木架支护、充填支护。

无支护

在变质岩或其他坚硬的围岩中开采脉状铜、银、铅、金矿时不需支护。现在能看到的古矿洞大都属于这一类。

留石柱支护

古代开采大型囊状或厚层状矿体时，常故意留下一部分矿体用作支柱，以支撑井巷顶部。江西德兴银山古银矿在唐初曾经大规模开采，留有石柱。到唐天祐(904～907)末年，有人想采取留柱中的银矿，“持斧而入，将斫取之，俄而山摧，入者尽压死”（《稽神录补遗》）。唐宋时期，广东肇庆端石开采，也用留石柱法。曹溶《砚录》记载：开采端石的所在，“中空如一间屋者，每丈许留石柱拄之”。到了清代，所留石柱也被开采而代之以木柱。屈大均《广东新语》卷5说:“昔人取石，留数柱，虞其颓圮。今名为东留柱、西留柱；亦取之，以木柱代矣。”清代开采云南东川等大型铜矿时，也采用留石柱法，所留石柱称为“象腿”。

木架支护

铜绿山矿区在西周时期采用间隔支护，木架距离4～6米。春秋时期斜井支护有两种：一是井框支架垂直于井巷的顶底板，一是井框支架沿地心方向敷设。支护方法的进步，表明古人对矿井地压和压力方向有了进一步认识。战国至西汉时期，立井采用经过精细加工的方木（或圆木）密集式垛盘支护，与现代的木结构井架相差无几；而斜井的支架型式类似现代木结构的“马头门”。破碎带或松散岩体内的巷道，采用封闭式支架，以防止底部上鼓。后代的井巷木架支护与此大同小异。如明代云南永昌玛瑙矿平巷支护是“以巨木为桥圈、支架于下，若桥梁之巩、间尺余辄支架之”（《徐霞客游记》卷18）。清代的井巷木架支护是“间二尺余，支木四，此四木为厢”（《滇南新语》）。

充填支护

铜绿山古矿井已应用充填支护法。在方框支柱开采和横撑支架开采中，将废石和低品位矿石充填在下部采空区，防止围岩塌落。

岩石破碎

古代岩石破碎法有工具破碎和火爆破碎，两种方法常结合在一起使用。

工具破碎

开凿坑道时，如果岩石硬度低或围岩疏松，可用工具破碎岩石。

火爆破碎

即火爆法。用火加热岩石，使岩石内部结构受到破坏。有时用火烧热岩石，泼冷水或醋使岩石在热胀冷缩的作用下破裂，或在醋的作用下变酥。宋祝穆《方舆胜览》卷30说：“辰州府沅陵光明山，一名龙门山，有砂（指辰砂）井，土人采取……烧石取之。”“僚（指少数民族）以薪竹燔火爆石以取之。”明陆容《菽园杂记》卷14记载浙江处州铜矿的情况：“先用大片柴，不计段数，装叠有矿之地，发火烧一夜，令矿脉柔脆。次日火气稍歇，作匠方可入身，动锤尖采打。”还记载浙江龙泉县用烧爆法开采银矿：“大率坑匠采矿，如虫蠹木……旧取矿，将尖铁及铁锤竭力击之，凡数十下，仅得一片。今不用锤尖，惟烧爆得矿。”

通风、照明、提运、排水井巷通风

随着掘进深度的增加，为使井下空气流通顺畅，必须有通风措施。铜绿山铜矿战国时期遗址已利用立井井口标高的差别造成压差，形成自然风流。随着巷道的不断增长，通风方法由自然通风改为人力通风，风量加大。清代云南一些矿山用风箱、风柜鼓风；有的开凿气井、气巷；也有的既开气井、气巷，又用风柜、风箱鼓风，以解决较深井巷的通风问题。

井巷照明

铜绿山春秋铜矿遗址用燃点干竹篾片井下照明。以后，有的矿用油灯照明，“洞内五步一火，十步一灯”（《滇南新语》）。矿工以巾束头，名叫“套头”，灯挂在套头上，叫“亮子”，用铁做成碟形，可装半斤油。灯柄长尺余，柄端作钩，用以吊灯碟（《滇南矿厂图略》卷上）。

矿井排水

铜绿山战国矿井遗址已有排水设施。井内有水仓、水槽，采用分段提升法。后来又有专门的排水井，有的将水排入采空区，以减少提运工作量。清代康熙、乾隆年间开采云南铜矿，井内水小时用皮袋提或背，水大则用竹制或木制的“水龙”(一种大型唧筒)排水。大矿拉龙排水的人多至一两千人。

矿井提运

最初是直接用手提拉。战国、西汉时期，由于井深增加，提升量也增加到一二百公斤，于是发明了带制动机构的木辘轳。在提升方式上也发展到分段提升和联合提升。井下运输通常由人背肩扛，在比较平坦的巷道中则用斗车推拉。

选矿手选法

用人工拣选矿石。铜绿山古矿常用手选法进行初选，把岩石和低品位矿石留在井下，以减少提运量。

淘汰盘选法

利用岩石砂粒与矿物颗粒的比重不同，通过水的冲淘，将它们分开的选矿方法，又称重选。古代开采的砂矿有砂金、砂锡和砂铁三种，一般都要用淘汰盘选法选取。

（1）砂金 古代淘金常用特制的木盘。宋代在山东登、莱两州大规模采金，使用木制流槽。朱彧《萍州可谈》卷2记载:“两川冶金，沿溪取砂以木盘淘，得之甚微，且费力。登、莱金坑户止用大木，锯剖之，留刃痕，投沙其上，泛以水，沙去，金著锯纹中，甚易得。”清代严如熤《三省边防备览》卷 9《山货》记载南郑（汉中）淘金厂用淘床淘金的情况：用木料作淘床，四周有边，淘床上固定一个圆竹筐。将沙倒入筐内，手把住淘床后面的木架，不住掀簸，用水频洗沙筐，则沙随水流，金从筐底细缝透下，沉淀于淘床上。淘床两头镶板，中空三尺多，另安木板一块，上面横刻木槽，筐底透出的沙金顺水沉入槽内。另用木匣一个，空出一面，类似簸箕形状，将槽内金沙扫入木匣，在水中淘洗，得到金屑。

（2）砂锡 《天工开物》卷14记载，湖南衡阳、零陵的山溪中和广西南丹州河内出水锡（砂锡），呈黑色，粉碎后，用篾罗在河中淘洗，即得矿砂。

（3）砂铁 《天工开物》卷14记载：“凡砂铁抛土膜，即现其形，取来淘洗。”淘砂木盘用两块梯形木板为底、两块钝角等腰三角形木板为边拼成，与现代民间所用淘金斗一样。

磨矿

明代已有磨矿的记载。先将矿石破碎，再用碓舂成细末，然后用大桶盛水，把矿末投入水中搅拌，搅后，浮在水面上的称“细粘”，悬浮水中的称“梅砂”，沉于桶底的称“粗矿肉”。再将细粘和梅砂用尖底淘盆淘洗，取得精矿。粗矿肉也要用舟形木盘淘洗，取得精矿（《菽园杂记》卷14）。这是磨矿与淘汰盘选相结合的综合选矿法。

磁选

明代王宗沐《江西省大志·陶书》记载青花料的磁选：“首用锤碎……敲青后，取其奇零琐碎碾碎，入注水中，用磁石引杂石，真青澄定，每斤可得五、六钱。”

参考书目

夏湘蓉、李仲均、王根元：《中国古代矿业开发史》，地质出版社，北京，1980。杨文衡：《我国古代采矿技术史（坑采）》，《中国古代史论丛》第2辑，1982年。