2023年中国古代采矿技术——铜绿山古矿井.docx

中国古代采矿技术——铜绿山古矿井 李广进 在中国科技馆“华夏之光〞展厅紧挨序厅的左侧，有一个仿古采矿的模型，用多媒体演示的手法来向大家介绍中国古铜矿的开采技术。此展项是依据湖北“铜绿山古矿井〞（“绿〞在此处读“lù〞）的考古开掘遗址复原而成的。 华夏之光展品：铜绿山古矿井模型 位于湖北省大冶市的铜绿山古矿井，其立井的深度有近百米，木制的井架支护技术确保了矿井结构的持久稳固，使得整座矿井成为了中国古代掘井采矿技术的典型代表;其井下的通风、照明以及排水设施的创新建设，更是彰显出了中国古代工程科技的绚烂硕果。 整座矿井由“立井〞“斜井〞和“平巷〞（“巷〞字读作“hàng〞）组成，井巷的支护技术，选用木料榫卯连接的方式，整齐划一地搭建而成，其持久稳固的特性确保了矿井的生产平安与使用寿命，井架的设计原理与制作手法几乎与现代矿井建造的方式无异。 斜井巷道 “壁基式〞框架结构 古人会根据“立井〞“斜井〞和“平巷〞的不同地理环境和自身的构架特点，来决定具体的构架建造方式。比方，为了防止斜井出现滑移和错位等现象，会选择“壁基式〞的框架结构;而对于处在破碎带等地质环境中的巷道，那么会选用“封闭式〞支架进行搭建。 提升系统 要确保工人在近百米深的井下平安作业，氧气充足的通风条件是必不可少的。考古发现了井底有20～30厘米厚的竹材燃烧灰烬，因此便推测古矿井采用的是一种通过加热井内空气造成负压导致空气流动的通风措施。同时，还可以用关闭巷道口的方法来控制气流的走向，从而确保矿井内每个操作岗位的氧气充足。 如能在井底实现竹材的燃烧，那么采矿时选用燃烧竹木火把的照明方式那么是不难想象的了。 由于古矿井的深度远远低于当时的地下水位，因此排水问题要靠提升系统来解决。不过，提升系统的最大功能可不在排水，而是主要用于提升井内的矿石。整个提升装置选用辘轳分级提升法来实现，辘轳的创造最早用于汲水饮用或灌溉，后逐渐被其他生产领域所接受。提升的方法有“单段提升〞和“分段提升〞两种方式。井中的排水作业，要先将水引到矿井的最低处，然后再分段提升到井外;提升矿石，那么要依据矿石所在的具体位置来考虑究竟选用何种提升方法。 矿石的开采，无论是在古代还是在现代都属于高强度的劳动作业。在古代，采矿工具的使用虽然鲜有创新，但对质量的要求却是呈现出逐步提高的趋势。在矿址中出土的铁质凿、椎、锄等用具，不仅制作较为精良，为了防止木柄断裂还增设有加箍等措施。 铜绿山出产的矿石主要包括氧化銅种类的铜矿一孔雀石和黄铜矿，但黄铜矿不易直接炼出铜，要经过焙烧、除硫等步骤，中国古人成熟地掌握冶炼黄铜的技术已经是东汉时期的事情了。 铜绿山古矿井展品模型简图 黄铜矿石 依据最新的考古开掘结果进行推测，铜绿山古矿井的最早开采时间可以推溯至夏代早期，比原来学术界已成定论的“商代早期〞又提前了近500年。如此一来，铜绿山古矿井的开采历史将有望突破2000年。还很值得一提的是，在历代的考古开掘整理中，从未发现人类残骸的遗存，这也间接地说明了在如此长时间的采矿生产中，从未因平安事故的发生而导致人员伤亡事件的出现。仅此一点，称它为“世界奇迹〞也是不为过的。