关于有压管流的水性,《管子·度地》也有论述:“水之性,行至曲必留退,满则后推前。地下则平行,地高即控。”又描述了渠道水流行进中的两种破坏性水力现象:“杜曲则捣毁。杜曲激则跃,跃则倚,倚则环,环则中,中则涵,涵则塞,塞则移,移则控,控则水妄行。”
采矿我国的采矿业始自旧石器时代,由最初无意识拾取石头逐渐发展到选取和挖掘石料。新石器时代中期,在华北和华南都出现了采石场。山西省怀仁县鹅毛口采石遗址年有许多三迭纪侵入的煌斑岩墙、岩床和凝灰岩层,这些岩石质地坚韧,经开采、加工制作成各种石器①。广东南海县西樵山采石场有坚硬致密的霏细岩,在脉岩谷坡上留下了从原生地层中开采石料后形成的七个洞穴,反映了比较熟练的开采技术。在未使用金属工具的条件下,石器制作者利用岩石热胀冷缩的特性,点燃柴草,将脉岩表面烘烤至灼热,然后③ 《史记·河渠书》。
① 《汉书·沟洫志》。
② 《史记·秦始皇本纪》。
① 贾兰坡、龙玉柱:《山西怀仁鹅毛口石器制造场遗址》,载《考古学报》1973 年第二期。泼水使之骤冷以加剧崩裂,再用工具沿裂缝撬下石块。长期开采的结果,造成了这些洞穴。现在洞穴里还保存有大量的灰烬、炭屑、脉岩鳞片、烧石以及洞壁上的火烧、剥离痕迹。从地层里开采原料是人类制作工具史上一大进步。②距今四千多年的甘肃齐家文化和有些地区的龙山文化中,发现多件红铜制成的小件器物。③河南偃师二里头早商遗址,出土了我国较早的青铜文物。比二里头稍晚的二里岗中商遗址,出土了比二里头更多更大的青铜器,说明商代的早、中期,铜、锡、铅矿的开采已有一定规模。
在殷商卜辞中有“丹”字,甲骨文作■。《说文》云:“丹,巴越之赤石也,■象采丹井,·象丹形”。可见丹字正是掘矿井采矿石的象形表意字,应是矿字之初文。另一卜辞有:“壬子卜,斫氐,■启(■),隻(获)?”氐与底通,《释名》“地,底也”。“斫氐”即斫地。■为古疾字异体,其义为亟速,谓斫地速启,则有所收获也。此辞乃记开矿之事。“斫氐”又可解释为在山岩之下开矿。因此,这条卜辞的大意是:在这里的岩下斫掘,可以很快打开坑道,取得矿物吗?①西周已有管理采矿业的政府机构。《周礼·地官》载:“■(古矿字)
人掌金玉锡石之地而为之厉禁以守之,若以时取之,则物其地图而授之。”西周的矿业种类大致有陶土、金属矿产、玉石及其他石料。《礼记·曲礼下》说:“天子之六工,曰土工、金工、石工、木工,兽工、草工,典制六材。”六工之中,前面三种跟矿业紧密相连。
西周的坑采技术,以湖北大冶铜绿山大岩阴山七号矿体发掘的古矿井遗址最为典型。这里发掘出来的群井,一个采区就有22 个。这些群井大体上都是方井,净断面为45×45 平方厘米或60×60 平方厘米。支护形式为间隔支护,距离为40—60 厚米,井框木为带榫的套接方式,榫口一律凿成方形。井框外,四壁先背一层竹蓆,竹蓆内间格敷有直径4—5 厘米的木枝条。盲井与竖井的支护方式相同。群井的井深一般为20—30 米左右。平巷的断面形状、尺寸及支架结构形式与竖井相同,统属脉内沿脉巷道,随矿体的走向而变化,常常与数个竖井相连通。总之,这个时期的井巷开凿还属于初级阶段,井小、巷短,井多、巷少。竖井与平巷规格划一,支架均为样接,间隔式支护。巷道断面狭小,人在里面工作只能爬行或蹲坐。这样,劳动效率自然不高,生产能力和开采规模都小,井巷服务时间短。主要挖掘工具是铜锛,其他工具则是木制的。除了大冶铜绿山外,内蒙古昭盟林西县大井古铜矿遗址,也是西周时期的。这里井深只有七八米至十七八米,不如铜绿山的井深,这是才从露采转向坑采的反映,属于坑采的初级阶段。
到春秋战国时期,坑采技术有了很大的发展。铜绿山古矿井在春秋时期已成功地使用了竖井、斜井、平巷联合开拓,初步形成了地下开采系统。斜井的出现,在坑采技术上是一大进步。因为斜井的掘进施工和支护技术都是难度较大的。当时斜井的倾角由25°至70°不等,因地而异。斜井的作用不仅可以沿矿体倾斜延深采挖富矿,节省工程,而且还有探矿的作用。平巷② 黄慰文等四人:《广东海南县西樵山遗址的复查》,载《考古》1979 年第四期。③ 甘肃博物馆,《甘肃武威皇娘娘台遗址发掘报告》,载《考古学报》1960 年第二期。① 温少峰、袁庭栋著:《殷墟卜辞研究——科学技术篇》第353—354 页,四川省社会科学出版社1983 年版。
的支护方式比西周时期有了明显的进步,不再采用有底梁的框架,使平巷支护区别于竖井。平巷的净断面由西周的45×45 平方厘米扩大到80×l00 平方厘米,净断面几乎增大了三倍。竖井断面出现了矩形,这比正方形断商的并筒进步。矩形井筒的有效断面利用率高,能抵抗较大的侧向压力。竖井虽然仍以群井的方式布设,但最大井深已达到64 米,比西周时增长了一倍,延深到潜水面以下8—10 米。典型的开采工具是大铜斧,每个重3.5 公斤。其余的工具则是木槌、木锹、木铲、船形木斗、木瓢、竹篓、竹篮等。船形木斗近似元宝形,全长35.2 厘米,宽14 厘米、高7 厘米,它是淘洗矿石的工具,类似今天的淘金斗。这时已运用了重力选矿法,以此来鉴定矿石品位的高低,确定井巷的开掘方向。照明用于竹篾片燃点。
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