古代矿业技术的丰富多彩在历史上留下了丰富的记录。宋代的人们早已记载了利用地层关系来寻找矿藏的技术,如苏颂以白石(即方解石、石英)作为辰砂矿的矿苗:“丹砂生深山石崖间,土人采之,穴地数十尺始见其苗,乃白石耳,谓之朱砂床。
”南宋赵彦卫也有发现矿藏的眼光,他认识到黑色辉银矿脉乃是银矿的脉路,“每石壁上有黑路乃银脉,随脉凿穴而入”。朱辅则以丝金作为脉金矿床的苗路,说:“丝金,沙中拣金,又出于石。碎石而取者,色视沙金为胜。金有苗路,夫匠识之,名丝金。
”在古代的矿采技术方面,北宋时期的孔平仲记录了在韶州岑水场开采铜矿的技术:“韶州岑水场,往岁铜发,掘地二十余丈即见铜。今铜益少,掘地益深,至七八十丈。役夫云,地中变怪至多,有冷烟气中人即死。役夫掘地而入,必以长竹筒端置火先试之,如火焰青,即是冷烟气也。急避之,勿前,乃免。
”这段话反映了当时采矿业中两大问题:随着矿床上部被开采完毕,很自然地要向深部矿床掘进。由初期的二十丈增加到七八十丈。随之而来的是井下空气流通不畅,出现了有害气体的积聚,伤害矿工生命。当时还没有什么好办法排除毒气,而只是先试探,后躲避而已。这是最早记载矿井中的有害气体及躲避方法。
此外,赵彦卫在《云麓漫钞》中也有关于福建建宁府松溪县瑞应场银矿的开采历史、开采技术、矿井中的事故以及坑户生产和生活的悲惨状况的记载。
其中写到:“乾道中(15—),人入穴凿山,忽山合,夹死五十余人,血自石缝中流出”;“取银之法,每石壁上有黑路乃银脉,随脉凿穴而入,甫容人身,深至十数丈,烛火自照,坑户为油烛所熏,不类人形”。对于金代的坑采技术,黑龙江阿城五道岭地方的古铁矿井可以作为一个例子。
在这个古矿遗址中,—年先后发现十余个坑洞和十余处矿井,坑洞深约40余米,最浅的只有7米。坑洞是由山上往下旋转开凿的。北宋庆历、皇祐年间(—),四川出现了一种新的井采技术——卓筒井,即小口径深盐井。
这种井采技术开采深度可达数十丈,采矿作业区呈椭圆袋状,内部由于依矿脉走向取矿,故不规整。斜坡坑道采矿作业区内部有台阶,呈螺旋阶梯式下降,宽约1.5米,高约2米。
当时,卓筒井的出现为盐井钻凿技术指明了小口深化的正确方向,从而开启了盐井钻凿工艺从大口浅井阶段进入小口深井阶段的先声,并对全世界产生了深远的影响。这一技术被后世称为竹井,是当时世界上最先进的井采技术。苏轼、文同、陆游等文人均对卓筒井进行过记载,描述了其制造工艺和采矿原理。
卓筒井的发明具有重大的历史意义,成为当今世界盛行的深井钻凿技术的开端。