特種纖維

[拼音]：tonglüshan kuangye yizhi

中國已發現的規模最大、儲存最完整的古代礦冶遺址。遺址在湖北省大冶縣境內，南北長約2公里，東西寬約1公里，遺留的鍊銅爐渣40萬噸以上，佔地14萬平方米左右，推算累計產銅不少於8～12萬噸.1973年開始發掘和研究，發掘出地下采區7處，採礦井巷近400條，古冶煉場3處，發現了一批鍊銅爐。出土有用於採掘、裝載、提升、排水、照明等的銅、鐵、木、竹、石制的多種生產工具以及陶器、銅錠、銅兵器等遺物。遺址的年代，經14C測定，至遲始於西周末年，經春秋、戰國時期延續到漢代。遺址也發現有隋唐時期的文化遺物和宋代的冶煉場。就遺蹟考察，古代探礦方法，多采用淺井工程和重砂測量。重砂測量工具的形狀與近代相似，為船形、元寶形等大小不一的淘砂盤（圖1）。

銅綠山的古代地下開採早期，井巷掘進過程基本上就是採礦過程。到戰國晚期，開拓、採掘、回採等步驟才漸趨明顯。與之相應的是井筒支護、分級提升、排水、選別、充填採礦等工藝相繼出現和完善。

井巷開拓和支護

由露天開採轉入坑採之初，開採規模小、勞動效率低，表現在井小、巷短、井多、巷少。到春秋晚期，開採系統則已相當完整。戰國至西漢時期地下開採深度已達60餘米，並延伸到潛水面以下23米(圖2)。

銅綠山古礦區的地下開採系統的發展大致為：地表（最大洪水位以上）或露天採場底（潛水面以上）─→立井（群井）或斜井─→盲立井或平巷與盲斜井─→平巷（或組成採場）。

立井

(包括盲立井)斷面一般為正方形，少數為矩形。西周時期立井的淨斷面為 500×500毫米2左右。井壁為木支護，方框支架間隔排列，間距在400毫米左右。井框為榫卯套接方式，井框與圍巖間楔有一層木板，用來圍護井筒四壁。到戰國時期完全採用經過加工的方木（或圓木）密集式垛盤支護，井口淨斷面最大者達1.3×1.3（米），接頭為單平面親口接榫，加工整齊，尺寸劃一，架設後穩固持久，同近代的木結構井架相似。

斜井

（包括盲斜井）西周、春秋時期的斜井為普通型式的斜井，其支護結構與同期立井的支護結構一樣。戰國時期發展到階梯式斜井，由淨斷面900×900毫米2的“馬頭門”和900×1000毫米2的短巷組成。支護方式有兩種：一種井框支架垂直於斜井的底板，一種井框支架沿鉛直方向敷設，後者較多。兩種支護方式表明當時對斜井的支護已有了多方面的經驗。

平巷

西周、春秋時期的平巷支護與同期立井的支護結構相同。春秋時期平巷的淨斷面一般為 800×1000毫米2。戰國至西漢時期的平巷斷面較大(淨斷面最大者為1600×1950毫米2)，距離較長，人可以直立行走（圖3）。與平巷相通的立井底部均設馬頭門結構。戰國至西漢時期的馬頭門高度一般為平巷淨高的一倍。

採掘工具

有石、木和金屬工具。西周至春秋時期的金屬工具為銅製，戰國以後為鐵製。出土的工具有石錘，木製的鏟（鍬）、槌、耙，銅製的鑿、钁，鐵製的鑿、錘、鋤、斧、耙等（圖4）。

地下采礦方法

同近代的支柱和支柱充填法基本相似。有五種具體方案:群井開採，後演變為方框支柱開採(分為單框豎分條開採──下向式，單層小方框開採──進路式），再演變為水平分層棚子支柱充填開採──上向式，此外還有橫撐支柱開採。

群井開採

用垂直井筒直接進行回採。井筒打入礦體，下掘井筒就是回採過程。掘進終了即開採完畢。在西周時期的發掘點內，有由48個立井組成的井群。

單框豎分條開採

由地表下掘一個或數個井筒，邊掘邊採邊支護，視礦體賦存情況，立井掘到一定深度後開挖平巷。為了追蹤富礦再下掘盲井。

單層小方框開採

在井底掘進平巷或斜巷，追蹤富礦，邊掘邊採邊支護，為獨頭巷道式開採，一般是進路式的開採方法。

水平分層棚子支柱充填開採

採區分成若干水平分層，自下而上開採，分層隨回採的推進而用密集棚子來支撐。支柱與充填配合使用，採空區用手選出的廢石（夾石等）和低品位的銅礦石區域性或全部充填。上下層支護的關係是下層棚子的頂樑即上層棚子的底樑，下層棚子的底樑敷設在底板的溝槽中。戰國至西漢的支護中，下層棚子的斷面比上層棚子的斷面寬，增加了穩固性。

橫撐支柱開採

由地表下掘立井進入富礦帶，再由井底向四周擴大，作上向梯段式回採。最大采幅約 5米。採空區由水平撐木和撐木間的垂直頂木支撐，呈多個П型。藉助П型結構，造成人工平臺，落礦、出礦、提升均在平臺上進行。

礦井提升和排水

礦井提升

出土的提升工具有木鉤、繩索、平衡石、轆轤軸等。戰國至西漢時期的木轆轤軸（圖5）長2500毫米、直徑 260毫米，可以橫架在井口。軸木的兩端砍成軸頭，以便安放在井口兩側的支架上。出土的裝載工具為竹筐、竹簍和藤簍（圖6）。

礦井排水

春秋時期的地下礦井就已經有比較完整的排水系統。水道有兩種：一種是利用廢棄的巷道或專設洩水巷道；另一種是貼平巷一側的背板鋪成排水木槽，彼此連線，置於地樑上。洩水巷道和木槽以一定的高差通向水倉或排水井，水由那裡提升到地面。用充填巷道的方法可以堵水和防水，減少匯水面積。

鍊銅

從發掘的鍊銅遺址看，銅綠山早在2700多年前已經採用鼓風豎爐鍊銅（圖7）。

鍊銅豎爐

春秋早期的鍊銅豎爐由爐基、爐缸、爐身三部分組成，各個爐子結構相近，尺寸大體相同。經過研究復原，豎爐的外形為豎立的腰鼓形（圖8），高2.7米，最大直徑1.6米。為了適應高溫熔鍊，豎爐的不同部位，配製不同的耐火材料，夯築而成。主要材料為紅色粘土、高嶺土、石英砂、火成岩碎屑、鐵礦粉、鐵礦粒、木炭粉等。

冶煉輔助設施

豎爐兩側壘土墩作工作臺。豎爐周圍有碎料臺、篩分場和泥池、渣坑等輔助設施。碎料臺中部留有石砧和石球（圖9）。石砧形狀一般近橢圓形；有的石砧周圍築有高嶺土檯面。石砧的大小不等，小的長45釐米，大的長70釐米。砧面經長期使用，均呈凹形。石球大小相近，直徑8釐米左右。石砧、石球是碎礦或碾磨築爐料的工具，質地堅硬（為花崗閃長巖）。可知古代已經將大塊礦石破碎、篩分出粒度均勻（一般為2～3釐米）的礦石，入爐冶煉。

冶煉技術水平

（1）原料和燃料。銅礦石主要採用品位較高的氧化礦，如孔雀石、矽孔雀石、赤銅礦等。燃料為木炭。

（2）造渣和配料。爐渣均呈黑色的薄片狀，表面光滑，經化學檢驗，渣的酸度

合適，大多在1.0～1.3之間，成分穩定，渣中含銅大部分小於0.7％，熔點大多在1100～1200℃之間，比重為3.5～4.0，1280℃的粘度為0.2帕斯卡·秒，流動性良好。銅綠山古礦井中的銅礦石可分三類:即鹼性礦石（含銅、二氧化矽低，含鐵高）；酸性礦石（含銅、二氧化矽高，含鐵低）;富銅礦石（主要是孔雀石）。然而，用其中任何一種礦石單獨冶煉都不能得到古代煉渣的成分，說明當時已掌握了配料技術，用不同種類的礦石相互搭配。

（3）銅錠成分。古代遺留的銅錠和粗銅一般含銅量94％左右，含鐵量小於5.4％。(見彩圖)