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清代湖南郴桂矿厂识矿和采矿技术*

2021-11-30周文丽罗胜强

关键词:桂阳矿洞铜矿

周文丽,罗胜强

(1.中国科学院 自然科学史研究所,北京 100190;2.郴州市博物馆,湖南 郴州 423099)

中国古代矿冶历史悠久,识矿、采矿是金属冶炼与铸造加工的基础。识矿是指古人对金属矿物的认识,采矿包括地质探矿、矿山测量、矿井开拓、地下采矿方法、矿井通风、排水、照明、提升运输、矿石分选等技术环节。中国古代采矿技术自史前萌芽,商周时期迅速发展,秦汉到元代得到提高,至明清得以全面发展。[1]10

中国古代采矿技术的研究,肇兴于二十世纪七八十年代湖北大冶铜绿山、江西瑞昌铜岭等早期铜矿遗址的考古发掘。[2-3]夏湘蓉、王根元、李仲均、王炳章等地质史学家较早就关注古人对矿物的认识和采矿技术,编写了《中国古代矿业开发史》《中国古代矿物知识》等书籍;[4-5]卢本珊等研究了铜绿山、铜岭铜矿遗址的采矿技术,并在《中国科学技术史·矿冶卷》中系统地论述了中国古代采矿技术的起源、发展情况及主要技术成就;[1]10-174技术史学家葛平德(Peter J.Golas)撰写了李约瑟研究所主编的《中国科学技术史》(Science and Civilisa⁃tion in China)第五卷采矿(Mining)分册,专门讨论了探矿、露天开采、地下开采、选矿等中国古代采矿核心技术[6]。

明清两代是中国古代矿业集大成的阶段,明崇祯年间宋应星的《天工开物》[7]、清道光年间吴其濬的《滇南矿厂图略》[8]等古籍史料中有与采矿相关的详细记载,出现大量专用术语,并配有插图。卢本珊据此梳理了当时矿物识别及找矿方法、矿井开拓、井巷支护、采矿技术、采矿辅助工艺等,重点对云南地区的采矿技术进行了分析解读。[1]162-174云南以外其他地区采矿技术的情况尚不清晰。

2015年以来,考古工作者对湖南省郴州市桂阳县的清代郴桂矿厂遗存开展了一系列矿冶遗址调查和发掘工作。郴桂矿厂是清代对郴州、桂阳州所有铜、铅、锌、锡矿厂的统称。该地区有着丰富的有色金属矿产资源,西汉设金官,东汉设铁官,唐代郴州炼银、炼铜铸钱,宋代桂阳监、郴州炼银最发达。清代郴桂矿厂主要炼铜、铅、锌等,为湖南省的铸钱局(即宝南局)提供铸造铜钱的原料。有关清代郴桂矿厂的史料丰富,有正史、政书、地方志、档案等多种史料记载,[9]其中湖南地方行政法规汇编《湖南省例成案》[10-12]和同治《桂阳直隶州志》[11]有不少相关记载,是认识清代郴桂矿厂采矿技术的重要资料。此外,清末至民国时期位于郴桂北部的常宁水口山铅锌矿有土法采矿技术的记载,为研究清代郴桂矿厂采矿技术提供了重要参考。笔者以史料为据,梳理清代郴桂矿厂对铜、铅银、锌等矿石的认识以及找矿、开采、排水、通风、照明等采矿技术,总结清代郴桂矿厂在识矿、采矿技术方面的特点。

1 对矿石的认识

同治《桂阳直隶州志》将桂阳州称为“八宝地”,出产金、银、铜、铁、铅、锡、水晶、石炭等八种矿石。[11]428清代郴桂矿厂主产“铜铅砂”,包括“铜砂”“黑铅砂/黑砂”“白铅砂/白砂”,即铜矿石、铅矿石和锌矿石,其中有铜铅、铅银、铅锌等共生矿石,各类矿石种类繁多,品位不一。

1.1 铜矿石

《湖南省例成案》中概括:“炼铜之砂,总名铜砂”,[10]卷12,40并将铜砂分上、中、下砂。乾隆五年(1740),湖广总督班第在奏折中提及,桂阳州马家岭、雷坡石、石壁下等矿厂试采之时所出铜矿石有三种:“一曰净铜砂,有铜无铅;一曰夹杂铜砂,铜中有铅;一曰夹杂黑铅砂,铅中有铜。”[12]230这是根据铜矿石中铜铅的有无、多少分为三种:一是不含铅的铜矿石,二是含铅的铜矿石,三是含铜的铅矿石。郴桂矿厂铜铅矿往往共生,除了桂阳州的绿紫坳、石壁下等铜厂出产不含铅的铜矿石外,桂阳州马家岭、郴州多处铅锌厂的铜矿石多夹杂在铅矿石中。郴桂矿厂采用一种被称作“铅渣炼铜”的技术从含铜的铅矿中提铜,即先炼铅,将冶炼得到的冰铜与铅分离,再用冰铜来炼铜。[13]中国古代使用铜铅共生矿石炼铜是较普遍的,《天工开物》记载了“与铅共体”的铜矿冶炼方法,[7]325郴桂矿厂采用的铅渣炼铜法与其不同,是郴桂矿厂特有的铜铅共生矿冶炼技术。

同治《桂阳直隶州志》记载了桂阳州出产的多种铜矿石:“其砂皆见铜光,曰闪金、四棱、莜麦棱;最上者檀煤茸,色黑;其一种禾镰沙,入火辄成铜。皆土沙也。在石者曰油毛古。”[11]431其中,具有“铜光”的“闪金”“四棱”“莜麦棱”,应该是具有金属光泽的黄铜矿(CuFeS2,含铜量34.5%),颜色呈黄铜色或金黄色,其晶体为立方体状,矿石多呈不规则粒状及致密块状集合体。黑色的“檀煤茸”是品位最高的铜矿石,应该是黑铜矿(CuO,含铜79.8%),是一种氧化铜矿物,常为黑色土状,质地酥松。“禾镰沙”可以直接还原冶炼,应该也是一种氧化铜矿。上述的铜矿石都是土、沙质的,还有一种石质的“油毛古”,具体是何种铜矿石,无从考证。

同治《桂阳直隶州志》还提到:“铜生黄金,州炉户不能取。广东商买之去,铜百金可取金至三两。”[11]431说明桂阳州的铜矿石还含有金,本地炉户未掌握炼金方法,运往广东冶炼。

此外,石壁下一带还出产一种含铜的砷矿石“灰砂”。乾隆三十一年(1766),石壁下“出产灰砂,夫长采取熏灰,为暖土杀虫之用,其渣仍可挤铜,炉户收买烧炼交铜”。[10]卷17,69同治《桂阳直隶州志》指出:“砒霜未炼者信石,在矿者曰灰砂,色似银矿,岭南用粪田岁卖之,亦至数千金。”[11]431可见,“灰砂”是一种炼砒霜(三氧化二砷,As2O3)的砷矿石(应为毒砂,FeAsS),而砒霜则是一种农业用的杀虫剂。灰砂中含有铜矿石,炼过砒霜的灰砂还可以进一步提铜。

1.2 铅银矿石

郴桂矿厂的铅矿石有的含有少量银,一般先炼铅,再从炼出的铅中提银,铅银矿石种类繁多。清代郴桂矿厂采矿的人为砂夫(砂夫的首领为夫长),冶炼的人为炉户,“采沙者不能煎,炉户买沙煎之”,[11]428炉户一般通过商人向砂夫购买矿砂,商人需雇佣“估砂人”评估砂质、确定砂价[14]。乾隆十六年(1751),驿盐道沈伟业发现同名之砂价格差异很大,询问估砂人杨安,杨安供称:

“至黑铅砂,则有稻砂、焦砂、焦皮,又有煅道、煅土、煅砂、煅皮,又有铅砂、铅土、铅皮并头皮、窝翠各名色;就一样名色的砂,仍有上中下三等;三等之中,仍有等差。总看银气、铅气的重轻,分别定价。”[10]卷12,40-41

乾隆十三年(1748),衡永道朱陵曾试炼多种黑铅砂,包括熖砂①熖砂:熖,yàn,“焰”的讹字,与“稻砂”应该属于同一种矿砂。、上焦砂、中焦砂、下焦砂、中煅砂、上铅砂、上窝翠、头皮弃砂、窝翠弃砂等名色,并列出了这些黑铅砂的价格及产铅银量。其中最贵的是熖砂,每百斤价3两;其次是焦砂(上焦砂每百斤1~1.3两,中焦砂每百斤0.6~0.9两,下焦砂每百斤0.3两),中煅砂(每百斤0.45两),上铅砂(每百斤0.65两);最便宜的是上窝翠,每百斤0.06两,而头皮弃砂和窝翠弃砂不用花钱买。[10]卷12,31-34

这些黑铅砂对应何种铅银矿物,由于缺乏描述,多无从推测。其中的“焦砂”,可能是《天工开物》中提到的银矿石——“礁砂”:

“凡成银者曰礁,至碎者曰砂,其面分丫若枝形者曰卝,其外包环石块者曰矿。矿石大者如斗,小者如拳,为弃置无用物。其礁砂形如煤炭,底衬石而不甚黑,其高下有数等……出土以斗量,付与冶工,高者六七两一斗,中者三四两,最下一二两。其礁砂放光甚者,精华泄漏,得银偏少。”[7]315

夏湘蓉等认为礁砂是以辉银矿(Ag2S)为主要成分的银矿石,辉银矿常为树枝状、丝状,呈黑铅灰色,其表面常蚀变为黑色土状的硫化物。[4]285-290《天工开物》记载的“礁砂”含银量多达3.6%,最少为0.52%,而郴桂矿厂的“焦砂”含银量最多只有0.0625%,远不及含银量最低的礁砂,应是含有少量辉银矿的方铅矿(PbS)。熖/稻砂是郴桂矿厂铅银含量最高的铅银矿石,含银量也仅为0.12%。煅砂的银含量低于焦砂,而铅砂是不含银的铅矿石。至于焦砂、焦皮,煅土、煅砂、煅皮,以及铅砂、铅土、铅皮等,是根据矿石的质地来命名的,分砂质、土质、皮壳状等。另外,头皮、窝翠为银铅矿石的脉石部分,通常被废弃,经淘洗可用于炼铅。

同治《桂阳直隶州志》对铅银矿的种类有详细的记载:

“铅为五金母,矿必有铅。生银者黑铅也,性柔,煎之,土石自涌于上,铅银下结矣。沙种类不可胜计:其在石者为光沙,色灿白,有四棱、苏钢、鲢鱼白三种;在土者到沙,最上紫衣到,其次焦粑、银皮、马尾、鱼鳞,各以形色名之,皆纯银无铅,和铅土乃能煎之。其如涂泥者二种,焦泥入水辄浮,漏泥浮水如脂膏,银最多,非良工不识也。取矿者,遇土泥一人力日取至万斤,遇石沙日仅得数十斤。沙之出铅,浓者百斤得五六十斤,淡者乃止数斤。然出银往往在刚土,刚土谓之荒甲,其名尤伙,有蓝甲古、椒泥古、铜矢古、绿豆古数十种。古者,夹沙之名也。……铅百斤得银六七两,或三四两。”[11]428

这段话提到了三种铅银矿石,即“在石者”为石质,“在土者”为土质,“如涂泥者”为泥质。石质地叫“光沙”,颜色灿白,有四棱、苏钢、鲢鱼白三种,可能是铅灰色、有金属光泽、立方体状的方铅矿(PbS);土质地叫“到沙”,有紫衣到、焦粑、银皮、马尾、鱼鳞等5种;泥质有焦泥、漏泥两种,在水中会浮起来。矿石的质地不同,开采的难度也不一样,土质、泥质较好开采,而石质、沙质很难开采。铅矿石的品位相差悬殊,铅含量高的可达50%~60%,低的只有百分之几。另外,产银地矿石常常在刚土中,刚土叫作“荒甲”,有蓝甲古、椒泥古、铜矢古、绿豆古等几十种名称。

1.3 锌矿石

锌是一种冶炼时易挥发的金属,需要采用蒸馏法冶炼,明清时期炼锌多使用炉甘石,即菱锌矿(ZnCO3),一种氧化锌矿石。康熙年间,桂阳州下廊桥出产“炉石甘石”,[15]7即炉甘石,表明清初郴桂矿厂使用炉甘石炼锌。

《湖南省例成案》称锌矿石为“白铅砂”,白铅砂也分上、中、下砂。相比黑铅砂,白铅砂的种类很少,根据其质地来分类,有铅石、铅土、铅皮等名。[10]卷12,40另据同治《桂阳直隶州志》,白铅砂“似黑铅,色暗,或青黑,或黄赤,名曰幼子,又曰熟石,其兼有黑铅者,曰黑白砂”。[11]431这里的锌矿石像金属铅,颜色较暗,或呈青黑、红黄色,应该是闪锌矿(ZnS),是最常见的硫化锌矿。闪锌矿往往与方铅矿(PbS)紧密共生,这里的“黑白砂”即是闪锌矿和方铅矿共生的铅锌矿。从桂阳桐木岭清代炼锌遗址出土的炼锌遗物来看,清代郴桂矿厂主要使用含铅的硫化锌矿炼锌,冶炼前需要对矿石进行焙烧以脱硫。该技术为郴桂地区所特有,并一直延续到20世纪。[16]

2 采矿技术

2.1 找矿

清代郴桂矿厂在开采前要先寻找“矿苗”或“砂苗”。乾隆初年,桂阳州民何植苕在大凑山开采银矿多年,一直未能找到银矿,以致钱财耗尽。他欲遣散矿丁,但矿丁们想为他最后再试采一次:“入山者七八人,一人惰,不欲下,姑凿旁土,见矿苗如指,再凿辄宽,呼众击之,巨矿也。”[11]430其中一个矿丁偶然间发现指头般大小的矿苗,越凿越宽,最后发现了巨矿,何植苕由此发家。乾隆二十八年(1763),郴州桃花垅等处矿厂枯竭,调查发现:“历年俱就各垅附近,相近相度矿苗试采,子垅旋开旋竭,不一其名。”[10]卷17,32嘉庆八年(1803),郴州、永兴交界的干柴窝、显冲头:“从前浮面略见砂苗,今所挖概系荒石,无从采办,应即封禁。”[12]354-357可见,“矿苗”或“砂苗”是直接露出在地表或去除表土就能发现的金属矿床露出地面的部分,即“露头”。这种方法叫矿苗追踪法,是明清时期常用的找矿方法,[1]166清代云南矿厂将“矿苗”称作“引”,《滇南矿厂图略》曾对不同的矿苗进行过总结[8]16。

找到矿苗之后,砂夫们随即跟随“砂线”探矿,并试采。乾隆十九年(1754),因发现石壁下附近的停砂垅有私自采矿活动,桂阳州同知“亲赴该地,慎选能识砂线之人,看明银砂线脉宽广若干,深长若干,可否再于附近多开数垅”。[10]卷14,260可见,探矿需要“能识砂线之人”,查看矿脉多宽、多深,如果砂线明显,即可试采。

史料中未记载有关郴桂矿厂如何寻找矿苗、跟随砂线探矿等事宜。倪慎枢在《采铜炼铜记》中指出铜矿的矿苗为绿色:“谛观山崖、石穴之间,有碧色如缕,或如带,即知其为苗。”[8]63《天工开物》详细记载如何通过银矿的矿苗找到银矿:“凡石山硐中有矿砂,其上现磊然小石,微带褐色者,分丫成径路。采者穴土十丈或二十丈,工程不可日月计。寻见土内银苗,然后得礁砂所在。”[7]314-315

2.2 开采

清代郴桂矿厂采用矿井开采法,随着“砂线”开采。乾隆十八年(1753),桂阳州“黑铅砂垅井深俱数十丈,竟有跟线东穿西曲,多至五六井者”。[10]卷14,234经过数十年的开采,绿紫坳、石壁下“垅路屈曲深远,上等砂苗,俱经陆续搜采殆尽”。[12]355史料中未记载郴桂矿厂具体的矿井开拓方法,《滇南矿厂图略》有较详细的记载。[8]18

从《湖南省例成案》中使用“凿采”“凿打”“凿通”等词可以看出,开采所用的工具为凿和锤,材质应为铁质。《滇南矿厂图略》记载清代云南矿厂开采使用槌、凿等工具。[8]20槌有两种:一种“以铁打,如日用铁槌,而形长七八寸,木为柄,左手持尖,而右手持槌,一人用之”;另一种“以铁铸,形圆而稍匾,重三四五斤,攒竹为柄,则一人双手持槌,一人持尖”。另有凿为“铁头木柄,各长有尺,形似铁撬”。民国初年常宁水口山土法采矿也用凿和锤:“左手执长二尺余之钢圆凿,凿端扁锐,如人形,右手执重五六斤之钢锤。”[17]1

郴桂矿厂的矿井有“土垅”与“石垅”之分。土垅即土质的矿洞,比较容易开采:“马家岭各矿,离城五六里、八九里不等,周围二十里四面皆矿,土垅易挖,出砂亦多。”[18]193但土垅也存在其他问题,比如桂阳州兴旺岭、万景窝锡厂由于是土垅,地势低洼,经常被水淹,时开时停,导致开采无法顺利进行。[10]卷17,70-71石垅难开采,郴州中兴、东坡等厂多为石垅,刨挖非常艰难。[18]采矿时,开采土垅比石垅获得的矿砂要多很多:“取矿者,遇土泥一人力日取至万斤,遇石沙日仅得数十斤。”[11]428井下开采一般需要支护,史料中未提到郴桂矿厂的井巷支护情况。郴桂矿厂的石垅,石质坚硬,不需要支护;而土垅,如果土质疏松,很可能需要支护,采用的应是中国传统的木框架结构。清代云南矿厂,土垅、石垅分别被称为“松塃”“硬硖”。[8]18

采矿时如遇坚硬难凿的岩石则会使用“火攻”。乾隆三十一年(1766),绿紫坳开采年久,矿洞底部的矿石被塃石包裹,开采困难,故“谕令夫长人等多备柴炭,用火攻去塃石”;[10]卷17,73石壁下子厂风垅“因砂质低薄,砂性坚硬,必用火攻,方可凿采”[10]卷17,74。这里的“火攻”应是明清时期采矿常用的“火爆法”,即用火烧岩石,然后泼冷水,使岩石裂开,便于开凿。明清时期,黑火药也被用于矿山爆破。[1]170民国初年常宁水口山土法采矿采用了“炸爆法”,即在凿子挖出的孔中放入炸药,点燃引线引爆,这种火药比普通火药多加了硝石,可增强爆炸力。[17]2清代郴桂矿厂也可能使用了黑火药。

开采出来的矿石由砂夫运出,而大量的废石则由穷民“背荒”而出。[10]卷14,244矿石、废石的运输应是人力用布袋背出或用竹箕拖出矿洞。《滇南矿厂图略》记载了清代云南矿厂使用的一种形如褡裢的麻布袋,两头为袋,装矿石、废石等,一头搭放在肩部,另一头垂落在臀部。[8]20而民国初年常宁水口山是用绳子拖曳篾制的箕,沿着木梯将矿石、泥土等运出。[17]2

2.3 矿井排水

清代郴桂矿厂采矿经常遇到矿井积水问题,必须抽干积水,才能采挖。[10]卷14,234乾隆三十年(1765),石壁下子垅新兴垅水淹停采,后雇夫车戽,将积水抽干,才开采到矿砂。而次年春,又被水淹,车戽不及,又停采。[10]卷17,75-76同年,万景窝锡厂因为雨水过多,以至于榨塘不时倒塌,且矿洞内水势太大,夫长备本车戽,修整榨塘。[10]卷17,71文中提到的“车戽”,是指用水车抽水,将矿洞里的积水排出洞外。这种水车的使用,需要设置“榨塘”,应该是两个水车之间储水的池塘,榨塘时常倒塌,需要修整。

中国古代曾用一种竹制或木制的长筒形排水工具,早在宋代,四川开采盐井时就用此工具来抽水,称为“唧筒”。[19]288《天工开物》记载:“井及泉后,择美竹长丈者,凿净其中节,留底不去。其喉下安消息,吸水入筒。”[7]149所谓“喉下安消息”,就是安装逆水阀。[19]288《滇南矿厂图略》则称作“水龙”,用于在矿洞里抽水:“或竹或木,长八尺至一丈六尺,虚其中,径四五寸。另有棍,或木或铁,或其长,剪皮为垫缀棍末,用以摄水上行。”[8]20材质为竹制或木制,为细长筒形,中空,中间有木铁或铁棍,在棍的末端安装有皮垫,用于将水提上。这种水龙需要大量的人力,每龙每班用丁一名,换手一名,每日三班,用丁六名,而且多条水龙要同时操作:“每龙为一闸,每闸视水多寡,排龙若干,深可六十闸,横可十三四排,过此则难施。”[8]20这种“水龙”在中国南方地区矿井排水时较常用。

清代郴桂矿厂很可能就使用这种竹龙或木龙。清末常宁水口山土法开采也用这种抽水工具:“抽水之器,截竹为之,俗称孔明车,一抽不盈升匀。”[20]5至民国初年,水口山仍在使用这种抽水器:“以长丈余之竹筒为之,下端接一四五寸之木筒,筒口固牛皮活办,另贯竹片,长约车半,上端为横柄,下端固一牛皮圆活办,一经抽送水,即逼开活办上冲,承以菱形之木,次第抽出。”[17]2

清代郴桂矿厂还采用开挖排水巷道来排水的方法,如兴旺岭锡厂由于地势低洼,凿通活水,砂装被淹,而需另凿水泄。[10]卷17,70

2.4 矿井通风与照明

清代郴桂矿厂采矿要求矿井内空气流通。矿井通风情况与季节有关,桂阳州“黑铅砂垅井……必须燃灯内照方可施工。一遇南风长发,气闭不通,灯不能燃,任有人力无可如何,所以每年秋冬旺于春夏”。[10]卷14,234石壁下长时间开采,出现“垅路深远,每逢夏季,南风当令,炎热熏蒸,多致闭气,点灯不燃,难以施工,俟暑退秋凉,方可采取”。[10]卷17,74可见,桂阳州春夏两季多刮南风,导致矿洞内空气不流通,无法照明,影响正常开采作业,秋冬更适合开采。

火爆法也要求矿井通风,有时需专门开凿通风巷道。乾隆三十一年(1766),石壁下子厂风垅火攻开采:“夫长上年凿穿通风太高,仍难爆火,又于五十垅之上另凿风路。现在督令夫长多催人夫昼夜轮班,两边凿打。据夫匠人等佥称,两边听闻锤声明朗,相隔不远。已据夫匠人等具限,准于五月可以凿通。”[10]卷17,74-75乾隆三十二年(1767),据记载李光华等夫长“承办大有、石壁二垅,两次凿打通风,岁经五载,费本万余”。[10]卷18,97为了能在石壁下等矿厂采用火爆法,于是开凿通风巷道,但第一次开凿巷道的位置太高,无法通风,又再次开凿,两头同时凿打。两次开凿通风巷道耗费大量人力,耗时五年之久,花费了大量的工本,足见其不易。

史料未记载清代郴桂矿厂的通风和照明用具。关于通风用具,《滇南矿厂图略》记载了一种“形似仓中风米之箱后半截”的“风柜”,[8]20另有民国初年常宁水口山采矿使用“鼓风器”通风:“有风箱、车二种,接以竹或木之长筒,为送风管。”[17]关于照明用具,《滇南矿厂图略》记载了一种叫作“亮子”的铁质油灯:“如镫盏碟,而大可盛油半斤,其柄长五六寸,柄有钩。另有铁棍,长尺,末为眼,以受盏钩,上仍有钩可挂于套头上。棉花槎条为捻,计每丁四五人用亮子一照。”[8]20水口山使用铜或铁质油灯:“锅形,系以长勾[钩],用盖或不用盖,灯草或面纱为心,均用桐油,每人八小时,给油四两。”[17]2清代郴桂矿厂大概亦用类似鼓风器和油灯。

3 结语

通过梳理史料中有关清代郴桂矿厂矿石的记载,笔者发现了两套认识矿石的术语。一套术语是《湖南省例成案》记载的乾隆年间郴桂矿厂各类矿业人员与各级官员所掌握的矿石的分类方法,即将铜矿石、铅矿石、锌矿石分别称作铜砂、黑铅砂、白铅砂。铜砂和白铅砂一般按品位高低分为上砂、中砂、下砂,而黑铅砂往往含银,品种最多,根据矿石的质地和品位,分为稻砂、焦砂等十余种名色,每种名色下又分上、中、下三等,每等之间还有差别,要根据铅银矿中铅、银含量的高低来定价。这种矿石的分类方法,应为当地矿业人员所用,而矿砂买卖和政府抽税也采用了这套术语。另一套术语是同治《桂阳直隶州志》记载的桂阳州产的矿石,是从金属矿物的质地、形态、色泽等来命名,且多是描述品位高的矿石,部分矿石可以根据名称推断出是哪种金属矿物,可能是编撰方志的地方士绅参考了不同于《湖南省例成案》这类地方行政法规的资料。为何会有两套不同的术语,目前无法判断其原因,有待对不同史料中矿冶知识的来源进行深入研究。郴桂矿厂的这两套术语,均不同于清代云南矿厂对矿石的描述,应该是郴桂矿厂所独有的。与云南矿厂相比,郴桂矿厂矿石品位较低,且使用更多种类的共生矿(如铅铜、铅银、铜砷、铜金、铅锌等),采用铅渣炼铜、硫化矿炼锌等特有的冶炼技术,有着独特的矿冶技术特征。

《湖南省例成案》载有乾隆年间郴桂矿厂找矿、开采、矿井排水、通风等采矿技术:采用矿苗追踪法找矿、矿井开采法开矿,遇到坚硬岩石时采用火攻法、用水龙排水、开凿通风巷道等。这些都是中国传统的采矿技术。郴桂矿厂的采矿技术在很多方面与云南铜矿开采技术相似,如矿井开采工具、使用火爆法、排水工具等。史料中有关郴桂矿厂采矿技术的描述较为简略,无法深入探究更加具体的矿井开拓技术、采掘工具、井巷支护技术等。清末民国时期常宁水口山土法采矿的记载也为认识清代郴桂矿厂采矿技术提供了更多技术细节。

近年来,考古工作者与地方文史研究者合作对郴桂地区明清采矿遗址进行了初步调查。遗址主要分布在桂阳县城附近的宝山、黄沙坪矿区一带,桂阳县北部的雷坪、绿紫坳矿区一带,以及郴州市区的柿竹园矿区一带。宝山、黄沙坪、柿竹园等矿区的古矿洞大多已被现代采矿业所破坏或覆盖。目前调查发现了九处采矿遗址,分别是桂阳县雷坪镇的万金窝、曲木遗址,桥市乡的老鸭洞、两头岩、观音窿、虾背、绿紫坳遗址,苏仙区的横山岭、野鸡尾遗址。这些采矿遗址矿洞洞口均被发现,一部分矿洞由于安全原因已被回填掩埋,如宝山、绿紫坳一带的矿洞;另一部分矿洞地处偏远,洞内地理情况复杂,无法进洞调查。从矿洞的洞口来看,这些矿洞很大,深不见底,或是垂直向下,或是倾斜向下,或是平着进入,有的是利用溶洞深入开采,未见支撑矿井用的巷木。据此可知清代郴桂矿厂开采规模大,需要大量的开凿、排水、通风等工作。

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矿洞三维建模的技术分析及作业研究
桂阳蔡伦