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中国古代深井开凿技术

2023-04-06 21:08自然百科人已围观

[拼音]：zhongguo gudai shenjing kaizao jishu

[外文]：deep shaft sinking technique in ancient China

古代开凿深井，主要用于开采井盐卤水，称盐井；后来发展到开采天然气，称火井。战国末期秦国蜀太守李冰在今四川省双流县境内开凿盐井，汲卤煮盐。北宋以前的盐井都是大口径的。以陵井为例，井口“周回四丈”（《陵州图经》），井深最大达到80丈。

卓筒井

北宋庆历(1041～1048)、皇祐(1049～1054)年间，在今四川五通桥盐区和自贡盐井出现了小口径深井，称为卓筒井。“卓筒”是直如竹筒的意思。凿井时，用圆刃铁锉，凿出的井口如碗大，深数十丈，用巨竹去节，套接成为井壁。再用较细的竹子制成水桶，提取卤水，一桶可提数斗（《东坡志林》卷四）。四川各盐区的卓筒井，有盐井、火井和水火井三种，以盐井为主。盐井又有岩盐井和卤水井之分。前者在钻到盐层后，注水浸卤，然后汲出。后者直接汲卤煮盐。火井引出天然气，作为煮盐的燃料，水火井则兼采卤水和天然气。卓筒井最初深数十丈，从明末到清中叶，井深迅速发展到二三百丈。清末，井深已达到三百二十丈。表明在这段时间内，凿井技术出现了重大突破，这主要是发明了多种处理井中事故的工具，使井深有可能超过千米。

凿井工具

开凿卓筒井所用各种工具的形制和规格首见于明代马骥《盐井图记》，但文存图佚。后来，清丁宝桢等《四川盐法志》及近人吴受彤等《四川盐政史》都有详细的凿井器具图说。《四川盐法志》卷 3所载凿井器具达41种，《四川盐政史》卷2所载器具达72种(图1)。

钻具

名目繁多，通称为锉（钻头）。自贡井富荣盐场凿大口主要用“鱼尾锉”，长一丈，重一二百斤不等。凿小口主要用“银锭锉”，重100斤到300斤不等。有时也用马蹄锉。

清孔工具

名为“吞筒”，长一丈余，用南竹制成，去节中空，底端内部装有“皮钱”（阀门），可以启闭，用来汲取井中泥水及岩屑。

打捞工具

用来处理锉井事故，种类甚多。最常用的“扫镰”，是用来打捞掉落井中的锉柄、篾索等，“五股须”，用来打捞钎头等。

扫孔工具

最常用的有“海螺”和“刮筒”两种。如井被泥塞住，可用海螺凿通，然后用刮筒刮去井身附着的泥土。

护井装备

卓筒井井身须用石圈和套管保护。

石圈

为方形石块，中开圆孔，直径一尺左右。

套管

宋代所用套管是用“巨竹去节”制成。明代套管有“木竹”和“竹”两种。木竹是把圆木剖成两半，中间挖空，然后用麻捆在一起，成为圆筒，再用油灰填塞缝隙。竹产于马湖山，也要用麻捆裹，防止破裂。套管可以阻止井壁四周淡水入井（《蜀中广记》）卷66引《盐井图记》。清代套管全用坚实圆木制成。

地面装置

在地面竖立钻架，装置地滚、盘车和天车等。钻架竖于井口之侧，高一丈左右，上装花滚子，后附长短踩架，架前另置一横木，称为碓板。碓板前端安装一个可以转动的铁环，碓板上有麻绳，用来系住垂入井中的篾片。篾片首尾联接，联接处锯有衔口，用苎麻缚牢。篾片长度由数丈以至数百丈，上端由花滚子通过地滚，系于盘车上。锉井时，浅井常用人力挽车，深井用水牛拖车，开始用牛一、二头，以后逐渐加至六、七头。

施工程序 开井口

井位选定后，先开一圆井，深度以达到基岩为止。

下石圈

将石圈层垒于基岩之上，砌至与地相平。

锉大口

用鱼尾锉等大型铁锉，通过石圈向基岩冲击。锉井时，数人在踩架上，用脚踏碓板末端，使之贴地，碓头抬高，井下铁锉系在碓头上，也被抬高。脚松开后，碓和铁锉下坠。这样一起一落，连续不断，即可将岩石舂碎。锉井时，一人在井前转动碓头上的环，锉在井下也随之转向，锉出圆孔（《四川盐政史》卷2）。大口深度以锉至坚硬岩层，无淡水渗出为止。

扇泥

即清孔。将吞筒放入井底，使碎石泥砂随水冲开皮钱进入筒中，然后用盘车提出。

下木竹

木竹每段长八、九尺，依次下入井中，上与地平。

锉小口

木竹安置后，换用银锭锉等小型铁锉，向含卤水岩层凿进。在锉井过程中，随锉随即扇泥。扇起的泥，必须详加考察属于何种岩层，并详细记录，作为以后修理井身和另锉新井的参考。在凿穿含卤水、岩盐或天然气的岩层后，即终止锉孔（图2）。