中國古代深井開鑿技術

中國古代深井開鑿技術

在古代鑽井科學技術史上,有記載的最早的鑽井活動,要追溯到公元前3世紀。最初是使用一種繩式頓鑽技術,用繩吊著金屬鑽具,依靠它下落時產生的重力向下掘進,然後用一種管狀容器收集提出岩石碎片。後來鑽井技術又有重大改進,最重要的是發明了流體技術,用泥水清除鑽屑。進到了這一步,說明鑽井技術完全成熟了。

簡介

中國古代深井開鑿技術 中國古代深井開鑿技術

古代開鑿深井,主要用於開採井鹽滷水,稱鹽井;後來發展到開採天然氣,稱火井。戰國末期秦國蜀太守李冰在今四川省雙流縣境內開鑿鹽井,汲滷煮鹽。北宋以前的鹽井都是大口徑的以陵井為例,井口“周回四丈”(《陵州圖經》),井深最大達到80丈。

卓筒井 北宋慶曆(1041~1048)皇(1049~1054)年間,在今四川五通橋鹽區和自貢鹽井出現了小口徑深井,稱為卓筒井。“卓筒”是直如竹筒的意思。鑿井時,用圓刃鐵銼,鑿出的井口如碗大,深數十丈,用巨竹去節,套接成為井壁。再用較細的竹子製成水桶,提取滷水,一桶可提數斗(《東坡志林》卷四)。四川各鹽區的卓筒井,有鹽井、火井和水火井三種,以鹽井為主。鹽井又有岩鹽井和滷水井之分。前者在鑽到鹽層後,注水浸滷,然後汲出。後者直接汲滷煮鹽。火井引出天然氣,作為煮鹽的燃料,水火井則兼采滷水和天然氣。卓筒井最初深數十丈,從明末到清中葉,井深迅速發展到二三百丈。清末,井深已達到三百二十丈。表明在這段時間內,鑿井技術出現了重大突破,這主要是發明了多種處理井中事故的工具,使井深有可能超過千米。

鑿井工具

開鑿卓筒井所用各種工具的形制和規格首見於明代馬驥《鹽井圖記》,但文存圖佚。後來,清丁寶楨等《四川鹽法志》及近人吳受彤等《四川鹽政史》都有詳細的鑿井器具圖說。《四川鹽法志》卷 3所載鑿井器具達41種,《四川鹽政史》卷2所載器具達72種(圖1[鑿井工具圖])。

鑽具

名目繁多,通稱為銼(鑽頭)。自貢井富榮鹽場鑿大口主要用“魚尾銼”,長一丈,重一二百斤不等。鑿小口主要用“銀錠銼”,重100斤到300斤不等。有時也用馬蹄銼。

清孔工具

名為“吞筒”,長一丈余,用南竹製成,去節中空,底端內部裝有“皮錢”(閥門),可以啟閉,用來汲取井中泥水及岩屑。

打撈工具

用來處理銼井事故,種類甚多。最常用的“掃鐮”,是用來打撈掉落井中的銼柄、篾索等,“五股須”,用來打撈釺頭等。

掃孔工具

最常用的有“海螺”和“刮筒”兩種。如井被泥塞住,可用海螺鑿通,然後用刮筒颳去井身附著的泥土。

護井裝備

卓筒井井身須用石圈和套管保護。

石圈

為方形石塊,中開圓孔,直徑一尺左右。

套管

宋代所用套管是用“巨竹去節”製成。明代套管有“木竹”和“竹”兩種。木竹是把圓木剖成兩半,中間挖空,然後用麻捆在一起,成為圓筒,再用油灰填塞縫隙。竹產於馬湖山,也要用麻捆裹,防止破裂。套管可以阻止井壁四周淡水入井(《蜀中廣記》)卷66引《鹽井圖記》。清代套管全用堅實圓木製成。

地面裝置

在地面豎立鑽架,裝置地滾、盤車和天車等。鑽架豎於井口之側,高一丈左右,上裝花滾子,後附長短踩架,架前另置一橫木,稱為碓板。碓板前端安裝一個可以轉動的鐵環,碓板上有麻繩,用來系住垂入井中的篾片。篾片首尾聯接,聯接處鋸有銜口,用苧麻縛牢。篾片長度由數丈以至數百丈,上端由花滾子通過地滾,繫於盤車上。銼井時,淺井常用人力輓車,深井用水牛拖車,開始用牛一、二頭,以後逐漸加至六、七頭。

施工程式

開井口

井位選定後,先開一圓井,深度以達到基岩為止。

下石圈

將石圈層壘於基岩之上,砌至與地相平。

銼大口

用魚尾銼等大型鐵銼,通過石圈向基岩衝擊。銼井時,數人在踩架上,用腳踏碓板末端,使之貼地,碓頭抬高,井下鐵銼系在碓頭上,也被抬高。腳鬆開後,碓和鐵銼下墜。這樣一起一落,連續不斷,即可將岩石舂碎。銼井時,一人在井前轉動碓頭上的環,銼在井下也隨之轉向,銼出圓孔(《四川鹽政史》卷2)。大口深度以銼至堅硬岩層,無淡水滲出為止。

扇泥

即清孔。將吞筒放入井底,使碎石泥砂隨水沖開皮錢進入筒中,然後用盤車提出。

下木竹

木竹每段長八、九尺,依次下入井中,上與地平。

銼小口

木竹安置後,換用銀錠銼等小型鐵銼,向含滷水岩層鑿進。在銼井過程中,隨銼隨即扇泥。扇起的泥,必須詳加考察屬於何種岩層,並詳細記錄,作為以後修理井身和另銼新井的參考。在鑿穿含滷水、岩鹽或天然氣的岩層後,即終止銼孔

總觀全井結構,下段(小口)井壁是堅硬的岩石,中段(大口)鑿孔較大,井壁為木竹;上段在木竹之外又加箍石圈。從地面至井底,井眼的大小是一樣的。

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