我國(guó)采礦技術(shù)的發(fā)明約可追溯到舊石器時(shí)代，當(dāng)時(shí)開采的是非金屬礦，其中主要是制作石器的各種巖石，另有少量的礦物顏料。新石器時(shí)代以后，人們又開采了陶土、玉石、媒玉、食鹽，以及燒造石灰的石灰石等非金屬礦。金屬礦開采技術(shù)的發(fā)明年代約與冶金技術(shù)相當(dāng)，當(dāng)時(shí)開采的主要是銅礦，相當(dāng)部分是自然銅，主要是露天開采，技術(shù)上也較為簡(jiǎn)單。

作為冶鐵用的鐵礦石的開采，中原地區(qū)應(yīng)始于西周時(shí)期，而西周時(shí)期，我國(guó)的采礦技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)繁榮期，特別是對(duì)銅、錫、鉛等金屬礦，玉石、食鹽等非金屬礦都已經(jīng)大量開采，煤玉在這一時(shí)期的采取量也有增加。我國(guó)古代地下開采的技術(shù)體系在這一時(shí)期便已形成。此外，滇池地區(qū)也在此期冶煉了不少的銅器和部分的鐵器，肯定也涉及到了鐵礦的開采。

到了春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，開采鐵礦開始興起，同時(shí)開采技術(shù)也有了不少的發(fā)展。由地上開采發(fā)展成了大規(guī)模的地下開采。這一時(shí)期，古人有效地采用了豎井、斜井、盲井、平巷相結(jié)合的開拓方式，初步解決了井巷支護(hù)、采掘、運(yùn)輸、提升、通風(fēng)、排水、照明等一系列復(fù)雜的工程技術(shù)問題。

從采礦技術(shù)的發(fā)展程序上看，大凡都是先有露采，后有坑采。在先秦古礦場(chǎng)中，保存較好、技術(shù)較為先進(jìn)的是大冶銅綠山和瑞昌銅嶺礦場(chǎng)，它們都是進(jìn)行過(guò)露采與坑采的。露采的對(duì)象是礦體較厚，品位較高，剝離層較薄的礦體。從考古資料看，我國(guó)露采的具體做法通常是：先開采礦體露頭，之后再將廢石回填到露天采場(chǎng)之內(nèi)。有的露天采場(chǎng)在后世又沿“廢石堆”，在回填底層下掘豎井，做坑采，即地下開采，地下開采的操作要點(diǎn)是：從地表處挖掘與礦體相連的巷道，建立完整的地下開采系統(tǒng)，集開采與挖掘、升運(yùn)、排水、通風(fēng)等于一體。

單一開拓法

該方法也被稱作群井開拓法，“鐵土山，銅落槽，金子順?biāo)堋！钡牟傻V俗語(yǔ)，至今還盛傳于南陵古銅礦一帶。常況下，會(huì)選擇銅草花繁密生長(zhǎng)之處，即兩山間的低洼部分，進(jìn)行淺地層群井開采，挖掘露頭礦，其中遍布有進(jìn)口沿山凹或山坡排列，間距為將近5米的豎井。群井的井深一般20~30米左右，估計(jì)單個(gè)井筒的壽命，正常服務(wù)時(shí)間僅數(shù)十天左右。早期開采以群井開采為主，同時(shí)也存在淺井和短巷結(jié)合采礦。群井開拓階段，井筒服務(wù)時(shí)間短，加之工作面小，礦工在礦井中作業(yè)艱難，因而效率很低。為了提高產(chǎn)量，需要多開工作面，增加地下采場(chǎng)的掘進(jìn)路線，于是在古礦區(qū)就出現(xiàn)了井巷聯(lián)合開掘方法。

井巷聯(lián)合開拓法

古往今來(lái)，采礦業(yè)常常會(huì)使用井巷聯(lián)合開拓法這一方法，它是指借助于平巷以及豎井到達(dá)礦體，從礦體中挖掘礦石。春秋時(shí)期，已經(jīng)成功地使用豎井、斜井、平巷聯(lián)合開拓，形成了完備的地下開采系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)巷道的端面較早期有所增大，斜井也已出現(xiàn)。斜井是指一種傾斜坑道，在礦體有著合適的傾角且較為穩(wěn)定之時(shí)，可從地表處沿著礦體或礦體底盤巖層處挖掘前進(jìn)。在開采技術(shù)史上，斜井的誕生可謂是一重大突破，其支護(hù)技術(shù)與掘進(jìn)施工的難度較大，傾角由25到70度不等，可見因地而異，古人從中得知，掘進(jìn)能夠沿著礦體的斜角，深度挖掘地下富含的礦藏資源，不但能夠節(jié)省工程，并且能夠探索礦藏，將之作為中段平巷的聯(lián)絡(luò)道。

戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的井巷明顯增大，豎井邊長(zhǎng)一般由120cm到140cm，平巷一般為120cmX150cm，采掘深度達(dá)到五六十厘米。在這一階段的采礦工作，應(yīng)將豎井或斜井拓展至礦體底盤，同時(shí)為了方便平巷進(jìn)入礦體，需將礦脈鑿穿，沿著水平方向，采用大方框平巷在富礦帶內(nèi)伸展，隨后采用小方框平巷，在其上端采集礦石，完成下層礦石的采集工作后，再采集上層的礦石，下層方框的頂梁，坐落著上層方框的底梁。經(jīng)過(guò)篩選之后，頂層采的礦石被運(yùn)往地面，而廢石以及貧礦石則填充至下層巷道，如此一來(lái)，通過(guò)對(duì)采空區(qū)的有效處理，為采礦安全提供有力保障的同時(shí)，減輕了大量廢棄礦石的運(yùn)輸量。①到了漢代以后，這種聯(lián)合開拓的技術(shù)更加成熟，由小規(guī)模的布局發(fā)展成為多中段的復(fù)合聯(lián)合開拓。回采、運(yùn)輸、排水、通風(fēng)等技術(shù)也相應(yīng)變的復(fù)雜。

方框支柱開拓法

該方法基于平巷以及豎井的支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用于采礦場(chǎng)的地壓管理中，建立了風(fēng)格不一的方框支柱開采形式。該方法常用于戰(zhàn)國(guó)后期的地下開采活動(dòng)當(dāng)中，可進(jìn)一步細(xì)分為進(jìn)路式、上向式以及下向式。其中，第二種方法具有較高的產(chǎn)能，并且對(duì)開采技術(shù)也提出了較高要求，它是基于第三種方式演變而來(lái)，而前兩種開采方式，則是基于群井開采發(fā)展變化而來(lái)。這一方法又可區(qū)分為五種：

單框豎分條開采。即在地表下挖掘多個(gè)井筒，一邊挖掘一邊開采，挖至一定深度，再開展平巷的挖掘工作。為了探尋到富礦，可下盲井，擴(kuò)幫以形成單框豎分條。單層小方框開采。特點(diǎn)是在井底開挖平巷或者斜巷，以追蹤富礦，并邊掘邊采邊支護(hù)。鏈?zhǔn)椒娇蛑еāＳ汕皟煞N發(fā)展而來(lái)，采用直接的方式，從豎井四壁擴(kuò)幫。拓展開采空間，進(jìn)而大幅增加井的回采工作面。其加設(shè)有框式支架，進(jìn)而給空區(qū)提供有效支護(hù)，由于處于相同水平面上，采用與鏈板極其相似的方式，將框架相聯(lián)起來(lái)，因此，被稱作鏈?zhǔn)街еā７娇蛑е畛浞āＴ谑褂迷摲娇蛑е耐瑫r(shí)，可填充采場(chǎng)、維護(hù)采區(qū)，采完一個(gè)分層，向上采另一個(gè)分層時(shí)，用以廢石與貧礦石填充。

火爆在礦物開采過(guò)程中的使用

火爆法在我國(guó)約始于新石器時(shí)代的采石作業(yè)，戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，人們又把它用到了采礦和水利開鑿中。考古發(fā)現(xiàn)湖南麻陽(yáng)戰(zhàn)國(guó)銅礦遺址時(shí)發(fā)現(xiàn)，部分戰(zhàn)國(guó)古礦的頂部或者側(cè)壁都有大面積的煙熏痕跡，推測(cè)大約便是火爆法留下來(lái)的痕跡，這估計(jì)也是我國(guó)火爆法使用于礦石開采的最早例證。《華陽(yáng)國(guó)志·蜀志》卷三中記載：李冰在修理河道時(shí)，若遇堅(jiān)石，“不可鑿，乃積薪燒之”。對(duì)堅(jiān)石灼燒，有時(shí)再潑水激冷，巖石便會(huì)爆裂開來(lái)。這是我國(guó)關(guān)于火爆法的較早記載。考古人員在調(diào)查湖北大冶、安徽南陵的一些漢代采礦遺址中，發(fā)現(xiàn)不少運(yùn)用“火爆法”破巖的遺跡，由此可見，運(yùn)用火爆法進(jìn)行工程破巖，漢代已經(jīng)比較普及。

除了采礦技術(shù)外，這里對(duì)相關(guān)采礦所用的支護(hù)框架設(shè)計(jì)作一個(gè)簡(jiǎn)單的說(shuō)明。首先豎井支護(hù)的核心功能在于抵擋壓力，在支架形式上，應(yīng)采用互相連接的框架，進(jìn)而減輕它對(duì)支架所產(chǎn)生的壓力。由于各地域和文化面貌不一，此類方框又具備一些自身特色。垛盤式框架、碗口結(jié)交互撐框架、碗口結(jié)加強(qiáng)式框架、日字形框架、榫卯結(jié)式框架以及碗口結(jié)式同向撐框架都是一些較為常見的支護(hù)形式。這里主要對(duì)榫卯結(jié)式以及垛盤式加以解釋。

榫卯結(jié)式框架由四根木料用榫卯法穿接而成，在鑿有榫眼的兩根木料的兩端削成尖狀，以便木楔入井壁進(jìn)而固定框架。為了避免四周圍巖坍落，加強(qiáng)空氣對(duì)流，為整體立井建立一個(gè)封閉式的井筒，礦工們常在框架外側(cè)四周圍巖的表層，采用拌有草莖的青膏泥進(jìn)行涂抹，甚至?xí)捎弥窬幙椢飳⒅畤。蟛糠钟眯∧竟骰蚰景迕芘抛o(hù)壁。

有的還在框架的兩根母榫上分別吊掛竹索，不僅增強(qiáng)了框架的牢固性，還有助于采掘上下之便。垛盤式框架是以粗圓木四根組成一組框架，兩端砍削出臺(tái)階狀搭口相互吻合，框架一組接著一組的排列，構(gòu)成密集式井筒。這種框架的每一構(gòu)件，只需要在木材兩端砍出階狀榫口，選材、制作簡(jiǎn)便易行，井下安裝也很方便，由于支撐點(diǎn)變多，其抗壓強(qiáng)度比其他形式木框要強(qiáng)。采用此框架支護(hù)，使得豎井的采掘面增大，采礦量隨之增多，是當(dāng)時(shí)用于采礦的采礦主井。

作為一種探尋富礦、采礦的核心建筑，平巷不但是用于挖掘礦石的工作面，并且也是一種通道，用于運(yùn)送礦石、生產(chǎn)用具。頂板巖會(huì)隨著巷道的開掘而暴露，巷道頂板有如一根承受著頂部壓力的“梁”。在荷載作用下，“梁”會(huì)彎曲，進(jìn)而導(dǎo)致位于巷道頂板附近處的巖石承受中間最大、兩邊遞減的拉力，巷道頂板便成了將壓力傳至巷道兩邊的自然平衡拱，而在兩端的巖石的受力超出其自身強(qiáng)度的情況下，會(huì)出現(xiàn)裂痕，為此相較于豎井而言，在支護(hù)方面，平巷比豎井難度更大，需同時(shí)抵抗頂壓以及側(cè)壓，相較于豎井而言，支護(hù)應(yīng)該更為牢靠，進(jìn)而為生產(chǎn)者的個(gè)人安全提供有力保障。

平巷支護(hù)框架結(jié)構(gòu)主要是開口貫通榫結(jié)框架、榫卯結(jié)立式框架、碗口結(jié)立式框架以及鴨嘴與親口混合立式框架。這里主要對(duì)鴨嘴與親口混合立式框架作以說(shuō)明。這種框架由一根小方木以及四根圓木木構(gòu)件構(gòu)成。其中，前者的兩側(cè)需嵌入立柱上方兩端的半榫中。后者則包括立于地梁兩端階狀榫面上的兩根立柱、兩端砍出臺(tái)階狀榫的一根地梁以及兩端搭接于立柱上端樹杈之上的頂梁。其中，立柱上端帶有天然樹杈，并需在其基部鑿出半榫，可將小方木兩側(cè)嵌入立柱上方兩側(cè)的半榫中。上述五根木構(gòu)件采用鴨嘴與親口混合的方式，形成了結(jié)構(gòu)科學(xué)、與力學(xué)原理相符、平巷建筑有著良好封閉性一組方框支架。由于支護(hù)牢固，不僅可以減少框架組數(shù)，還可以加寬巷道。

綜上可知，采礦支護(hù)方式的應(yīng)用，能夠有效承受圍巖的壓力，在挖掘中，扮演著重要角色。大體上，也能與礦工作業(yè)的安全要求相符。