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采矿与矿井排水
工业基石用竖井、坑道和排水系统开采地下矿藏
矿业工程工业
进阶级：需要一定工程知识和组织能力，成功后可奠定产业基础。
适用时代
古代至近代
难度
困难
风险等级
高
制作周期
长期
前置条件
铁镐、木支撑、辘轳、水泵/水桶、通风系统
原理
采矿是从地下提取有用矿物的过程。竖井是从地面垂直向下通达矿体的通道，巷道是水平或倾斜的地下通道。地下作业面临三大风险：坍塌、涌水和有毒气体。木支护（棚子）支撑巷道围岩防止塌方；排水系统（水泵、水车、水桶）将地下水排出；通风系统（自然通风或风箱）提供新鲜空气、排出瓦斯。
原料与配比
| 原料 | 用量 | 说明 |
|---|---|---|
| 木材 | 大量 | 支护棚架、井架、梯子 |
| 铁镐/铜镐 | 适量 | 凿岩掘进 |
| 绳索 | 大量 | 提升矿石和人员 |
| 水桶/水车 | 适量 | 排水 |
| 石灰/草木灰 | 少量 | 标记巷道、防潮 |
工具
- 铁镐、铁锤、凿子
- 木制手推车
- 辘轳与提升罐
- 风箱
- 油灯
操作步骤
- 勘探定位：通过地表露头、植物指示或简单探矿找到矿体位置。
- 开凿竖井：从地表向下开挖圆形或方形竖井，直径约 1-2 米，边挖边用木框支护。
- 开挖巷道：到达矿体后沿矿脉掘进巷道，顶部和两帮架设木棚支护。
- 通风：开凿两个以上竖井形成空气对流，或用风箱强制通风。
- 排水：在井底挖集水坑，用辘轳提水或安装水车、活塞泵持续排水。
- 采矿：用镐头沿矿脉凿下矿石，装入推车运出。
- 提升运输：用辘轳将矿石提升至地面，运至选矿场。
- 支护维护：定期检查木棚、井壁，发现变形及时加固。
注意事项
- 瓦斯爆炸：煤矿中甲烷聚集遇明火会爆炸，必须使用安全灯或加强通风。
- 塌方：支护不足或围岩破碎时极易塌方，必须紧跟掘进支护。
- 淹井：涌水量大时需优先建立排水能力。
- 现代复刻必须在专业人员指导下进行。
常见问题与解决方法
| 问题 | 原因 | 解决方法 |
|---|---|---|
| 竖井坍塌 | 土质松软或支护不及时 | 缩小断面，加密支护框 |
| 井下缺氧 | 通风不良 | 增加竖井，安装风箱 |
| 排水能力不足 | 涌水量超预期 | 建多级水车或畜力泵 |
| 矿石品位低 | 采到围岩或矿脉判断错误 | 重新勘探，沿富矿脉开采 |
升级方向
- 蒸汽排水泵：用蒸汽机驱动大功率水泵。
- 轨道运输：在巷道中铺设木轨或铁轨，用矿车运矿。
- 炸药破岩：用黑火药进行爆破开采。
- 选矿厂：地面建设破碎、洗选、冶炼配套。
参考来源
- 中国古代矿业史
- 《天工开物》五金篇采矿记载
- 矿井通风与支护安全公开资料