第二章 “大发明” 第五十三节 铜矿
目录：初级春秋| 作者：法拉第| 类别：历史军事
//7kankan.com// 霍这个地方并不算一个城邑，只是一个土墙围成的大工场，直径大约100多米，北面靠着一个小山丘，铜矿就在那个山丘下。去看看小说网 w-W-w.7-K-aNKan.c-o-m。。附近一公里外还有另外一个山丘，也有矿井，以前挖出的矿石都运到这个工场里冶炼。
工场里现在只留下了一些农人和少数木、石工匠，由一个县正管理。他带着养敖等人来到废弃的工匠住房处，并召来一些农人帮助收拾房屋。姜海涛则利用晚饭前的时间，在一个随行的丱人带领下，参观工场里的冶炼设备。（丱（gan4），同矿。据《周礼·地官司徒》记：“丱人掌金玉锡石之地，而为之厉禁以守之。若以时取之，则物其地图而授之，巡其禁令。”今后为方便，将“丱人”改称为“矿人”。）
这个矿人，归辛，算是归豹的一个远亲，过去就负责掌管这个小铜矿，在铜矿废弃后回到胡城。这次得到归豹的指令，听说要重开铜矿，他一开始感到疑虑重重。在船上，归辛告诉姜海涛：当年这个铜矿挖出的矿石虽然品质还不错，但产量不算高，而且普遍比较深，都在15米以下；后来他们挖得越来越深，超过25米了，这时矿井里的渗水越来越厉害，巷道里不到半天就会积满水，人全都用去舀水了，实在无法采掘矿石；既然要重开铜矿，那应该是有办法解决这个问题了。
于是姜海涛告诉他，现在已经有了一种新工具，可以由上面的人快速把水提上去，这样下面的人就可以采掘矿石。归辛听后不太相信，于是姜海涛让人搬出了一个竹筒抽水机，在船边给他表演了一下。归辛之前就曾听说过新来的姜公子能造很多奇怪的东西，这时亲眼看到后还是感到惊奇万分——这水怎么能往上流呢？他拨动竹筒上的活塞问：“公子，这东西是不是有什么魔法，能像龙嘴一样吸水？”姜海涛只好给他讲解了一下真空、大气压的知识，可归辛还是一知半解。
现在归辛给姜海涛介绍工厂里的冶炼设备，就轮到他一知半解了。很多具体的操作技巧，比如用什么材料垒筑那个几米高的圆形炼炉，矿石要在一边的水槽里冲洗、选择，要和烧好的木炭轮流倒入炼炉上面的炉口，等等情况，姜海涛没有完全记住。但他还是结合自己在化学课上学过的知识明白了几个关键之处。
第一，是那个炼炉中进行的是燃烧和氧化还原反应：木炭燃烧产生一氧化碳，和铜矿石中的氧化铜反应，于是就还原出了铜。因此在这个反应中，鼓风非常重要。如果风力不够，那就只能产生二氧化碳，白白烧那些矿石。姜海涛专门询问了一下归辛：过去这个炼炉需要多少人鼓风。答案是三个人推拉一个橐，还有一人帮忙。姜海涛对自己“发明”的鼓风机能否在这里发挥作用已经有了很大把握。
第二，就是矿石要用水槽进行仔细的挑选，还要用木锤砸成合适大小的块。去看看小说网 w-W-w.7-K-aNKan.c-o-m。按照归辛的说法：矿石小了，会从炉上直接落下，无法变成铜，甚至让火燃烧不畅；矿石大了，又容易压坏下面的矿石、木炭。那个水槽挑选，则有点像淘金，是利用矿石在水中沉浮的快慢，挑出比重大的。比重大，就说明矿石里氧化铜含量高。听过介绍后姜海涛才知道，从井下挖出的矿石经过这次挑选后，一般只有三分之一左右拿去炼铜，其它的恐怕都只是无用的石头。
第三，炼炉的保温很重要，归辛就曾碰到过一个炼炉，当初垒筑时用料不当，结果使用时很耗费燃料，最后只好拆除了。姜海涛想不出什么材料保温什么材料不保温，但这让他想到了另外一个问题，那就是如果能利用炼炉里出来的热气，把需要吹入的空气加热一下，应该能节省不少燃料。物理课还是化学课上讲过类似的知识，叫做什么“余热利用”。姜海涛觉得炉口那冒出的热气肯定有几百度，没准还上千度，因为它肯定要比铜的熔化温度高一些。这么高的余热用来加热空气，应该很有效了。不过怎么利用这余热，恐怕要费不少事。
看来自己在这炼炉上还有一点改进的余地。姜海涛随后让归辛带自己去看看矿井，毕竟那里是重开铜矿的第一步。
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
工场北部靠近山丘下就有几个矿井口。来到洞头往下看去，底部黑压压的。姜海涛已经知道，矿工在下面是靠火把照明的。
井口是方形的，四面贴着一些木条、木板，用木棍顶住，防止井壁的土块、岩石落下。归辛指着井壁的木条说：“公子，你发明的那个框锯、刨子在这里会很有用。”“哦？”姜海涛看了一眼也明白了。下面那些木条、木板显然是用斧、楔裂出来的，尺寸不一。归辛在船上已经看到过工匠们用框锯、刨子、凿等工具造出规整的木条，又细又结实，还节省木料与时间。现在他自然就想到用这些工具造一种标准尺寸的木框、木板，更好地加固井壁。归辛随后说：下面挖矿的横向地洞里也需要用木料支撑，以前他们都只能挖一人左右高，怕撑不住，所以只能有一两名矿人同时干活；现在他觉得可以把洞口面积加大一些，保证两个人同时采掘。
姜海涛这时想起了一个问题，那就是竹筒抽水机的提水高度只有5米，现在这矿井已经深入到25米以下了，肯定就需要多级提水。归辛说这问题倒不大，因为这矿井原本每下去几米就有一层，而且面前这个井口也不是一直通到底的，今后可以在不同层设立抽水点，把水一层层抽上来。去看看小说网 w-W-w.7-K-aNKan.c-o-m。在他看来，这竹筒抽水机的工作效率要比过去的滑轮、水桶高，因为它操作起来方便，能连续提水。他还告诉姜海涛，换用新的木板、木棍支撑井壁后，应该能比过去更加严密，大大减少渗入的水量。这抽水速度和渗水速度是一个微妙的矛盾，过去也就是因为前面那个速度比后面的稍微低了一点点，结果就造成井下积水越来越多。现在抽水速度高一点、渗水速度降一点，就可以完全改变那种状况。
这时姜海涛也了解到，现在的矿井下有一些木板、竹筒拼接成的水道，专门用来排水的。那些横向巷道里都有坡度，于是水自动流向一些竖井。那些竖井的底部则有一水坑，上面有滑轮和木桶，有专人负责提水。另外，春秋人挖矿时都是先往下挖一段竖井，然后挖一段横的巷道采矿，采得差不多后再竖挖一段井。具体走向，一般是矿工根据地下情况推测哪个方向矿石最多，就往哪挖。为了防止地下空**太多，引起塌方，一些挑选出的废矿石还被送到采掘完的巷道，或者挖错的巷道里填上。特别是在往下采矿挖到很深后，他们又回返上来从某一处横挖过去，这时就很有必要把下面的空洞填上。
听到下面的通道如此复杂，姜海涛问了另外一个问题：通风。先前他以为这些矿井和电视上见过的煤矿、地铁一样，一个斜斜的地道通下去，然后横着往前挖。就算那样，越往里去肯定通风越困难。现在这下面居然横的竖的弯弯曲曲，除了人员呼吸还有火把燃烧，而且还那么狭窄，这不把人憋死？
归辛告诉姜海涛，通风确实也是一个大问题，但还没他想得那么要命。下面那些矿井大多不是只有一个出入口，一般都会和某一个长长的横巷道连着。这个横巷道有两个竖井，一个在他们山脚下，另一个则在山上。风会从下面的竖井进去，从山上那个竖井出来。有时候，他们还会在山上那个竖井的底部点个小火堆，那样风就更容易进入巷道了。姜海涛一下就明白，这是有点像大烟囱，利用热空气密度小的特点形成空气对流，帮助通风。不过对于那两个竖井在不生火时也能让空气流通，他琢磨了一会才明白过来：一个井口在山上，那里空气温度会比山下稍微高点。问过归辛，结果从侧面证实了姜海涛的推测：夏天时，这种高低竖井的通风效果要好一些。
为了通风而需要专门在高处打一口竖井，这自然会增加工作量。归辛在船上也见过了螺旋桨式鼓风机，但对姜海涛用竹管把新鲜空气直接送到井底的想法，则不太看好，觉得竹管太细长了，而且中间很容易漏风。
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
第二天，姜海涛和薳申、归辛他们首先制定了工作计划：少部分人修复生活设施；大多数工匠先制造所需工具，然后开始修复矿井，试验采掘，而且目标是往下挖。由于今后矿井里需要不少木支撑，因此框锯、刨等新工具的准备就花费了一天时间。然后他们又用两天时间造了一批备用的木板、木支撑，以及一台鼓风机、7台竹筒式抽水机。
2月11日，几名矿工开始修复第一口竖井。他们先拆除过去的木板，把井口扩大为1.5米见方，用木板支撑。归辛说这项工作比过去快多了，因为准备好的东西都是标准件，矿工只需要把木板拼装上去，然后把三根木棍横放在三面井壁上，最后一根木棍用木锤敲着贴到井壁，就完成了。木板的四边都有凹凸槽，可以和旁边的木板插上；木棍两端则有榫头和卯眼，正好互相插上。为了快速制造这些材料，工匠们还造了一些特殊形状的刨，能一次刨出木板边上的凹凸槽。第二天下午，这口竖井就修复到了过去的底部，25米深。
新支撑的优点马上就表现出来，因为井底的积水速度明显很慢，几名矿工觉得只有过去的三分之一。这时即便用过去的木桶，他们觉得也足以排除积水了。抽水机的表现也不错，可是现在却有点“大才小用”，只需要隔半小时抽一抽。归辛告诉姜海涛，后面把矿井加深，再横向挖掘巷道后，积水会明显增加，那时抽水机的作用就能更好地看出来。
鼓风机配合竹管送风，则像归辛感觉的那样，有点问题。虽然新鲜空气可以被送到井底，但鼓风机需要四个人轮流用力转动，而井底的风并不大。漏风问题没有预想的严重，但需要一些皮革材料连接竹管。姜海涛后来把竹管直径从5厘米增加到10厘米后，送风效果就明显好一些了，但这占用了不少井内空间。他也通过这发现，螺旋桨不太适合送那种强风，就是空气量不算大，但要求很有劲的风。姜海涛不由得对后面冶炼炉上用鼓风机产生了一点担忧。好在他有一招备用的，那就是和抽水机一样，从螺旋桨换成活塞。
姜海涛立刻画了一张设计图，上面是一个方方的箱子，侧面伸出一根拉杆。他告诉工匠们，这叫作“风箱”。
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外形是他从记忆中的革命题材电视剧上学来的，里面的结构则和竹筒抽水机类似，不外乎活塞板、皮革密封。不过在活门结构上，竹筒抽水机那种利用皮革弯曲的做法显然不行，于是他在活塞木板上设计了一个小木板活门。出口那也需要一个活门。活塞木板周围既要和木箱内壁尽量贴紧，防止漏气，还不能阻力太大。姜海涛刚开始和工匠们讨论具体结构时，曾经被这难住了。他打算一方面尽量提高木板与木箱的表面精度，另一方面是在木板周围包上皮革或麻布。不料当时就有几名工匠提出这样不方便，随后有人建议在木板周围粘贴或夹一些羽毛，利用它们来阻挡空气流过。
这第一台风箱体积不大，只有半米长，30厘米见方。它在第二天就代替螺旋桨式鼓风机进行了试验，效果非常好。于是姜海涛让两名木匠另外再造一个大一些的风箱，准备以后把它用到冶炼炉上，和橐、鼓风机进行对比。
现在渗水、鼓风问题都得到了很好的解决，于是竖井开始试验性地向下挖掘。归辛打算看看他们最深能到多少，这样也好确定他们今后还能从这个铜矿下获得多少矿石。
这时姜海涛见到了春秋人挖矿石的工具。它很像沙僧、鲁智深用的大铲，不过前面的铲头是石头磨制的。矿工举起石铲向井底砸，目的不是直接击碎石块，而是击打出一些裂缝。随后他们会把一些木楔插进去，用石锤敲打，这样就能扩大裂缝，把石块剥裂下来。姜海涛为了加快进度，和养敖商量后铸造了一个青铜铲，这下挖掘速度加快了不少。几名矿工，还有几名帮忙的工匠轮流作业，不停地挖掘。
两天后，竖井就已经加深了10米，达到35米。归辛非常兴奋，因为抽水机虽然已经增加到了八级，但表现仍旧不错。于是他立刻决定在原来的25米深度开始横挖巷道，正式开始采掘。竖井里的木板支护也表现良好，于是他决定把巷道的标准尺寸扩大为1.8米高，2.4米宽。过去它都不超过1.7米高、1.5米宽。姜海涛仔细问过这水平巷道的支护方式后，发现它和竖井周围的支护差不多，但更大一些，而且归辛这样扩大后，中间要增加一个支柱。虽然以前这个矿井没有挖过这么大的横向巷道，也没用过中间支柱，但其它诸侯国的矿井里用过。据归辛听说，他们的矿井巷道甚至可以达到近3米宽。这时姜海涛突然想起了一个重要结构——拱顶。
他让工匠们造了六根半米长的木梁，10厘米见方，两头有16度斜角。然后他把这六根木梁呈拱形地拼在地面，工匠们惊奇地看到它居然没有塌下去。姜海涛又让人垂直地压它们，让大家看看它到底有多结实。井和几名工匠很快就想明白了其中的诀窍。随后工匠们利用这种新原理，设计了一种带梯形木块的支护板，半米宽，六块拼成一个拱顶。这下矿井的宽度很容易就达到了近2米，而且中间不需要木梁或者木柱支撑。他们还觉得今后可以根据试用情况逐渐改善这个拱顶，加大巷道尺寸。
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随后的三天中，矿井的采掘工作进展顺利，归辛还利用风箱和抽水机的帮助，在这一个竖井下同时开挖两条水平巷道。另外一个竖井也开始修复和深挖，准备开始采掘。不过要重新开始冶炼，还需要挖掘几天矿石，冶炼需要的木炭也刚刚恢复烧制。于是姜海涛利用两天时间去了趟蓼城，看看船队的情况。
工场里现在只留下了一些农人和少数木、石工匠，由一个县正管理。他带着养敖等人来到废弃的工匠住房处，并召来一些农人帮助收拾房屋。姜海涛则利用晚饭前的时间，在一个随行的丱人带领下，参观工场里的冶炼设备。（丱（gan4），同矿。据《周礼·地官司徒》记：“丱人掌金玉锡石之地，而为之厉禁以守之。若以时取之，则物其地图而授之，巡其禁令。”今后为方便，将“丱人”改称为“矿人”。）
这个矿人，归辛，算是归豹的一个远亲，过去就负责掌管这个小铜矿，在铜矿废弃后回到胡城。这次得到归豹的指令，听说要重开铜矿，他一开始感到疑虑重重。在船上，归辛告诉姜海涛：当年这个铜矿挖出的矿石虽然品质还不错，但产量不算高，而且普遍比较深，都在15米以下；后来他们挖得越来越深，超过25米了，这时矿井里的渗水越来越厉害，巷道里不到半天就会积满水，人全都用去舀水了，实在无法采掘矿石；既然要重开铜矿，那应该是有办法解决这个问题了。
于是姜海涛告诉他，现在已经有了一种新工具，可以由上面的人快速把水提上去，这样下面的人就可以采掘矿石。归辛听后不太相信，于是姜海涛让人搬出了一个竹筒抽水机，在船边给他表演了一下。归辛之前就曾听说过新来的姜公子能造很多奇怪的东西，这时亲眼看到后还是感到惊奇万分——这水怎么能往上流呢？他拨动竹筒上的活塞问：“公子，这东西是不是有什么魔法，能像龙嘴一样吸水？”姜海涛只好给他讲解了一下真空、大气压的知识，可归辛还是一知半解。
现在归辛给姜海涛介绍工厂里的冶炼设备，就轮到他一知半解了。很多具体的操作技巧，比如用什么材料垒筑那个几米高的圆形炼炉，矿石要在一边的水槽里冲洗、选择，要和烧好的木炭轮流倒入炼炉上面的炉口，等等情况，姜海涛没有完全记住。但他还是结合自己在化学课上学过的知识明白了几个关键之处。
第一，是那个炼炉中进行的是燃烧和氧化还原反应：木炭燃烧产生一氧化碳，和铜矿石中的氧化铜反应，于是就还原出了铜。因此在这个反应中，鼓风非常重要。如果风力不够，那就只能产生二氧化碳，白白烧那些矿石。姜海涛专门询问了一下归辛：过去这个炼炉需要多少人鼓风。答案是三个人推拉一个橐，还有一人帮忙。姜海涛对自己“发明”的鼓风机能否在这里发挥作用已经有了很大把握。
第二，就是矿石要用水槽进行仔细的挑选，还要用木锤砸成合适大小的块。去看看小说网 w-W-w.7-K-aNKan.c-o-m。按照归辛的说法：矿石小了，会从炉上直接落下，无法变成铜，甚至让火燃烧不畅；矿石大了，又容易压坏下面的矿石、木炭。那个水槽挑选，则有点像淘金，是利用矿石在水中沉浮的快慢，挑出比重大的。比重大，就说明矿石里氧化铜含量高。听过介绍后姜海涛才知道，从井下挖出的矿石经过这次挑选后，一般只有三分之一左右拿去炼铜，其它的恐怕都只是无用的石头。
第三，炼炉的保温很重要，归辛就曾碰到过一个炼炉，当初垒筑时用料不当，结果使用时很耗费燃料，最后只好拆除了。姜海涛想不出什么材料保温什么材料不保温，但这让他想到了另外一个问题，那就是如果能利用炼炉里出来的热气，把需要吹入的空气加热一下，应该能节省不少燃料。物理课还是化学课上讲过类似的知识，叫做什么“余热利用”。姜海涛觉得炉口那冒出的热气肯定有几百度，没准还上千度，因为它肯定要比铜的熔化温度高一些。这么高的余热用来加热空气，应该很有效了。不过怎么利用这余热，恐怕要费不少事。
看来自己在这炼炉上还有一点改进的余地。姜海涛随后让归辛带自己去看看矿井，毕竟那里是重开铜矿的第一步。
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工场北部靠近山丘下就有几个矿井口。来到洞头往下看去，底部黑压压的。姜海涛已经知道，矿工在下面是靠火把照明的。
井口是方形的，四面贴着一些木条、木板，用木棍顶住，防止井壁的土块、岩石落下。归辛指着井壁的木条说：“公子，你发明的那个框锯、刨子在这里会很有用。”“哦？”姜海涛看了一眼也明白了。下面那些木条、木板显然是用斧、楔裂出来的，尺寸不一。归辛在船上已经看到过工匠们用框锯、刨子、凿等工具造出规整的木条，又细又结实，还节省木料与时间。现在他自然就想到用这些工具造一种标准尺寸的木框、木板，更好地加固井壁。归辛随后说：下面挖矿的横向地洞里也需要用木料支撑，以前他们都只能挖一人左右高，怕撑不住，所以只能有一两名矿人同时干活；现在他觉得可以把洞口面积加大一些，保证两个人同时采掘。
姜海涛这时想起了一个问题，那就是竹筒抽水机的提水高度只有5米，现在这矿井已经深入到25米以下了，肯定就需要多级提水。归辛说这问题倒不大，因为这矿井原本每下去几米就有一层，而且面前这个井口也不是一直通到底的，今后可以在不同层设立抽水点，把水一层层抽上来。去看看小说网 w-W-w.7-K-aNKan.c-o-m。在他看来，这竹筒抽水机的工作效率要比过去的滑轮、水桶高，因为它操作起来方便，能连续提水。他还告诉姜海涛，换用新的木板、木棍支撑井壁后，应该能比过去更加严密，大大减少渗入的水量。这抽水速度和渗水速度是一个微妙的矛盾，过去也就是因为前面那个速度比后面的稍微低了一点点，结果就造成井下积水越来越多。现在抽水速度高一点、渗水速度降一点，就可以完全改变那种状况。
这时姜海涛也了解到，现在的矿井下有一些木板、竹筒拼接成的水道，专门用来排水的。那些横向巷道里都有坡度，于是水自动流向一些竖井。那些竖井的底部则有一水坑，上面有滑轮和木桶，有专人负责提水。另外，春秋人挖矿时都是先往下挖一段竖井，然后挖一段横的巷道采矿，采得差不多后再竖挖一段井。具体走向，一般是矿工根据地下情况推测哪个方向矿石最多，就往哪挖。为了防止地下空**太多，引起塌方，一些挑选出的废矿石还被送到采掘完的巷道，或者挖错的巷道里填上。特别是在往下采矿挖到很深后，他们又回返上来从某一处横挖过去，这时就很有必要把下面的空洞填上。
听到下面的通道如此复杂，姜海涛问了另外一个问题：通风。先前他以为这些矿井和电视上见过的煤矿、地铁一样，一个斜斜的地道通下去，然后横着往前挖。就算那样，越往里去肯定通风越困难。现在这下面居然横的竖的弯弯曲曲，除了人员呼吸还有火把燃烧，而且还那么狭窄，这不把人憋死？
归辛告诉姜海涛，通风确实也是一个大问题，但还没他想得那么要命。下面那些矿井大多不是只有一个出入口，一般都会和某一个长长的横巷道连着。这个横巷道有两个竖井，一个在他们山脚下，另一个则在山上。风会从下面的竖井进去，从山上那个竖井出来。有时候，他们还会在山上那个竖井的底部点个小火堆，那样风就更容易进入巷道了。姜海涛一下就明白，这是有点像大烟囱，利用热空气密度小的特点形成空气对流，帮助通风。不过对于那两个竖井在不生火时也能让空气流通，他琢磨了一会才明白过来：一个井口在山上，那里空气温度会比山下稍微高点。问过归辛，结果从侧面证实了姜海涛的推测：夏天时，这种高低竖井的通风效果要好一些。
为了通风而需要专门在高处打一口竖井，这自然会增加工作量。归辛在船上也见过了螺旋桨式鼓风机，但对姜海涛用竹管把新鲜空气直接送到井底的想法，则不太看好，觉得竹管太细长了，而且中间很容易漏风。
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第二天，姜海涛和薳申、归辛他们首先制定了工作计划：少部分人修复生活设施；大多数工匠先制造所需工具，然后开始修复矿井，试验采掘，而且目标是往下挖。由于今后矿井里需要不少木支撑，因此框锯、刨等新工具的准备就花费了一天时间。然后他们又用两天时间造了一批备用的木板、木支撑，以及一台鼓风机、7台竹筒式抽水机。
2月11日，几名矿工开始修复第一口竖井。他们先拆除过去的木板，把井口扩大为1.5米见方，用木板支撑。归辛说这项工作比过去快多了，因为准备好的东西都是标准件，矿工只需要把木板拼装上去，然后把三根木棍横放在三面井壁上，最后一根木棍用木锤敲着贴到井壁，就完成了。木板的四边都有凹凸槽，可以和旁边的木板插上；木棍两端则有榫头和卯眼，正好互相插上。为了快速制造这些材料，工匠们还造了一些特殊形状的刨，能一次刨出木板边上的凹凸槽。第二天下午，这口竖井就修复到了过去的底部，25米深。
新支撑的优点马上就表现出来，因为井底的积水速度明显很慢，几名矿工觉得只有过去的三分之一。这时即便用过去的木桶，他们觉得也足以排除积水了。抽水机的表现也不错，可是现在却有点“大才小用”，只需要隔半小时抽一抽。归辛告诉姜海涛，后面把矿井加深，再横向挖掘巷道后，积水会明显增加，那时抽水机的作用就能更好地看出来。
鼓风机配合竹管送风，则像归辛感觉的那样，有点问题。虽然新鲜空气可以被送到井底，但鼓风机需要四个人轮流用力转动，而井底的风并不大。漏风问题没有预想的严重，但需要一些皮革材料连接竹管。姜海涛后来把竹管直径从5厘米增加到10厘米后，送风效果就明显好一些了，但这占用了不少井内空间。他也通过这发现，螺旋桨不太适合送那种强风，就是空气量不算大，但要求很有劲的风。姜海涛不由得对后面冶炼炉上用鼓风机产生了一点担忧。好在他有一招备用的，那就是和抽水机一样，从螺旋桨换成活塞。
姜海涛立刻画了一张设计图，上面是一个方方的箱子，侧面伸出一根拉杆。他告诉工匠们，这叫作“风箱”。
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外形是他从记忆中的革命题材电视剧上学来的，里面的结构则和竹筒抽水机类似，不外乎活塞板、皮革密封。不过在活门结构上，竹筒抽水机那种利用皮革弯曲的做法显然不行，于是他在活塞木板上设计了一个小木板活门。出口那也需要一个活门。活塞木板周围既要和木箱内壁尽量贴紧，防止漏气，还不能阻力太大。姜海涛刚开始和工匠们讨论具体结构时，曾经被这难住了。他打算一方面尽量提高木板与木箱的表面精度，另一方面是在木板周围包上皮革或麻布。不料当时就有几名工匠提出这样不方便，随后有人建议在木板周围粘贴或夹一些羽毛，利用它们来阻挡空气流过。
这第一台风箱体积不大，只有半米长，30厘米见方。它在第二天就代替螺旋桨式鼓风机进行了试验，效果非常好。于是姜海涛让两名木匠另外再造一个大一些的风箱，准备以后把它用到冶炼炉上，和橐、鼓风机进行对比。
现在渗水、鼓风问题都得到了很好的解决，于是竖井开始试验性地向下挖掘。归辛打算看看他们最深能到多少，这样也好确定他们今后还能从这个铜矿下获得多少矿石。
这时姜海涛见到了春秋人挖矿石的工具。它很像沙僧、鲁智深用的大铲，不过前面的铲头是石头磨制的。矿工举起石铲向井底砸，目的不是直接击碎石块，而是击打出一些裂缝。随后他们会把一些木楔插进去，用石锤敲打，这样就能扩大裂缝，把石块剥裂下来。姜海涛为了加快进度，和养敖商量后铸造了一个青铜铲，这下挖掘速度加快了不少。几名矿工，还有几名帮忙的工匠轮流作业，不停地挖掘。
两天后，竖井就已经加深了10米，达到35米。归辛非常兴奋，因为抽水机虽然已经增加到了八级，但表现仍旧不错。于是他立刻决定在原来的25米深度开始横挖巷道，正式开始采掘。竖井里的木板支护也表现良好，于是他决定把巷道的标准尺寸扩大为1.8米高，2.4米宽。过去它都不超过1.7米高、1.5米宽。姜海涛仔细问过这水平巷道的支护方式后，发现它和竖井周围的支护差不多，但更大一些，而且归辛这样扩大后，中间要增加一个支柱。虽然以前这个矿井没有挖过这么大的横向巷道，也没用过中间支柱，但其它诸侯国的矿井里用过。据归辛听说，他们的矿井巷道甚至可以达到近3米宽。这时姜海涛突然想起了一个重要结构——拱顶。
他让工匠们造了六根半米长的木梁，10厘米见方，两头有16度斜角。然后他把这六根木梁呈拱形地拼在地面，工匠们惊奇地看到它居然没有塌下去。姜海涛又让人垂直地压它们，让大家看看它到底有多结实。井和几名工匠很快就想明白了其中的诀窍。随后工匠们利用这种新原理，设计了一种带梯形木块的支护板，半米宽，六块拼成一个拱顶。这下矿井的宽度很容易就达到了近2米，而且中间不需要木梁或者木柱支撑。他们还觉得今后可以根据试用情况逐渐改善这个拱顶，加大巷道尺寸。
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随后的三天中，矿井的采掘工作进展顺利，归辛还利用风箱和抽水机的帮助，在这一个竖井下同时开挖两条水平巷道。另外一个竖井也开始修复和深挖，准备开始采掘。不过要重新开始冶炼，还需要挖掘几天矿石，冶炼需要的木炭也刚刚恢复烧制。于是姜海涛利用两天时间去了趟蓼城，看看船队的情况。
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