活塞 来自四川井盐开采的发明

    成都是井盐开采的发祥地。北宋的卓筒井工艺，还开创了人类机械钻井的新时代。卓筒井利用机械的顿钻技术凿井，大大提高了钻井深度，能更有效地开发地下卤源。卓筒井工艺中还有一项被忽视的技术：机械汲筒──英国学者李约瑟称作“抽液体的活塞唧筒”。它说明蜀人在世界上首先发明和使用了活塞机件。



　　圜刃



　　世界上最早的钻头



　　成都地区从战国开始的井盐开采，掘井的难度非常大，工人也常遭遇盐井坍塌、毒气泄漏等危险。这种状况直到北宋发明卓筒井才有所好转。卓筒井标志着钻井工艺开始取代挖井技术。卓筒井也是现代工业文明的油井、天然气井之雏形。之所以名为卓筒井，是因为垂直向下凿井，卓，即直立。由于开采过程竹子用量极大，又俗称竹筒井或筒井。



　　《东坡志林》说：“自庆历（1041—1048年）、皇祐（1049—1054年）以来，蜀始创筒井，用圜刃凿，如碗大，深者数十丈。以巨竹去节，牝牡相衔为井，以隔横入淡水，则咸泉（卤水）自上。又以竹之差小者，出入井中为桶，无底而窍其上，悬熟皮数寸，出入水中，气自呼吸而启闭之，一筒致水数斗。凡筒井皆用机械，利之所在，人无不知。”根据苏东坡的记述：蜀地始创卓筒井，用圜刃钻出直径如碗口，可达数十丈的深井。圜刃即钻头，是世界上最早的钻井工具。关于圜刃的形状，由于文献缺失，目前尚难以描述，一般认为，与后来的“鱼尾锉”之类钻具相似。使用时，先在井口构筑木制碓架，碓板的一端系着碓杆，碓杆下端绑上圜刃，工匠站在碓架上，往来踏动碓板，如同舂米一样踩动碓板，带动碓杆，击碎岩石，边凿边灌水，使井中的岩屑与水搅成泥浆。每钻一二尺深，起碓杆，再用汲筒将泥浆取出。然后下碓杆继续钻凿，如此反复，直到见咸泉（卤水）为止。凿井时还要用巨大的竹子去掉竹节后，牝牡相衔地连接成护井导管，放入井中。一是为防止井壁垮塌，二是在井凿成后能够阻隔地表淡水渗入井中，确保井下卤水浓度。钻井完工后，要用比护井导管稍细的竹子做成汲筒，放入护井导管，深入井底汲取卤水。



　　燊海井



　　世界第一口千米深井



　　值得注意的是，在称赞桌筒井技术时，人们往往忽视了苏东坡所说的一个重要器械：汲筒“无底而窍其上，悬熟皮数寸。”这是说汲筒的底部开孔，孔眼处悬缀数寸宽窄的皮钱（jiān，钱，古农具名，类似铁铲）。这种形如铁铲一样的皮钱，实际上就是能够自动开关的活塞阀门，所以，“出入水中，气自呼吸而启闭之。”究其原理：当汲筒深入井下，受到井下卤水压力，皮钱开启，卤水涌入汲筒；而往上提举汲筒时，皮钱在卤水的重力作用下，自动关闭。英国学者李约瑟的《中国科学技术史》称这种竹器汲筒是“抽液体的活塞唧筒。”不过，他认为可能是在16世纪中叶，耶稣会传教士将欧洲的双压水泵传入明朝后，中国受其影响而制造了这种先进的汲筒机械。显然，李约瑟并未读到苏东坡有关卓筒井的文章。实际上，远在11世纪，西蜀大地已经十分广泛地使用了这种活塞机件，比西方早四五百年。



　　东坡还说：“凡筒井皆用机械，利之所在，人无不知。”卓筒井利用机械的顿钻技术凿井，增强了安全系数，减轻了劳动强度，而且大大提高了钻井深度，从而更加有效地开发利用地下卤源。到道光十五年（1835年），四川富顺的燊（shēn）海井深度达到1001.4米，成为世界上第一口超千米的深井。