开春三月，黑石山的勘探队传回消息：那满山的“黑石”确实是煤，且是易开采的露天煤层。徐寿估算，仅已探明的表层储量，就足够北疆用上百年。
消息送到京城时，叶明正在格物院试制新一代“后膛掷雷铳”的装填机构。
听到煤矿的规模，他放下手中的撞针弹簧，对顾慎道：“世子，这煤矿必须开。但怎么开，得好好筹划。”
顾慎刚从兵部回来，盔甲都没卸：“老爷子说了，北疆出人出力，但要格物院出技术。开矿的工具、安全规程、运输方案，都得咱们拿。”
这任务不轻。大庆虽早有采矿，但多是铜铁小矿，像这般大规模的露天煤矿，前所未有。
周廷玉连夜翻查前朝矿典，只找到些零碎记载；徐寿带着工匠们研究现有的镐、钎、筐，摇头：“这些工具，采小矿尚可，采大矿太慢。”
难题摆在面前：如何高效采煤？如何保障矿工安全？如何将煤运出？
叶明召集众人，在黑板上写下三个词：“采”“安”“运”。
“先说‘采’。”他看向吴铭，“现有镐钎效率低，能否设计一种机械，代替人力破碎煤层？”
吴铭盯着“机械”二字，忽然想起一样东西：“院长，您记不记得我们研究蒸汽机时，那个‘蒸汽锤’的构想？若是做个大型蒸汽锤，用重锤砸击钢钎……”
“太笨重。”徐寿摇头，“矿山地形复杂，蒸汽机难移动。倒不如……”
他拿起一块煤，“这煤脆，用楔子劈，比硬砸更省力。”
林致远插话：“我在江南见过石匠开山——先在石上打孔，灌水冻胀，石头自裂。煤虽不似石头，但若先在煤层钻小孔，再插入楔子敲击，或能成片剥离。”
思路渐渐清晰：先研制轻便的“钻煤机”打孔，再用“劈煤楔”破开煤层。众人连夜画图。
钻煤机设计成手摇曲柄带动螺旋钻头；劈煤楔则是特制的钢楔，头部尖锐，尾部有套环，可用大锤敲击。
“再说‘安’。”叶明写下第二个字，“煤矿三大险：塌方、瓦斯、渗水。”
塌方需支护。胡师傅提议用“液压支柱”——其实是个简单的油压千斤顶，但这是格物院从未尝试过的领域。
徐寿带人试验了三天，做出个简陋版本：铁筒内装活塞，注入桐油，用手摇泵加压，可撑起千斤重物。虽粗糙，但比木柱可靠。
瓦斯最危险。
叶明记得前世煤矿用“安全灯”，原理是火焰被细金属网罩住，即便遇到瓦斯也不会引爆外部空气。他画出草图：铜制灯体，双层琉璃罩，中间夹极细的铜丝网。
“这网要细到火焰不能穿透，但又要透气。”胡师傅拿着草图琢磨，“琉璃丝网或许可行，但得试。”
渗水需排水。吴铭设计了个“脚踏水车”，用皮革做活塞，矿工踩踏踏板，可将低处积水抽到高处。林致远补充：“还可在矿道挖排水沟，汇集到蓄水池，统一抽出。”
“最后是‘运’。”叶明写下第三个字，“煤从矿坑到地面，再到使用地，需三次转运。”
矿坑内用“轨道矿车”——其实就是在木轮车上装铁轮箍，在木轨道上推行。这是从铁路得来的灵感，虽简陋，但比肩挑省力。
地面到堆场，设计“索道滑轮”——在两座山头间架设粗麻绳，挂上吊篮，利用重力滑运。这想法来自江南的渡河索道。
堆场到使用地，则靠马车或未来的铁路。
方案初定，格物院分成三组：徐寿带人攻关液压支柱和安全灯；吴铭和林致远负责钻煤机、劈煤楔、排水车；周廷玉则筹划物资调配和人员培训。
四月，第一批矿用工具制成。格物院在后山挖了个小型试验矿坑——其实是个废旧的黏土矿洞，加以改造。徐寿亲自下洞测试安全灯。
灯点亮时，众人在洞口屏息等待。洞内传来徐寿的声音：“灯稳！无异常！”
但测试劈煤楔时出了问题。楔子插入钻好的孔中，大锤敲下，煤是裂了，但楔子也被卡死，拔不出来。吴铭苦思三日，想出改良方案：在楔子尾部加个“退楔槽”，插入一根横杠，撬动便可退出。
最难的还是液压支柱。桐油在压力下会从活塞缝隙渗出，撑不了多久就泄压。换了牛油、鱼油、甚至蜂蜜，都不行。
最后还是胡师傅想起烧琉璃时用的“石墨粉”——那东西滑腻，混入桐油，竟大大减少了泄漏。
五月，改进后的全套工具运往北疆。随行的除了格物院匠师，还有二十名培训过的“矿工教头”——他们将在当地培训矿工。
顾慎再次请缨带队。临走前夜，他在格物院与叶明对酌。
“叶兄，”顾慎看着院中那盏试验用的安全灯，灯焰在铜丝网后稳稳燃烧，“你说咱们这么折腾，真能成吗？开矿可不是小事，万一出事……”
叶明给他斟满酒：“所以规程要严，训练要精。世子到了北疆，务必盯紧安全——宁可慢，不可乱。”
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