采矿概论.docx

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采矿概论

（1）边界品位

是矿体边界上矿石的最低品位，是划分矿石和废石、圈定矿体的标准。

矿体内的矿石品位都应高于边界品位。

（2）最低工业品位

能满足工业开采要求的矿体平均品位的最低值。

{总分、单科分}

3．矿石的种类

（1）按属性：

固相、气相（二氧化碳、硫化氢等）、液相（盐湖中各类盐类矿物、液体天然碱）；

（2）按属性：

非金属矿和金属矿；

（3）金属矿按所含金属种类：

贵重金属矿、有色金属矿、黑色金属矿（铁、锰、铬）、稀有金属矿（钽、铌等）、放射性矿（铀、钍等）、稀土金属（钪、钇、镧、铈等17种元素）；

（3）金属矿按矿物组成和化学成分分为：

①自然金属矿：

金、银、铂、铜；

②氧化矿石：

矿石矿物的化学成分为氧化物、碳酸盐及硫酸盐，如赤铁矿Fe2O3、白铅矿PbCO3；

③硫化矿石：

矿石矿物的化学成分为硫化物，如黄铜矿Cu2FeS2、方铅矿PbS、闪锌矿ZnS；

④混合矿石：

含前三种两种以上的混合物。

分采问题。

1.2.1与采矿有关的矿岩的一些基本性质

1．岩石的容重、体重

单位体积中原岩的重量，一般在2.3～3.0吨/米³，之间。

有色金属容重与岩石差不多，黑色金属矿石容重一般较重，可达3.5吨/米³。

2．块度

原岩崩落后，所形成碎石的尺寸大小称为块度。

一般为最大方向的尺寸，也可为三个垂直方向的平均尺寸。

采矿装运中，要求矿石尺寸不能大于某值，否则需要进行二次破碎，小于此值的块度即为合格块度。

合格块度一般为250～350mm以下。

3．碎胀性

碎胀性是矿岩崩落后，体积比原体积增大的性质。

常用松散系数λ来表示

式中，

V——矿岩破碎后的体积；

V0——矿山矿岩的原体积。

一般爆破后崩下的坚硬矿岩的松散系数为1.2～1.6，装入矿车等运输设备的松散系数为1.8～2.0。

6．氧化性

硫化矿氧化成氧化矿，降低选矿回收率。

7．自燃性

高硫矿石（18～20%以上时），具有自然性，引起地下火灾。

8．自然安息角

松散矿岩自然堆积时，将形成倾斜的堆积坡面，坡面与水平面的夹角即为自然安息角。

一般为30°～45°。

放矿、漏斗口设计等的重要参数。

1．矿岩的强度

矿岩抵抗各种外力破坏的能力。

抗压强度200～300至2000～3000公斤/厘米²，抗拉强度为抗压强度的1/10～1/50，抗剪强度为抗压强度的1/8～1/12。

要使岩石破坏，应尽可能使其处于拉伸或剪切状态。

2．矿岩的坚固性

岩石被破碎的难易程度。

坚固性所抵抗的外力，是一种综合外力（锹、镐、机械破碎、炸药爆炸等作用下的力）。

常用坚固性系数f表示，它反映矿岩的极限抗压强度、凿岩速度、炸药消耗量等值的平均值。

但目前常按下式计算：

f=R/100

常用的普氏岩石分级法就是根据岩石坚固性系数来进行的。

f一般介于1～20之间，石英岩、玄武岩等可达20，页岩、泥灰岩一般为3左右。

3．矿岩的稳固性

矿岩采出后，形成采空空间（区），为维持暴露空间不垮，矿岩允许暴露面积大小及其暴露时间长短的性能，叫矿岩的稳固性。

影响矿岩稳固性的因素极为复杂，到目前为止，还不能用一个统一的、完善的定量指标表示矿岩的稳固性，比较通用的办法是用采空区允许暴露面积的大小粗略地将矿岩稳固性分为五级：

（1）极不稳固：

不允许有暴露面积；

（2）不稳固：

允许暴露面积50m²以下；

（3）中等稳固：

允许暴露面积为50m2～200m2；

（4）稳固：

允许暴露面积为200m2～800m2；

（5）极稳固：

允许暴露面积为800m2以上，不支护在相当长时间内不会垮落。

第

（1）类很少遇见，第

（2）比第

（1）类多，（3）、（4）类最多，第（5）类介于

（2）和（3）（4）类之间

矿体产床

矿体埋藏要素反映了矿体的空间位置及尺寸。

主要有走向、倾向、厚度、延伸等。

（1）走向：

矿体在空间的水平延伸方向，用走向线与正北方向的夹角来表示。

走向线指矿体层面与水平面的交线。

（2）倾向或倾斜：

用倾斜线的水平投影与正北方向的夹角来表示。

所谓倾斜线是垂直走向线沿矿体层面下坡所引的直线。

倾斜线与水平面所成的夹角叫倾角。

通常倾角是指矿体下盘接触面的倾角。

矿体接倾角可分为：

①水平和微倾斜矿体——0～3-5°

②缓倾斜矿体——3-5～30°；

③倾斜矿体——30°～45°-55°；

④急倾斜矿体——45°-55°以上。

（3）厚度

指矿体上盘与下盘接触面间的垂直距离或水平距离，分别称为垂直厚度（真厚度）和水平厚度（假厚度）。

矿体的厚度在走向和倾向上都可能发生变化，描述中常采用平均厚度。

矿体有时会出现分枝、复合、胀大、缩小和尖灭等现象。

按开采技术条件，矿体厚度分为五类：

①极薄矿体——0.7-0.8m以下；

②薄矿体——0.7-0.8～2-4m；0.8～3

③中厚矿体——2-4～10-15m；3～10

④厚矿体——10-15～40m；10～40

⑤极厚度矿体——40m以上。

1．矿山开采方式

（1）露天开采

从地表直接采出有用矿物的开采方式。

包括

①机械开采：

用一定的采掘运输设备，在敞开的空间里从事开采作业，爆破开采法，切割开采法；

②水力开采：

借水枪喷出的高压水流冲采砂矿，用于松散的砂矿开采。

（2）特殊采矿法

①溶浸采矿法：

堆浸法、原地浸出、微生物采矿等。

铜矿、铀矿加硫酸，金矿加氰化钠

②钻孔水溶法：

采盐矿

③钻孔热熔法：

采硫

④植物采矿：

利用某些植物对某元素的富集性。

金、碘等。

（3）海洋采矿

①海滨砂矿开采

②海底锰结核开采

③海底热液矿床开采

④海水化学元素提取

⑤海底基岩矿床开采

（4）地下开采

（5）露天开采与地下开采对比

与地采对比露天开采

优点：

（1）开采空间限制小，有利于大型机械作业，劳动生产率高，比地采高2～10倍以上；

（2）开采成本低，低2～3倍；

（3）损失贫化小，损失率3～5％，废石混入率不超过5～10％；

（4）基建时间短，单位基建投资低；

（5）劳动条件好，工作较安全；

（6）对高温易燃矿体开采比地下开采安全。

缺点：

（1）初期投资大；

（2）环保能力差。

开采过程中粉尘、废气、排土场等可能污染江河、农田、土壤、大气等；

（3）排土场占地面积大；

（4）受气候条件影响大（严寒、冰雪、酷暑、暴风雨等）。

露天开采优点是主要的，在可能的情况下尽量采用。

一般地，

当矿体埋藏较浅时，采用露天开采，即为露天矿山；

当矿体埋藏较深时，采用地下开采，即为地下矿山。

取决于经济合理剥采比。

经济合理剥采比一般6～15，多为8～10，平均剥采比多为2～4。

A．硝铵类炸药

主要成份是硝酸铵（NH4NO3），此外加入适量的敏化剂、可燃剂和防水剂等。

a.铵梯炸药：

2#岩石炸药，85%硝酸铵（氧化剂），11%TNT（三硝基甲苯，为敏感剂，提高炸药的敏感度），4%木粉（可燃物，又起疏松作用防结块硬化）。

使用安全可靠；抗水性差，吸水性强，有效期半年。

贮存、运输、使用时应注意防潮。

b.铵油炸药：

硝酸铵92%，柴油木粉各4%。

这种炸药原料来源丰富，价格便宜，成本低，加工简便，安全可靠；威力较低，抗水性差，吸湿性强。

c.浆状炸药

在硝酸铵中加入TNT和水。

外观呈浆糊流质状。

如4号浆状炸药，成分有：

硝酸铵、梯恩梯、水、特种胶结剂、硼砂和尿素等。

其中水的作用是使硝酸铵溶解成饱和溶液状态，使之不再吸水。

即以水抗水。

成塑性胶状，密度1.4～1.55，能在深达15ｍ的水中放置30多小时，尚不失去爆炸性能。

B．硝化甘油炸药（胶质炸药）

硝化甘油、硝化棉、硝酸钾、木粉混合而成。

威力比A类大，抗水性强，价格贵，安全性差。

故除了在竖井掘进等有水的工作面作起爆药包外，一般很少使用。

C．乳胶炸药（乳化油炸药）

近年来使用越来越多。

由含氧酸盐（硝酸铵、硝酸钠、过氯酸钠、硝酸钾和硝酸钙等15～20种成份）的过饱和水溶液及含碳燃料、乳化剂、敏化气泡等构成。

不同于颗粒状、粉末状、单质等炸药，是一种油包水型的乳状液。

具有良好的爆炸性能和防水性能。

爆炸性能、防水性都较好。

2．起爆器材和起爆方法

（1）起爆器材

产生起爆能以引起炸药起爆的器材，包括雷管、导爆索、导火索、导爆管。

1）雷管

用来起炸药、导爆索、导爆管。

A．火雷管：

用导火索来引爆的雷管。

B．电雷管：

用通电点火来引爆的雷管叫电雷管。

即发电雷管和延期（秒、毫秒（微差））电雷管，段数可达20段。

C．导火索：

用来引爆火雷管。

D．导爆索：

用来传递爆炸波，并直接引爆炸药。

E．导爆管：

非电起爆器材，由塑料导爆管、非电毫秒雷管、联结元件、起爆枪等组成。

2）起爆方法

A．导火索起爆、电雷管起爆、导爆索起爆、导爆管起爆

B．起电线路：

串联、并联

2．井巷支护

（1）木材支护：

具有一定强度和可缩性，重量轻，容易加工，架设方便；耐火差，易腐朽、使用年限短，强度小。

用于地压小、服务年限短的井巷支护。

立柱、木棚子、木垛。

以松木为多。

（2）浇注混凝土支护

由水泥、砂子、碎石按一定比例混合并加水搅拌凝固而成。

支架材料强度高、整体性好、防火、防水、抗腐蚀、服务年限长，用于地压大，服务年限长、断面大的井巷。

劳动强度大，成本高，支护施工时间长。

一般为整体浇灌。

如铁路隧道

（3）喷射混凝土支护

以水泥、砂子、碎石作材料，按一定比例进行干料混合后，送入专门的喷射机中，以压缩空气为动力，使干料在喷嘴处与水混合成湿料，高速喷射到巷道表面，凝结硬化形成喷射混凝土支护层。

其特点是，能压入围岩的裂缝中胶结围岩，增加围岩整体性，封闭岩面，防止围岩进一步风化。

与围岩粘结成一整体共同承担地压，支护质量好、效率高、工艺简单。

缺点是回弹，既浪费支护材料，又恶化作业条件。

（4）锚杆支护

在巷道围岩中钻孔并安设锚杆。

楔缝式锚杆、树脂锚杆等。

悬吊作用；组合梁作用；加固拱作用

安装简便、安全可靠、不占巷道断面、成本低，但不能防止围岩的风化和锚杆间浮石的冒落。

（5）喷锚支护，喷锚网支护。

在地压较大的矿山有取代混凝土支护的趋势。

2.2.3天井掘进

（1）形状：

一般为矩形和圆形。

（2）断面尺寸取决于用途。

（3）凿岩爆破法

放矿格、梯子格。

梯子格内距工作面1.5-2米处设横撑支柱,铺木板，供凿岩作业．爆破前架设倾斜落矿台．

（4）吊罐法

　　　先掘一个１００～１５０mm的钻孔。

天井上部设游动铰车，通过钢丝绳升降供凿岩、装药作业的吊罐。

爆破前吊罐下放，躲避。

优点是改善了通风条件，效率较高，成本较低。

缺点是中央孔技术难度较大。

（4）爬罐法

　　　　罐笼沿着天井的一壁轨道升降。

（５）深孔爆破法

（６）天井钻机

2.阶段的开采顺序?

?

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下行式：

由上而下逐个（几个）阶段开采的方式。

上行式：

与下行式相反。

一般多采用下行式开采，因为投资少、投产快、便于探矿、安全性好。

上行式：

利用空区、涌水大

1．有关岩体移动的主要参数

矿石采出后原岩应力平衡遭到破坏，使围岩发生变形、位移、开裂、冒落等现象。

当岩移扩大到地表，地表产生移动和变形，形成下滑盆地和塌陷坑。

为保证安全生产，必须进行开采后地表及岩体移动范围的圈定。

采空区上部地表发生崩落和移动的范围分别叫做崩落带和移动带。

采空区边界与地表崩落带和移动带边线的连线和水平面之间的夹角分别叫做崩落角（陷落角）和移动角（错动角）。

上盘：

β；下盘γ；端部（侧翼）：

δ

一般来说，上盘移动角小于下盘移动角，下盘移动角小于侧翼移动角。

移动角比陷落角小5～20°

岩石名称

β（°）

γ（°）

δ（°）

第四纪表土

含水中等稳固片岩

稳固片岩

中等稳固致密岩石

稳固致密岩石

45

45

55

60

65

45

55

60

65

70

45

65

70

75

75

3.3.1矿石损失

1.矿石损失的原因

（1）开采损失

1）采下矿石损失

①遗留在采场充填料中的损失；

②遗留在采场内放不下来的损失；

③运输途中的损失。

2）未采下矿石失损

①设计应当开采采而未下的损失

②留下各种矿柱（间柱、顶底柱、点式）不能全部采出的损失

（2）非开采损失

1）由于地质水文等条件产生的损失

①断层、地质构成造成矿体破坏

②矿体边缘复杂，不能全部采出

③由于地下水较大，致使矿体开采损失

2）留永久矿柱造成的损失

为保护地表建构筑物而留保安矿柱。

2.矿石贫化的原因

（1）开采过程中混入的废石；

（2）开采过程中高品位粉矿损失；

（3）有用成分氧化或析出。

开拓方法的分类：

单一开拓法

1．竖井开拓法

（1）下盘竖井开拓法

（2）上盘竖井开拓法

2．缺点：

（特别上部）石门较长，基建时间和投资较大。

（3）侧翼竖井开拓

缺点：

掘进、运输只能单向。

2．斜井开拓法

（1）脉内斜井开拓

优点：

开拓量小；投产快；基建期顺便出矿；补充探矿。

缺点：

需留保安矿柱，受甩车道限制。

（2）下盘斜井开拓

（3）伪倾斜斜井开拓

3．平硐开拓法

①脉内沿脉平硐开拓法

优点：

投产快，有副产矿石，起探矿作用。

缺点：

脉内平硐维护困难，不利于运输。

（应采用后退式开采）

⑵脉外沿脉平硐开拓法

优缺点与上述相反。

实际生产中使用较多

4．斜坡道开拓法

（1）螺旋式斜坡道

（2）折返式斜坡道

二、螺旋式与折返式对比

螺旋式

（1）优点：

1）同等高程开拓工程量较小（少25％）；

2）与溜井等垂直井配合施工时，通风出渣较方便；

3）布置较灵活。

（2）缺点

1）掘进施工要求高；[定向、外侧超高等要求]

2）司机视距小，安全性差；

3）车胎差速器磨损大；

4）道路维护工作量大。

一、平硐与井筒比较

（1）优点

1）基建投资少、掘进支护费用低、不需提升设备、井架、井底车场等；

2）基建时间短，掘进速度较快；

3）排水费用低，不需排水设备、设施；

4）矿石运输费用低；

5）通风较容易，通风费较低；

6）生产安全性较高。

缺点：

使用受地形限制。

平硐开拓优点较为突出，只要地形允许应尽量采用。

主平硐一般不超过3000～4000ｍ。

4.2.1主要开拓井巷位置选择应考虑的因素及应遵循的原则

一、应考虑的因素

1）矿区地形、地质构造、矿体埋藏条件、岩石性质、水文等；[尽量布置在稳固的岩体中]

2）矿井生产能力及服务年限；

3）矿床勘探程度、储量及远景；

4）地下、地表的运输联系，开拓工程量；

5）改扩建矿山原有井巷及建构筑物的利用。

二、应遵循的原则

1）井巷出口在历年最高洪水位3ｍ以上，并且有利于重车下坡运行；

2）井巷出口不受滚石、山崩、雪崩危害；

3）避免压矿，尽量不留保安矿柱，位于移动带以外20ｍ以上；

4）有足够的工业场地（用于各种建构筑物，调车场、堆放场、空压机房等），同时尽量不占、少占农田；

5）开拓、生产费用最小；

6）运输功最小；

7）选厂应尽量利用山坡地形；

8）与外部联系方便（铁路、公路、选厂、冶炼厂）。

6.2.2全面采矿法

1.特点

工作面（掌子面）沿矿体走向全面推进，视采场顶板稳固程度，矿石品位，顶板弱面分布等情况来确定采场是否留矿柱或人工支柱。

2.结构参数P63。

矿块长度50～60ｍ，阶段高度受斜长限制15～30ｍ，斜长一般为40～60ｍ。

阶段间矿柱2～3ｍ。

间柱1.5～2ｍ。

不规则矿柱（点柱）直径3-6ｍ至6-9ｍ。

点柱间距8～20ｍ。

3.采切工作

沿脉运输平巷1、切割上山2、漏斗口（间隔5～7ｍ，口宽1.5～2ｍ）3，电耙硐室4（间距20ｍ）。

4．回采工作

（1）回采顺序：

从切割上山沿矿体一侧或两侧推进，矿体厚度小于3ｍ时，一次全厚回采，大于3ｍ时，采用梯段回采。

（2）落矿

炮孔梅花形排列。

孔深1.2～2ｍ，一次推进1.2～2ｍ。

（3）出矿

电耙，矿体较厚时，可用自行设备。

ssssssssssssssssss

（4）采场支护

留不规则矿柱、有时采用锚杆护顶、立柱、木垛支护等。

（5）采场通风

运输巷道→溜口→采场→上阶段平巷。

5．评价

优点

工艺简单，采切工程量小，生产率高，成本低（掌子面工效8～12ｔ/工班）

缺点：

损失率大于10～15％，顶板暴露面大，要求严格的安全控制。

适用条件：

（1）矿岩中等稳固以上；

（2）矿体倾角小于30°；

（3）矿体厚度5-7ｍ以下；

（4）矿体品位不均匀、矿体厚度不均匀、含夹石。

6.2.4（浅孔）留矿采矿法

1.特点

在急倾斜矿体矿块中采下的矿石仅放出1/3～40％左右，剩下的矿石暂留在矿房中作工作台，矿房采完后大量放矿。

2.结构参数

一般沿走向布置。

阶段高度40～60ｍ，矿块长度40～50ｍ，间柱宽6～8ｍ，顶柱厚度4～6ｍ，底柱：

电耙12～14；漏斗4～5ｍ。

漏斗间距5～7ｍ联络道垂高4～6ｍ。

3．采切工作

采准：

阶段运输巷道、采场天井、采场联络道、拉底巷道、漏斗颈等。

切割：

拉底层、劈漏。

4．回采工作

1）顺序：

自下而上分层回采，分层高度2～3ｍ，每分层中按凿岩、爆破、通风、局部放矿、撬顶、平场等作业循环。

2）落矿凿上向孔（矿石较稳固）或水平孔。

上向孔一般前倾75～85°，水平孔仰5～8°。

上向孔梯段工作面长10～15ｍ。

炮孔排列方式：

一字形：

矿岩易分离，厚0.7ｍ左右。

之字形：

爆破性好，易分离，0.7～1.2ｍ。

平行排列：

矿石坚硬，岩矿难分离，厚度较大。

交错排列：

梅花形，矿石坚硬，厚度大，应用最广。

3）通风

一侧采场天井—联络道—工作面—另一侧联络道—另侧天井—上阶段平巷。

4）放矿

局部放矿，放出30～40％，使回采工作面保持2.0～2.5ｍ，放矿后立即检查矿房顶板和上下盘，处理浮石、平整场地，采至顶柱后，进行大量放矿。

5.评价

（1）优点

结构及生产工艺简单，利用自重放矿，采准工程量小，留矿堆起一定支护作用。

（2）缺点

平场工作繁重，难于机械化、积压资金，矿体厚度较大时，损失率大，安全性差。

主要技术经济指标。

（3）适用条件

1）矿岩中等稳固以上；

2）急倾角矿体；

3）极薄和薄最好，中厚以上安全性较差；

4）矿石不结块、氧化、自燃。

6.变形方案

低阶段方案、下向分枝或上向分枝方案、不留间柱方案、无底柱方案、底部电耙出矿方案、倾斜工作面电耙出矿方案、平底结构方案。