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采矿基本知识

1采矿基本知识

1.1概述

1.1.1基本概念

（1）矿石：

凡是地壳中的矿物集合体，在现代技术经济条件下，能以工业规模从中提取国民经济所必需的金属或非金属矿物产品的，就叫矿石。

矿石的聚集体叫矿体，矿床是矿体的总称。

一个矿区，可由一个或若干个矿体组成。

（2）废石：

矿体周围的岩石（围岩）以及夹在矿体中的岩石（夹石），不含有用成份或含量过少。

当前不宜作为矿石开采的，则成为废石。

矿石和废石的概念是相对的。

品位（边界品位、工业品位）、储量、岩浆岩、沉积岩、变质岩

1.1.2矿石种类

（1）金属矿石

按所含金属种类的不同分为：

a.贵重金属矿石（金、银、铂等）；

b.有色金属矿石（铜、铅、镊、锑、钨、锑、锡、钼等）；

c.黑色金属矿石（铁、锰、铬等）；

d.稀有金属矿石（钽、铊等）；

e.放射性矿石（铀、钍等）。

按所含金属成分分单一金属矿石和多金属矿石。

按金属矿物性质、矿物组成和化学成分分为：

a.自然金属矿石：

金属以单一元素存在于矿床中的矿石，如金、银、铂等。

b.氧化矿石：

指矿石矿物的化学成分分为氧化物、碳酸盐及硫酸盐，如赤铁矿，红锌矿，铁锰矿，赤铜矿，白铅矿等。

c.硫化矿石：

即矿石矿物的化学成分为硫化物，如黄铜矿，方铅矿，辉钼矿等。

d.混合矿石：

矿石中含有前三种矿物中的两种以上的混合物。

（2）非金属矿石

石膏：

主要成分为硫酸钙，按其中含结晶水的多少又分为石膏和无水石膏两种。

石膏又称二水石膏，软石膏，水石膏。

纯理论含量：

氧化钙32.5%，三氧化硫46.6%，水20.9%。

由于形成条件不同，各矿床石膏化学成分也是颇有出入的。

硬石膏：

是一种含有各种杂质的硫酸盐。

理论成分为：

氧化钙41.2%，三氧化硫58.8%。

如云母，石墨，海泡石，归线石等。

1.1.3矿岩力学性质

（1）坚固性：

矿石的坚固性是一种抵抗外力的性能（综合外力：

工具冲击、机械破碎、爆破等作用力）。

国内用矿岩的极限抗压强度来表示。

硬度是抵抗工具侵入的性能。

强度是抵抗压缩、拉伸、弯曲和剪切等单向作用力的性能。

（2）稳固性：

是指矿石或矿岩在空间允许暴露面积的大小和暴露时间长短的性能。

a、极不稳固：

不允许有暴露面积，掘巷道时用超前支护；

b、不稳固：

允许不支护的暴露面积＜50m2；

c、中等稳固：

50～200m2；

d、稳固：

200～800m2；

e、极稳固的：

允许不支护的暴露面积＞800m2。

3、结块性：

指采下的矿石遇水和受压并经过一段时间后又连结成整体的性质。

对放矿、装车、运输不利。

4、氧化性和自然性：

指高硫矿石在水和空气的作用下，变为氧化矿石的性质。

氧化后的矿石，选矿回收率降低。

含硫矿石（含硫18～20%以上）具有自然性，即在空气中氧化、放热，导致火灾。

象山硫铁矿平均含硫18%，用无底柱分段崩落发，其覆盖矿岩应能粘结形成悬顶，使矿石回收率增加。

不能用留矿法，不能做崩落法的覆盖层，充填料

5、含水性：

矿石或岩石吸附和保持水分的特性叫含水性。

6、碎涨性：

岩石破碎后碎块之间有较大的空隙，其体积比原岩体积增大的性质称破碎性。

破碎后体积与原岩体积之比称碎涨系数（松散系数）。

一般坚硬岩石1.2～1.5，矾土矿为软岩，1.95～2.088。

1.2金属矿床的工业特征

1.2.1矿床的赋存要素

金属矿床的矿体形状、厚度及倾角，对于矿床开拓和采矿方法的选择，有直接的影响。

因此，金属矿床的分类，一般按其矿体形状、倾角和厚度三个因素进行分类。

按矿体形状分类：

a、层状矿床；

b、脉状矿床；

c、块状矿床。

按矿体倾角分类：

a、水平和微倾斜矿体倾角小于5°；

b、缓倾斜矿床倾角为5°～30°；

c、倾斜矿体倾角为30°～55°；

d、极倾斜矿体倾角大于55°。

按矿体厚度分类：

a、极薄矿体厚度在0.8米以下；

b、薄矿体厚度在0.8～4米之间；

c、中厚矿体厚度在4～15米之间；

d、厚矿体厚度为15～40米之间；

e、极厚矿体厚度大于40米。

1.2.2矿床的工业特征

赋存条件不确定

品位变化大

地质构造复杂

矿岩坚固

含水

采矿工作地点的流动性强

1.3金属矿床开采的基本要求

1.3.1概述

确保开采安全、劳动条件

符合环保

高效可持续：

劳动生产率、损失分化、矿石成本、开采强度

1.3.2金属矿开采单元的划分

1、矿田：

规划一个矿山企业开采顺序的全部矿床或一部分。

2、井田：

规划一个矿井开采的全部矿床或其一部分。

例：

古冶矾土矿即是一个矿田，国各庄采区为一个采区。

3、阶段：

在开采缓倾斜、倾斜和急倾斜矿体时，在井田中每隔一定的垂直距离，掘进一条或几条与走向一致的主要运输巷道，将井田在垂直方向上划分为矿段，这个矿段叫阶段。

4、阶段高度：

上下两个相邻阶段运输巷道底版之间的垂直距离，叫阶段高度。

5、矿块：

在阶段中沿走向每隔一定距离，掘进天井连通上下两个相邻运输巷道，将阶段再划分为独立的回采单元，称为矿块。

6、盘区：

为了采矿工作方便，将井田用盘区运输巷道划分为长方形的矿段，此矿段称为盘区。

7、采区：

在盘区中沿走向每隔一定距离，掘进采区巷道连通相邻两个盘区运输巷道，将盘区再划分为独立的回采单元，这个单元称为采区。

盘区相当于阶段，采取相当于矿块。

2地下采矿工程

2.1矿床的开拓方法

从地面掘进一系列巷道通达矿体，以便把地下将要采出的矿石运至地面，同时把新鲜空气送入地下污浊空气排出地表，把矿坑水排出地表，把人员、材料和设备等送入地下和运出地面，形成提升、运输、通风、排水以及动力供应等完整系统，称为矿床开拓。

2.1.1竖井开拓法

当矿体赋存在地平面以下，矿体倾角≧45º，或≦15º，而埋藏较深的矿体，常采用此开拓方法。

（1）下盘竖井开拓

在矿体下盘岩石移动带以外开掘竖井，再掘阶段石门通达矿脉。

这种方法在我国金属矿山应用最广。

优点：

井筒保护条件好，不需要留保安矿柱，矿体倾角大于75º更为有利

缺点：

石门长度随开采深度增加而增加。

（2）上盘竖井开拓

在矿体上盘岩石移动带以外开掘竖井，再掘进阶段石门通达矿体。

这种开拓方法与下盘竖井开拓比较存在严重的缺点。

主要是上部阶段要掘进很长的石门，基建时间长，基建初期投资较大。

（3）侧翼竖井开拓

井筒布置在矿体侧翼。

这种开拓方法井巷掘进和井下运输只能是单向的，掘进速度受到一定的限制。

2.1.2斜井开拓法

（1）脉内斜井开拓法

当矿体沿倾斜起伏不大，无褶皱和断层，才有可能采用脉内斜井开拓。

在我国小型煤矿采用的多，金属矿床一般变化较大，脉内斜井需留保安矿柱，又受甩车道的限制，故用的较少。

（2）下盘斜井开拓法

斜井布置在矿体下盘围岩中，斜井通过石门与矿体联系，石门长度比竖井石门短得多。

也有伪倾斜的斜井。

tgγ=sinβtgα

3、侧翼斜井开拓法

2.1.3平硐开拓法

当矿体（或其大部分）赋存在地平面以上时，广泛使用平硐开拓法。

（1）垂直矿体走向下盘平硐开拓

当矿脉和山坡的倾斜方向相反时，则由下盘掘进平硐穿过矿脉开拓矿床，这种开拓方法叫做下盘平硐开拓方法。

（2）垂直矿体走向上盘平硐开拓方法

当矿脉与山坡的倾斜方向相同时，则由上盘掘进平硐穿过矿脉开拓矿床，这种开拓方法叫做上盘平硐开拓方法。

采用下盘平硐开拓法和上盘平硐开拓法时，平硐穿过矿脉，可对矿脉进行补充勘探。

（3）沿矿脉走向平硐开拓方法

当矿脉侧翼沿山坡露出，平硐可沿矿脉走向掘进，成为沿脉平硐开拓法。

平硐一般设在卖内；但当矿体厚大且矿石不够稳固时，则平硐设于下盘岩石中。

这种开拓方法的优点是能在短期开始采矿；各阶段平硐设在脉内时，在基建期间便可顺便采出一部分矿石，以抵偿部分基建投资。

平硐还可补充勘探作用。

其缺点是平硐设在脉内，必须从井田边界后退开采。

2.1.4斜坡道开拓法

地下开采使用无轨设备之后，其开拓方式应作相应的改变，它的主要变化是要开掘供无轨设备上下通行的斜坡道，

斜坡道有两种：

一种是与地表相通的主要斜坡道。

另一种是连接阶段间的辅助斜坡道。

前者作为地下使用无轨设备出入地表的主要斜坡道。

斜坡道开拓法：

当斜坡道主要用于运输矿岩（无轨车辆）时，称为斜坡道开拓法。

当没有提升井筒时，斜坡道主要是供无轨设备出入并兼做通风和辅助运输之用，此时称辅助开拓巷道。

阶段间的辅助斜坡道几乎是必不可少的。

它不仅可以转移铲运机等无轨设备、同时也是行人、运料和通风的通道，也属于辅助开拓巷道。

（1）螺旋式斜坡道

圆柱螺旋线或圆锥螺旋线，根据具体情况可以设计成规则螺旋线或不规则螺旋线。

螺旋线的坡度一般为10％～30％。

（2）折返式斜坡道

是直线段和曲线段联合组成；直线段变换高程，曲线段变换方向，便于无轨设备转弯；曲线段的坡度变缓或近似水平；直线段的坡度一般不大于15%。

在整个线路中，直线段长而曲线段短。

2.1.5联合开拓法

用两种主要开拓巷道组合起来开拓一个或几个矿体，称联合开拓法。

（1）平硐与盲竖井联合开拓法

适用条件：

用平硐开拓的矿山，如果在平硐水平以下尚有一部分矿体时，则需用竖井进行下部矿体开拓。

竖井可采用盲竖井，也可以采用明竖井。

采用明竖井：

井筒石门长，井口安井架，工程量小

采用盲井：

井筒石门短，掘地下调车场和卷扬机硐室

（2）明竖井与盲井联合开拓法

（3）斜井与盲井联合开拓法

（4）斜坡道联合开拓法

2.2主要开拓巷道

2.2.1开拓巷道的特点

1、平硐与井筒（竖井和斜井）的比较

（1）基建时间短：

因为平硐施工简便，施工条件好，比竖井或斜井的掘进速度快得多

（2）基建投资少：

平硐的单位长度掘进费用比井筒低的多，维护费用也少，没有井底车场，洞口设施简单，布设井架，提升机房，所以投资费省

（3）排水费用低：

一般自流排水

（4）快事运输费用低：

平硐一般用电机车，用溜井下放矿石，比较井筒提升，运输费用低的多

（5）通风容易：

往往可自然通风，困难时期加扇风机

（6）生产安全可靠：

平硐的运输能力达，运人、运货安全性好

平硐优点很多，因此，埋藏在地平面以上的矿体，平硐开拓是首选方案，一般平硐长度限制在3000-4000米以内为宜

2、竖井与斜井的比较

工程量：

斜井长石门短井底车场简单

井筒装备：

竖井井筒装备复杂，而斜井内管道、电缆、提升钢丝绳比竖井长，即经营费用高

地压、支护：

写景承压大，维护费用高

提升：

竖井提升速度快，能力大提升费用低，斜井提升速度慢，能力小，设备修理，钢丝绳磨损大

排水：

斜井排水管道长，设备费，安装费，修理费较大，因管道阻力随管道长度恶热增加，故排水费用高

施工：

竖井比斜井容易机械化，采用的施工设备和装备较多，要求技术管理水平较高

斜井施工较简便、需要的设备和装备少，适合中小矿山

安全：

竖井井筒不易变形，提升过程中停工事故较少；斜井井筒易变形，提升容器易发生脱轨脱钩事故

3、斜坡道与其它主要开拓巷道的比较

掘进快，凿岩台车、铲运机效率高；多用途；工程量大。

2.2.2开拓巷道的选择

主要是根据矿山地形、地质条件和矿体赋存条件来选定（规模、深度；倾角；围岩性质）

国内：

赋存地平面以上的脉状矿床或矿床上部多采用平硐

赋存地平面以下的脉状矿床多采用竖井、斜井

对竖井、斜井：

建国初期，技术水平机械化程度低多采用斜井开拓，随着机械化程度和技术水平的提高，又多改用竖井。

因为竖井提升能力大、安全性好。

后来钢丝绳胶带输送机运输用斜井运输矿石，可把矿石直接运往选厂，生产能力显著提高，所以竖井开拓又有了很多优点，有了一定的发展前途。

斜坡道开拓：

国内外，把斜坡道作为主要的开拓巷道的为数甚少，多做辅助开拓巷道。

总之，开拓巷道类型的选择，必须满足下列要求：

（1）确保安全生产，创造良好的劳动卫