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1、采矿工程学绪论第一章金属矿床的工业特征第一节矿石与废石和金属矿石的种类一、 一、 矿石与废石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，是随着国民经济的发展、矿山开采和矿石加工技术水平的提高而变化。例如，我国锡矿石的最低工业品位曾为0.8%，铜为0.6%。经过采矿、选矿工艺的不断改进，机械化程度

2、的提高，锡的最低工业品位降为0.20.3%，铜降为0.40.6。过去的废石，今天变成了矿石。又如湖北应城石膏矿：过去一直主要开采纤维石膏，将硬石膏作为废石处理，自从硬石膏在水泥工业中得到应用之后，当矿石开采。二、 二、 金属矿的种类（一） （一）金属矿石:作为提取金属成分的矿石，称为金属矿石。金属矿石种类分为以下几种：1、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）。2、按所含金属成分分单一金属矿石和多金属矿石。3、按金属矿物

3、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，称为自然金属矿石，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。品位：矿石中有用成分的含量。常用百分数表示。黄金等贵重金属矿石用一吨（或一立方米）矿石中含若干克有用成分来表示。按品位的高低，金属矿石可分为富矿和贫矿。以磁铁矿为例，品位超过55%为平炉富矿；品位在5055%之间为高炉富矿；品位在3050%为贫

4、矿。铜矿石的品位大于1%即为富矿，小于1%则为贫矿。 （二）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。第二节 矿石和围岩的物理力学性质1 、坚固性系数：矿石的坚固性是一种抵抗外力的性能（综合外力）。国内用矿岩的极限抗压强度来表示，即式中：R矿岩的极限抗压强度，。2、 稳固性：是指矿石或矿岩在空

5、间允许暴露面积的大小和暴露时间长短的性能。直接影响采矿方法选择及地压管理方法根据矿岩或矿石的稳定程度，可分为五种情况：a、极不稳固的：不允许有暴露面积，掘巷道时用超前支护； b、 不稳定的：允许不支护的暴露面积50；c、 中等稳固：；d 、稳固的：；e 、极稳固的：允许不支护的暴露面积 800。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。对放旷、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1820%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

6、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1.21.5，矾土矿为软岩，1.952.088。第三节 金属矿床分类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。1、 1、按矿体形状分类：a、 a、层状矿床；b、 b、 脉状矿床；c、 c、 块状矿床。

7、2、矿体倾角分类：a 、水平和微倾斜矿体 倾角小于；b、 缓倾斜矿床 倾角为；c、倾斜矿体 倾角为；d、极倾斜矿体 倾角大于。3、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0.84米之间；c、中厚矿体 厚度在41015米之间；d、厚矿体 厚度为101540米之间；e、极厚矿体 厚度大于40米。第二章 矿床回采单元的划分及其开采顺序第一节 第一节 矿田和井田一、矿田：规划一个矿山企业开采顺序的全部矿床或一部分。二、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。 第二节 第二节 阶段和矿块 一 阶段：在开采缓倾斜、倾斜和急倾

8、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。 二 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。 影响阶段高度的因素： a、矿体的倾角、厚度、沿走向的长度；b、矿岩的物理力学性质；c、采用的开拓方法和采矿方法；d、阶段开拓、采准、切割和回采时间；e、阶段矿柱的回采条件；f、每吨矿石所摊的基建开拓和采准费用；g、每吨矿石所摊的提升、排水及回采费用；h、地质勘探和生产探矿的要求，矿床勘探类型和矿体形态变化。三、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

9、采单元，称为矿块。第三节 第三节 盘区和采区一 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。二 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。第四节 第四节 矿床的开采顺序一 井田中阶段的开采顺序：1 上行式：先采下部阶段，后采上部阶段，由下而上逐个阶段开采。2 下行式：先开采上部阶段，后开采下部阶段，由上而下逐个阶段开采。二、阶段中的矿块开采顺序1、前进式；2、后退式；3、混合式。三、相邻矿体 第三章 矿床开采步骤和三级储量一、矿产开采分几步 开拓 采

10、准 切割 回采 第三章 矿床开采步骤和三级储量第一节 第一节 矿床开采步骤1、 1、 矿床开拓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、 2、 矿块采准采准系数：是每一千吨采出矿石量所需掘进的采准、切割巷道米数 。注：这个系数每届学生都错，错在采出的矿石量中包括混入的废石量。而不是纯矿石量。采准的工作比重：T采准切割巷道的采出矿量，T 矿块采出的矿量。3、 3、 切割工作切割工作是旨在已采准完毕的矿块里，为大

11、规模回采矿石开辟自由面和自由空间（拉底或切割槽），有的还要把漏斗颈扩大成漏斗形状（称为辟漏），以为大规模采矿创造良好的爆破和放矿条件。4、 4、 回采工作切割工作完毕之后，就可以大量的采矿，成为回采工作。它包括落矿、运搬和地压管理三项主要工作。第二节 三级储量1、开拓储量：凡设计所包括的开拓巷道均开掘完毕，构成主要运输，通风系统。并可掘进采准巷道者，则在此开拓巷道水平以上的设计储量2、采准储量：在已开拓的矿体范围内，按设计规定的采矿方法所需掘进的采准巷道均已完毕，则此矿块的储量，叫采准储量。3、备采储量：已做好采矿准备的矿块，完成了拉底空间或切割槽、辟漏等切割工程，可以立即进行采矿时，则次矿块

12、内的储量称备采储量。此量与采矿的损失贫化有关 如储量100t，回收率60%贫化率20%则采出矿石量。若按一年75万t的采矿量则需准备100万t的储量。所以三级矿量的叫法不如三级储量更直接更明确。第四章 矿石的损失和贫化第一节 矿石贫化的概念矿石损失：损失的工业储量与工业储量之比。矿石贫化：贫化率：矿石品位降低的百分比。废石混入率：采出矿石中的废石与采出的矿石重量百分比。损失贫化直接影响矿山的经济效益及国家有用资源的回收。第二节 矿石损失和贫化的原因矿石损失原因：1、开采损失a、 a、 采下损失：遗留在采场充填料中，遗留在采场内放不出来，运输途中损失；b、 b、 未采下损失：设计应当开采而未采下

13、的损失，留下各种矿柱而未采下的损失。2、非开采损失a、 a、 由于地质条件及水文地质条件而产生的损失b、 b、 留永久矿柱造成的损失矿石贫化的原因：1、采矿过程中废石的混入2、采矿过程中高品位粉矿的损失3、采矿过程中有用成分氧化或被析出第三节 矿石损失与贫化计算矿石量平衡式 T=Q。QR金属量平衡式 T=(Q Q。)+R”带入R=T+Q。-Q得称为间接法（用于不能进入采场测量的的采矿方法） （用于不能进入采场测量的的采矿方法）Q。损失储量 Q 工业储量 R 混入矿石的废石量废石混入率:将Q。=Q+R-T 代入金属量平衡公式得当矿石含品位时 =0，则。贫化率：按定义，工业品位与采出品位之差与原矿

14、品位之百分比（品位降低的百分率） 与不含品位时的废石混入率在数值上相等，但含义不一样，有的矿山就把矿石混入率当做贫化率 实际上 r。第五章 矿床开采强度、矿井生产能力及对矿床开采的要求第六章 矿床开拓方法第一节 矿床开拓一、 一、 矿床开拓：为了开采地下矿床，需从地面掘进一系列巷道通达矿体，使之形成完整的提升、运输、通风、排水和动力供应等系统，称为矿床开拓。为了开拓矿床而掘进的井巷，称为开拓井巷。 主要开拓巷道：运送矿石的开拓巷道，称为主要开拓巷道。如：平硐、竖井、斜井、斜坡道。 辅助开拓巷道：不运送矿石开拓巷道，称为辅助开拓巷道。如：通风井、溜矿井、充填井、副井。 开拓方法分类：是依据主要开

15、拓巷道的类型来划分的。二、 二、 开拓方法分类 单一开拓法：用一种开拓井巷开拓矿床 主要有：1 平硐开拓方法；2 斜井开拓方法；3 竖井开拓方法；4 斜坡道开拓方法； 联合开拓方法：用两种以上开拓方法开拓矿床平硐与井筒联合：平硐与盲（明）竖井平硐与盲（明）斜井明井与盲井联合：明竖井与盲竖井 明竖井与盲斜井 明斜井与盲竖井 明斜井与盲竖井第二节 平硐开拓方法 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。一、 一、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。二、 二、垂直矿体走向上盘平硐开拓方法当矿脉与山

16、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。三、 三、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。第三节 斜井开拓倾斜或缓倾斜矿体，即矿体的倾角为1520至45之间，矿体赋存在地平面以下，

17、矿体埋藏有不太深的中小矿山，地表无过厚的表土层，可采用斜井开拓法。按其相对位置有下列几种开拓法。一、 一、 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。二、 二、 下盘斜井开拓法一般与矿体倾角相同，也有伪倾斜的斜井，优点是：石门长度比竖井石门短得多。伪倾斜的角度换算:tg=sintg提升方式：2530 箕斗或台车2530 用串车18 可用钢绳胶带运输机运输第四节 竖井开拓 当矿体赋存在地平面以下，矿体倾角45，或15，而埋藏较深的矿体，常采用此开拓方法。一、 一、

18、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75更为有利缺点：石门长度随开采深度增加而增加。二、 二、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。三、 三、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。其他开拓方法本文在此不做过叙述。第五节 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

19、，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。一、 一、 斜坡道的类型1、 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1030。

20、2、 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。二、 二、 斜坡道的典型开拓法1螺旋式斜坡道 日本神岗矿枥原矿井五号矿体的螺旋式斜坡道开拓法。在矿体侧翼由+200m至0m阶段掘进螺旋式斜坡道，断面为43m2，最小曲率半径为15m，平均坡度为21，总长1200m 。由上而下开掘阶段巷道联通螺旋式斜坡道和 工作面，阶段巷道的断面为43m2 ,总长2000m。开拓工程完成后，无轨设备可从地面进入地下各个采矿阶段和 开出地面，不管哪个阶段需要，随时可以调去工作。

21、使用的无轨设备有：瓦格纳ST2B铲运机4台、加德纳丹佛掘进车2台、加德纳丹佛采矿车1台、格瓦纳人车一台、吉普车3台。2. 返式斜坡道开拓法 折返式斜坡道设在矿体下盘沿层移动界限以外。当斜坡道1通达某一阶段水平时进行折返，并在每一阶段水平折返处掘石门2通达阶段运输巷3。无轨设备可由地面经斜坡道进入各个阶段，各阶段采出的矿石则用无轨卡车运出地面。目前单独用斜坡道开拓法的矿山很少。国外许多竖井开拓时，都另设连通地表的辅助斜坡道，或各阶段运输巷道间用辅助斜坡道联通，以便无轨设备由地表进入地下各个阶段或一个阶段转移至另一阶段工作。图614是加拿大科里斯登镍矿所采用的下盘竖井并辅以斜坡道的典型开拓方法图。

22、图1是主井，选厂8设在主井口，斜井2原为副井，后又开掘进螺旋式斜坡道3，由地表往下一直回旋到深部。斜坡道断面为53.5m2，转弯半径为7m，斜坡道底板铺混凝土，顶板用杆柱和金属网支护。无轨设备可由地面经斜坡道开往地下，用分段巷道联通全部矿块。以后深部可用斜坡道开拓，不需延伸斜井，斜井已改为回风井和备用人行井。矿石自装载点用无轨设备运至主溜井，运距150t/h。矿石经破碎后由胶带输送机运至装载硐室，再由竖井箕斗提升至井口选场。三 螺旋式斜坡道与折返式斜坡道的对比 1、螺旋式斜坡道的优点 （1）由于没有折返式那么多的缓坡道，故在同等高程间，螺旋式较折返式的路线短，开拓工程量小； （2）与溜井等垂直

23、井巷配合施工时，通风和出渣较方便； （3）适合圆柱矿体的开拓。2螺旋式斜坡道的缺点 （1）掘进施工要求高（改变方向、外侧超高等）； （2）司机能见距离小，故安全性较差； （3）车辆轮胎和差速器磨损增加； （4）道路维护工作量大。3折返式斜坡道的优点 （1）施工较易； （2）司机能见距离大，行车较安全； （3）行车速度较螺旋式的大，排出有害气体量较少； （4）道路便于与矿体保持固定距离； （5）道路易于维护。4折返式斜坡道的缺点 （1）较螺旋式开拓工程量大； （2）掘进时需要有通风和出渣用的垂直井巷配合； （3）斜坡道布置的灵活性较螺旋式斜坡道差。四、螺旋式斜坡道与折返式斜坡道的选择 主要考虑下

24、列因素：1 1斜坡道的用途 如果主斜坡道用于运输矿岩，且运输量较大，则以折返式斜坡道为宜；辅助斜坡道可用螺旋式斜坡道。2 2使用年限 使用年限较长的以折返式斜坡道为好。3 3开拓工程量 出斜坡道本身的工程量外，还应考虑掘进时的辅助井巷工程和各分断的联络巷道工程量。4 4通风条件 斜坡道一般都兼作通风井，螺旋式斜坡道的通风阻力较大，但其线路较短。5 5斜坡道与分段的开口位置 螺旋式斜坡道的上、下分段开口位置应布置在同一剖面内，折返式斜坡道的开口位置可错开较远。第六节 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。一、平硐与盲竖井联合开拓法 适用条件：用平硐开拓的矿山，如

25、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。图6-15表示平硐与盲竖井联合开拓法竖井可采用盲竖井，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省内： 大多铁矿 平硐盲竖井 金厂峪金矿 龙庞家堡 1080平硐 850平硐之间用盲竖井贯通二、明竖井与盲井联合开拓法 1. 适用条件：主要适用于矿体走向长、厚度大、延伸较深的急倾斜矿体，由于深部开采第一期竖井延伸困难或因石门过长而凿一盲井与原有竖井接力转载联运 一般采深500米时，可考虑联合开拓 二段提升，两套设备，容易产生运输与提升间的不协调现象，故尽量少用二段提升的联

26、合方案第七节 主要开拓巷道评述 为了正确的选择开拓方法，必须了解各种主要开拓巷道的优缺点，兹将各种主要开拓巷道的特点评述如下：一、平硐与井筒（竖井和斜井）的比较 平硐优点： （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

27、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米以内为宜二、竖井与斜井的比较 1. 工程量：斜井长 石门短 井底车场简单 2. 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 3. 地压、支护：写景承压大，维护费用高 4. 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 5. 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 6. 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

28、简便、需要的设备和装备少，适合中小矿山 7. 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三、斜坡道与其它主要开拓巷道的比较 与竖井、斜井相比，斜坡道具有许多优点第七章 主要开拓巷道类型和位置的选择第一节 主要开拓巷道类型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

29、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） （1） 确保安全生产，创造良好的劳动卫生条件，建立完善的通风、提升、运输、排水、充填等矿山服务系统（2） （2） 技术可靠：满足矿山生产能力的要求，以保证矿山企业的均衡生产并顾及到矿山发展远景（3） （3） 基建工程少，投资省，经济效益好（4） （4） 不留或少留保安矿柱，以减少矿石损失（5） （5） 地表总平面布置应不占或少占农田 第二节 选择主要开拓巷道位置应考虑的因素当主要开拓巷道类型确定以后，就要确定它的具体位置。主要开拓巷道是矿井生产的咽喉，是