采矿基本知识

1采矿基本知识11.1概述11.1.1基本概念11.1.2矿石种类11.1.3矿岩力学性质11.2金属矿床的工业特征21.2.1矿床的赋存要素21.2.2矿床的工业特征21.3金属矿床开采的基本要求31.3.1概述31.3.2金属矿开采单元的划分32地下采矿工程42.1矿床的开拓方法42.1.1竖井开拓法42.1.2斜井开拓法52.1.3平硐开拓法52.1.4斜坡道开拓法72.1.5联合开拓法82.2主要开拓巷道82.2.1开拓巷道的特点82.2.2开拓巷道的选择92.3辅助开拓巷道92.3.1副井102.3.2风井102.3.3阶段运输巷道112.3.4溜井112.3.5井底车场112.3.6硐室132.4地面辅助工程142.4.1生产设施142.4.2生活设施142.4.3地面管线142.4.4地面总图布置143采矿工艺143.1采矿方法概述143.1.1采矿方法分类143.1.2采切工程综述143.2落矿143.2.1凿岩爆破143.2.2浅孔落矿143.2.3中深孔落矿143.2.4深孔落矿143.2.5药室落矿143.2.6二次破碎143.3矿石搬运153.4采场地压153.4.1管理任务153.4.2管理方法154采矿方法154.1空场采矿法154.1.1留矿采矿法154.1.2房柱采矿法154.1.3全面采矿法154.1.4分段落矿阶段矿房采矿法154.1.5水平深孔落矿阶段矿房采矿法154.2充填采矿法154.2.1单层充填采矿法154.2.2上向分层充填采矿法154.2.3下向倾斜分层充填采矿法154.3崩落采矿法154.3.1无底柱分段崩落采矿法154.3.2有底柱分段崩落采矿法155平巷及硐室施工165.1平巷施工165.1.1凿岩165.1.2爆破165.1.3装载165.1.4支护165.2硐室施工165.2.1全断面法165.2.2台阶工作面法165.2.3导坑施工法165.2.4留矿法166斜井、天井施工166.1斜井施工166.1.1斜井内设施166.1.2166.2天井施工166.2.1普通法掘进天井166.2.2吊罐法掘进天井166.2.3深孔爆破法掘进天井166.2.4爬罐法掘进天井166.2.5钻进法掘进天井177矿井通风方法177.1矿井自然通风177.1.1矿井自然风的形成177.1.2自然压差的特征177.1.3矿井风流的自然分配177.2扇风机通风177.2.1矿用扇风机177.2.2扇风机工作177.3掘进工作面通风177.3.1平巷掘进通风177.3.2天井掘进通风177.3.3竖井掘进通风177.3.4风筒的应用178露天采矿工艺178.1露天开采基础知识178.1.1矿床的开采方法178.1.2露天采矿基本概念178.1.3露天开采步骤178.2穿孔爆破工作178.2.1概述178.2.2穿孔188.2.3爆破188.3露天矿采装188.3.1采装设备188.3.2采装工艺188.4露天矿运输188.4.1露天矿铁路运输188.4.2露天矿公路运输188.5露天矿排土技术188.5.1推土机排土方式188.5.2排土犁排土188.5.3前装机排土188.5.4挖掘机排土188.6露天矿新水平准备188.6.1新水平准备方式188.6.2新水平掘进方式189矿山环境保护、资源综合利用189.1矿山生产环境189.1.1矿山环境状况189.1.2矿山生产生态保护189.2矿山资源199.2.1我国矿产资源特点、问题199.2.2资源利用1911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；2e、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31.3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。45、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。5（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=sinβtgα3、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。6（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。72.1.4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％。8（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