采矿学讲义

1绪论一、采矿学的研究范畴1、采矿学的定义：是研究在一定技术经济条件下，以一定的规模安全、经济、高效地开发自然矿产资源，同时维护采矿空间平衡和系统平衡的一门学科。2、采矿学研究的意义或使命：由于地壳演变过程中所形成的矿产资源具有不可再生性的特点，因此矿床开采是一次性完成的，不管资源多么丰富，储量多么大，总有开采完的那一天，在人类科学技术发展能够达到寻找出新的替代能源之前，我们只能研究如何采取措施最大限度的延长现有资源的使用寿命，如何保护好我们赖以生存的资源与环境等，不仅仅是我们这一代，两代人发展，还关系到我们的子孙后代的发展大计，这也正是我们国家为什么要把实现可持续发展定为基本国策的原因，通过采矿学的研究学习，我们可了解到节约资源与安全生产的重要性，取得经济效益与保护环境的相辅相成而非对立的关系，更好地为国民经济建设提供矿产资源；（1）国民经济建设需要大量的自然矿产资源，据统计80%以上的原材料源于矿产资源的开采。（2）经过了很多年的开采有些资源呈现枯竭趋势（耗竭性）、我国人口众多，人均资源占有量低，2010年前我国四十种主要矿物将有20种出现短缺（3）矿山安全生产形势严俊，各类矿山安全事故频发。（4）矿业开发带来的环境负效应：废石堆、尾矿库、露天坑、地下水等，有的地方对环境的破坏相当严重。（5）经济效益是保证企业健康发展的前提，也才能使企业良性发展，但是绝对不能片面追求经济效益，而冒险蛮干，不遵守经济发展规律。3、采矿学研究范畴包括三个层面：即两个平衡，合理的工程与工艺，设备设计参数选择；3.1采矿生产的两个平衡：空间的平衡、生产系统的平衡（1）空间平衡：A、地下矿工作面、采空区稳定；（不出现冒顶、透水等）B、露天矿不滑坡；（边坡稳定，不会出现大的边坡坍塌移动）C、通道准备始终保持超前于开采；（开拓、采准、切割、回采）（2）生产系统平衡：各生产系统间合理匹配（采矿、运输、提升、通风、排水、压气、供水、供电、通讯等各系统）。3.2采用合理的工程与工艺安全、高效、经济采用合理开拓方式（平硐、竖井、斜井等），地下采矿方法（崩落法，地表是否允许陷落？空场法空区如何处理？露天采用什么穿孔、爆破、采装、运输、排土工艺比较合适等？）3.3设备设计参数选择：型号、数量，匹配问题，（凿岩，运输，提升设备装备等的选择设计，地下以及露天工艺参数的选择设计等）二、矿业工程技术发展历程贯穿于采矿技术发展历史的主线是采矿方法的演变和采矿手段的进步。从石器时代原始的手工开采，发展到后来的爆破破岩、机械钻具，高效采装、运输；到今天的大规模的现代化开采；采矿技术发展基本体现在效率提高、劳动条件改善、生产的科学性等方面。在漫长的人类长河中，人类的采矿实践也经历了由手工到机械，由低级到高级，开采规模越来越大，生产技术越来越高，由初期的地表开采发展到现今的开采地下几千米的矿石，人类在采矿方面的技术取得了长足的进步，采矿工具或设备不断改进。绪论表1（见采矿学讲义图表部分PPT2）序号历史时期作业特征21原始开采利用简单工具机械力破岩（石器时代手工开采）2爆破破岩利用炸药破岩，提高了破岩效率（17世纪初黑火药的应用，是采矿工艺发生重大变化，1867年诺贝尔发明炸药用于爆破破岩）3机器的使用提升运输效率提高（18世纪工业革命后，机器的使用）4凿岩工具改善提高了穿孔效率，大规模提高了采矿效率（19世纪空气压缩机的出现导致风动凿岩机的发明，动力机械凿岩代替手工凿岩）5大规模机械化开采开采强度、效率提高（二十世纪初）6现代化采矿多学科知识应用，提高了生产效率与质量建国快60年了，我国的采矿业发展到今天，我国的采矿业已经有了飞跃发展，但是我们还应该充分认识到，我国的采矿业与世界上先进国家的采矿业相比还有一定的差距，还需要我们年轻一代继续去努力。三、两个专业方向学习的意义采矿专业：是最主干的专业基础课程，是各类设计的基础，学习采矿专业知识最主要的渠道，地下开采，露天开采等。矿物加工专业：了解开采过程，作为选矿技术、生产管理者的基本要求；了解开采带来的加工问题的原因（废石混入、矿石的贫化、合格块度等）等。四、矿床开采方式及其存在的基本问题（结合两个平衡）当前存在的开采方式：地下开采、露天开采、特殊开采（海洋、采砂、生物化学法等），常规的主要开采方式为地下和露天开采两种。常见的开采方式：(1)露天开采:剥离、穿孔、爆破、采装、运输、排土等工艺。(2)地下开采：开拓、采准、切割、回采等工艺。(3)露天、地下联合开采：露天开采浅层矿床，地下开采深部矿床。(4)特殊开采①大洋采矿②石材开采：③溶浸、溶解、熔融开采④月球采矿⑤煤矿中的“三下”开采五、当前的研究方向与学科发展*国内就我国行业现状，总体来讲不均衡，因体制、种类、规模不同差异较大，与国外存在一定差距（参考教材P6-15）。近些年来在本学科知识应用与研究方面主要有：（1）岩体力学及其应用；（一直接都在研究，只是进展不大，近些年计算机及大量软件的应用对于本学科的研究提供了方便）（2）充填技术的发展与应用；（近些年又热了起来）（3）现代决策技术的应用；（借助于新型的理论与技术如专家系统，决策支持系统等）（4）矿山环境保护与灾害防治；（人们的意识越来越强，这方面加强了）（5）与其他相关学科的渗透；（矿山行业取得了长足的进展）国外发展现状理论上与国内相差不大，与国内研究相比有以下特点：（1）研究更注重实效；（注重于解决问题，而我们只是停留在纸上居多，问题解决的少）（2）机械化、自动化程度高；（这是我们差距特别明显的地方，国外有无人矿山，我们还没有）（3）环保意识强；（水资源、土地、矿区生态环境的保护等）3（4）溶浸技术发展较成熟；（运用适当的化学溶剂，借助于某些微生物的生物化学作用，溶解、浸出、回收矿床和矿石中的有价值的成分。用于不能用常规采矿方法来经济地开采的潜在资源，可充分回收矿产资源）六、矿业面临的机遇与挑战1、对当前新一轮“采矿热”的认识客观地讲，当前我国矿产资源开发行业处在一个非常好的发展时期，国内经济快速发展增长的需要、国际原材料价格的提高使得矿产品价格成倍增长，形成了一股新的“淘金热”，使得矿业在前些年的劣势得以遏制，呈现出一派欣欣向荣的景象，但业内人士必须清醒认识到，国内矿业在环境保护、职业卫生安全、职工福利等方面还存在很多欠账，直接的矿山职工并没有获得多少待遇，福利并没有提高多少或者根本没有提高，环境保护依然很差甚至更糟，很多矿山企业只是在利用这个机会在片面地追求经济利益，其他的一概不管，我国矿业发展与西方国家存在较大差距，暂时的利润在扣减了上述支出后就不存在当前的“暴利”现象。2、必须清醒认识矿业发展面临的挑战①资源的枯竭与劣化趋势；（越来越明显，很多矿山要闭坑，资源越来越少等）②环保压力，当前清洁生产、无废（无害）矿山的发展；③传统学科与新兴学科的对比；④开采条件劣化；（矿石品位低，技术条件差等）七、关于我国矿山安全现状的认识1、我国矿山安全现状：地下采空区的威胁，尾矿库的问题，露天采坑闭坑等2、造成事故的原因简析：片面追求经济利益，国家监管力度不够等，没有形成一个良好的发展运行机制。八、学习要求与考核方式对于采矿方向的同学绝不能局限在课堂内容，广泛涉猎相关参考材料的内容，矿物加工专业方向的同学基本概念、基本方法必须清楚，以消化课堂教学内容为主。暂定闭卷考核4第一章矿床地下开采基本概念§1、矿床特征一、矿床分类一般按其矿体形状、倾角和厚度三个因素进行分类。（习惯上称为矿体三要素）。（1）按矿体形状分类1）层状矿体——这种矿体是一层一层的。多源于沉积或变质沉积矿床。特点是：①层状矿床的品位，倾角和厚度变化不大，比较稳定。②矿床规模比较大。③多见于黑色金属矿床。（乱矿多见）图1层状矿床（见PPT4）2）脉状矿体这类矿床主要是由于热液和气化作用，将矿物充填于地壳的裂隙中生成的矿床。特点是：①矿脉与围岩接触处有蚀变现象②矿床赋存条件不稳定；③有用成分含量不均匀；（品位变化大）。（有色金属，稀有金属及贵重金属硫矿床多属此类）。图2脉状矿床(见PPT5)3）块状矿床这类矿床主要是充填接触交代分离和氧化作用形成的。特点：①形状很不规则。呈不规则的透镜状，矿株等形；②矿体大小不一；③矿体与围岩的界限不明显；（2）按矿体厚度分类1）矿体厚度的概念：图3块状矿床（见PPT6）矿体厚度是指矿体的上盘与下盘之间的垂直距离或水平距离。前者称为矿体的真厚度，后者称为矿体的水平厚度。b——为垂直厚度；a——为水平厚度；地表αφab5下盘围岩上盘围岩夹石矿石φ——a与b夹角；α——矿体倾角；对于急倾斜矿体，常用水平厚度，对于缓倾斜矿体，水平或倾斜矿体常用垂直厚度。（也即真厚度。若文中不加说明时，一般指真厚度）。图4矿体厚度表示图（见PPT7）2）分类：可分五类①极薄矿脉矿体厚度在0.8米以下。（一个肩宽）开采时要采一部分围岩，才能保证正常的工作宽。（用浅孔凿岩开采的方法）②薄矿脉矿体厚度为0.8——4.0米之间,浅孔回采。③中厚矿体矿体厚度为4.0——10米之间。一般此时矿块沿走向布置，多用浅孔回采。④厚矿体矿体厚度为10——40米，（此时40米为使用沿走向布置与垂直走向布置矿块的界限，也可以用沿走向布置矿块）。一般用深孔回采。⑤极厚矿体矿体厚度40米以上，深孔回采。（3）按矿体倾角分类1）近水平矿体矿体倾角小于5°（包括微倾斜矿体）。可使用有轨或无轨运搬设备直接进入采场运搬矿石。2）缓倾斜矿体矿体倾角在5°——30°之间。可采用人力或电力，运输机等机械设备运搬矿石。3）倾斜矿体矿体倾角在30°——55°之间。可借助于溜槽，溜板或外力抛掷等方法，进行自重运搬矿石。4）急倾斜矿体矿体倾角应大于55°。可利用矿石自重的重力运搬方法。二、矿石和废石的概念（1）矿物——在地壳中，由于地质作用形成的自然元素和自然化合物，统称为矿物。（2）矿石——凡是在地壳中的矿物集合体，在现在技术经济水平条件下，能以工业规模从中提取国民经济必须的（有用的）矿物产品的都叫矿石。（3）矿体——矿石的聚集体叫矿体。（一个矿体是一个独立的地质体，具有一定的几何形状，具有一定的空间位置等）。（4）矿床——矿床是矿体的总称。（对于某一矿区而言，一个矿床由一个或几个矿体组成，矿床又可分为工业矿床和非工业矿床）。①工业矿床——在当前技术经济条件下，符合开采和利用要求的矿床叫工业矿床。②非工业矿床——与上述情况反之，叫非工业矿床。（5）围岩——矿体周围的岩石叫围岩。①上盘围岩——指矿体上部围岩。②下盘围岩——指矿体下部围岩。（6）夹石——夹在矿体中的岩石叫夹石。6图5矿体围岩表示（见PPT8）（7）废石的概念在采矿过程中所采出的围岩或夹石，一般称为废石。（或者说废石是：矿床周围的围岩以及夹石、根本不含有用成分或者含量过少，当前不宜作为矿石开采的称之为废石）。三、矿石品位的概念（一）矿石品位的概念通常我们把矿石中凡是可供利用的元素或矿物称为有用成份。矿石中所含有用成分的多少用品位来表示。所谓品位就是：矿石中有用成份的重量与矿石重量之比，常用百分数（%）表示。品位=矿石中有用成分重量/矿石重量×100%（或克/吨）一般金属品位是指矿石中该种金属元素含量的百分数。还有克拉/吨（金刚石），对于贵重金属（金铂等）矿石的品位是用克/吨表示。这是因为这些贵重金属在矿石中含量很少。四、矿石和围岩的性质★矿石和围岩的性质主要包括有：硬度、坚固性、稳固性、碎胀性、结块性、氧化性、自燃性及含水性等。（一）矿岩的硬度矿岩的硬度是指矿岩抵抗工具侵入的性能。矿岩的硬度取决于矿岩的组成，即取决于矿岩颗粒的硬度，形状，大小，晶体结构以及颗粒间胶结物的情况等，矿岩的硬度除了对凿岩有很大影响外，往往影响矿岩的坚固性和稳固性。（二）矿岩的坚固性人们在长期的实践中认识到，有些岩石不容易破坏，有一些则难于破碎。难于破碎的岩石一般也难于凿岩，难于爆破，则它们的硬度也比较大，概括的说就是比较坚固。因此，人们就用岩石的坚固性这个概念来表示岩石在破碎时的难易程度。亦有如下定义：矿岩的坚固性是指矿岩抵抗外力破坏的综合能力。坚固