金属矿床地下开采(1)

1金属矿床地下开采主讲许梦国电话:68862412(办)13971364329E-mail:[e-mail][e-mail]2绪论1．采矿工程在国民经济中的重要地位采矿工业是一切工业的基础，主要的开采对象均是不可再生资源。近年来，许多矿产资源即将达到临界线，面临枯竭，这些均为采矿工业的发展带来了新的课题。推动采矿工业向高产、高效、安全、优质、环保和矿产综合利用的方向转变是一项十分艰巨和紧迫的任务。2．采矿工程的历史与现状3．采矿工程的未来4．采矿工程与其它课程的关系34567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、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。8二、金属矿的种类（一）金属矿石:作为提取金属成分的矿石，称为金属矿石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、镍、锑、钨、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。93、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，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。10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f=R/100(或f=R/10,R的单位为MPa)式中：R—矿岩的极限抗压强度，98.1kpa=1标准大气压或kg/m2。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。直接影响采矿方法选择及地压管理方法11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，掘巷道时采用超前支护的方法；b、不稳定的：允许不支护的暴露面积50m2；c、中等稳固：50～200m2；d、稳固的：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。12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。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碎涨性。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，铁矿石一般为1.6。13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、按矿体形状分类：a、层状矿床；b、脉状矿床；c、块状矿床。142、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°～50°；d、急倾斜矿体倾角大于55°。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0.8～4米之间；c、中厚矿体厚度在4～10—15米之间；d、厚矿体厚度为10—15～40米之间；e、极厚矿体厚度大于40米。1516第二章矿床回采单元的划分及其开采顺序第一节矿田和井田一、矿田：规划一个矿山企业开采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。17第二节阶段和矿块一阶段：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。二阶段高度：上下两个相邻阶段运输巷道底板之间的垂直距离，叫阶段高度。18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采单元，称为矿块。19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1矿体倾角小于或等于围岩的移动角时，应采取从上盘向下盘推进的开采顺序。2矿体倾角大于围岩的移动角时，一般采取先采上盘矿体后采下盘矿体的开采顺序。2021第三章矿床开采步骤和三级储量第一节矿床开采步骤金属矿山地下开采可分为开拓、采准、切割和回采四个步骤。这些步骤反映了不同的工作阶段。一、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并把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。22二、矿块采准采准是指在已开拓完毕的矿床里，掘进采准巷道，将阶段划分成矿块作为回采的独立单元，并在矿块内创造行人、凿岩、放矿、通风等条件。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，它可用下式计算：23三、切割工作切割工作是旨在已采准完毕的矿块里，为大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。四、回采工作切割工作完毕之后，就可以大量的采矿，称为回采工作。它包括落矿、运搬和地压管理三项主要工作。24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，则此矿块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。25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。26第二节矿石损失和贫化的原因一、矿石损失原因：1、开采损失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、未采下损失：设计应当开采而未采下的损失，留下各种矿柱而未采下的损失。2、非开采损失a、由于地质条件及水文地质条件而产生的损失b、留永久矿柱造成的损失二、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27第三节矿石损失与贫化计算矿石量平衡式T=Q－Q。＋R金属量平衡式Tα’=(Q－Q。)α+Rα”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）矿石损失率定义为：28Q。：损失储量，Q：工业储量，R：混入矿石的废石量废石混入率:贫化率：按定义，工业品位与采出品位之差与原矿品位之百分比（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ρr。29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一节矿床开采强度矿床开采强度是指矿床开采的快慢程度。一、年下降深度年下降速度是指由矿山测量人员按年初和年终测定的采场水平标高的差值。年下降深度可按下式计算:h=A(1-r)/SγK二、开采系数在某种情况下，用1立方米矿体的水平面积每年采掘吨数所表示的单位生产能力来评价矿床的开采强度。用下式来表示:CK＝A/S30第二节矿井生产能力一、确定矿井生产能力的依据矿井生产能力，是根据矿床地质条件、资源条件、技术经济条件，综合分析经济、技术、安全和时间因素决定的。二、矿山服务年限矿床工业储量、矿井生产能力和矿山服务年限之间有下列关系：A＝QS/T(1－r)31第三节对矿床开采的要求一、基本要求1．确保矿床开采工作的安全及良好的劳动条件2．提高劳动生产力3．不断提高开采强度4．矿石的损失贫化率要小5．降低矿石成本32二、对环境保护的要求1．保护大气、森林、水域和其他自然条件和地表建构筑物2．消除生产废料对环境的有害影响3．恢复因开采矿产资源而遭受破坏的农田和土地三、对开采技术水平的要求1．实现或完善矿山基本生产过程的机械化和综合机械化2．逐步实现工艺系统和主要生产环节的自动化3．研究组织管理的自动化33第六章矿床开拓方法第一节矿床开拓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：是依据主要开拓巷道的类型来划分的。34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35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、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。36二、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。37三、沿矿体走向平硐开拓法当矿脉侧翼沿山坡露出，平硐可沿走向前进，成为沿矿体走向平硐开拓法，平硐一般设在脉内。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。38第三节斜井开拓