2005采矿学基础课

采矿学基础杨眉中国地质大学第一章绪论第一节采矿及其意义一、矿产资源与采矿矿产资源，简称资源，是指赋存于地下或地表由不同的地质成矿作用形成的固体、液体和气体的自然富集物质体，其产状，空间分布、形态、规模和质量，在当前或未来的技术经济条件能被开发利用，具有现实和潜在经济意义的物质。矿物的存在不一定就成为矿产资源。“可利用”和“潜在可利用”是成为矿产资源的前提条件。它具有两层含义：一是可获取性，即矿物的存在形式，存在环境及其富集程度与数量，能够使人类在现有的潜在的技术条件下将其从地壳中挖掘出来，并从中提取出有用的矿产品，；二是可盈利性，即从地壳中获取的矿产品，在现有的或潜在的经济环境中可为获取者带来盈利，。因此在正常的市场经济条件下，矿产资源必须同时具有可获取性和可盈利性两重性。采矿的目的是取得矿产资源。采矿的任务是用经济安全合理的方法把矿产资源开采出来，并最大限度的获取盈利。采矿工作的对象是种类繁多的矿床，这些矿床的形态、大小、埋深、地形、地质、水文地质、矿体围岩物理力学性质、地质、地温都有不同，所以采矿方法也就有所差异。矿床开采方式分为露天开采、地下开采和海洋开采。露天开采又分为原生矿床开采和砂矿开采。二、采矿在社会经济发展中的地位1、采矿活动与矿物利用推动了人类历史的进步;2、采矿业在现代工业经济中的具有重要地位;表现在：（1）首先，采矿工业是许多工业的基础，为许多工业和农业提供原材料和辅助材料。（2）其次，国民经济的发展和人类生活水平的提高与矿产开发和利用有着密切的正比关系，人均矿产品消耗水平已成为衡量一个国家发展程度及其国民生活水平的一个重要指标。3、我国是发展中国家，在走向发达的相当长的一个时期内，我国将处于矿产资源高消费阶段，采矿业对于我国社会经济发展至关重要。第二节矿床主要工业指标及其对采矿的影响一、几个基本概念矿体：指在地壳中矿石的天然聚集体，具有一定的质量界限、一定的空间位置和几何形状。工业矿床：在目前技术经济条件下，符合开采和利用要求的矿床。围岩：矿石周围的岩石。夹石：夹在矿体中的岩石。二、矿体赋存状态对采矿的影响矿体赋存状态对采矿的影响因素主要有几方面：1．围岩性质围岩性质中对开采影响较大的有：容重、块度、碎胀性、含水性、结块性、稳固性以及强度、坚固性、氧化性、自燃性等。2．金属矿床的矿体形状反映矿体的空间尺寸的量称为矿体埋藏要素。主要包括走向、倾向、厚度、延伸等。3．煤层的赋存状态主要有煤层的形状和厚度，以及煤层的产状要素，即煤层的走向、倾向和倾角。以上因素将影响开采技术，采矿前必须取得这些资料和数据，才对制定出科学的采矿设计方案。二、矿山储量管理1．矿产资源量按地质可靠程度，矿产资源可分为查明矿产资源和潜在矿产资源。所估算或计算的矿产资源数量称为矿产资源量。矿产资源总量，是已勘查的矿产储量，暂难利用的探明资源量和远景资源量及未查证的预测资源量的总和。查明矿产资源：是指经勘查工作已发现的固体矿产资源的总和。依据其地质可靠程度和可行性评价所获得的不同结果可分为：储量、基础储量和资源量三类。潜在矿产资源：是指根据地质依据和物化探异常预测而未经查证的那部分固体矿产资源。2．资源储量分类（详见国家标准GB/T17766—1999）矿产资源储量是十分重要的参数，它关系到生产规模和服务年限的确定。矿产资源经过矿产勘查所获得的不同地质可靠程度和经相应的可行性评价所获不同的经济意义，是固体矿产资源/储量分类的主要依据。根据国家标准GB/T17766—1999《固体矿产资源/储量分类》，固体矿产资源储量分为储量、基础储量、资源量三大类十六种类型。地质可靠程度分类类型经济意义查量矿产资源潜在矿产资源探明的控制的推断的预测的经济的可采储量（111）基础储量（111b）预可采储量（121）预可采储量（122）基础储量（121b）基础储量（122b）边际经济的基础储量（2M11）基础储量（2M21）基础储量（2M22）次边际经济的资源量（2S11）资源量（2S21）资源量（2S22）内蕴经济的资源量（331）资源量（332）资源量（333）资源量（334）？注：表中所用编码（111-334），第1位数表示经济意义：1=经济的，2M=边际经济的，2S=次边际经济的，3=内蕴经济的，？=经济意义未定的；第2位数表示可行性评价阶段：1=可行性研究，2=预可行性研究；3=概略研究；第3位数据表示地质可靠程度：1=探明的，2=控制的，3=推断的，4=预测的。B=未扣除设计，采矿损失的可采储量。储量：是指基础储量中的经济可采部分。在预可行性研究、可行性研究或编制年度采掘计划当时，经过了对经济、开采、选治、环境、法律、市场、社会和政府等诸因素的研究及相应修改，结果表明在当时是经济可采或已经开采的部分。用扣除了设计、采矿损失的可实际开采数量表述，依据地质可靠程度和可行性评价阶段不同，又可分为可采储量和预可采储量。基础储量：是查明矿产资源的一部分。它能满足现行采矿和生产所需的指标要求（包括品位、质量、厚度、开采技术条件等），是经详查、勘探所获控制的、探明的并通过可行性研究、预可行性研究认为属于经济的、边际经济的部分，用末扣除设计、采矿损失的数量表述。资源量：是指查明矿产资源的一部分和潜在矿产资源。包括经可行性研究或预可行性研究证实为次边际经济的矿产资源以及经过勘查而未进行可行性研究或预可行性研究的内蕴经济的矿产资源；以及经过预查后预测的矿产资源。3．矿山资源储量经济基础储量和边际经济基础储量之和可被称之为矿山资源储量。次边际经济的资源量原则上不能作为矿山资源储量，但设计或实际已利用的次边际经济的资源量应采用可信度系数进行折算，参与评估计算；内蕴经济资源量和预测的资源量采用可信度系数进行折算，参与评估计算。对在建、拟建矿山，矿山可利用的资源储量为地质勘查提交并经评审备案的资源储量，即基础储量和经过可信度系数调整的资源量之和：矿山资源储量=∑基础储量+∑各级别资源量×该级别资源量的可信度系数对生产矿山，评估利用的资源储量则指资源储量核实基准日经评审备案的保有资源储量扣除资源储量核实基准日至评估基准日动用储理，即：评估基准日保有资源储量=储量核实基准日保有资源储量－储量核实基准日至评估基准日动用资源储量4．可采储量可采储量是指可利用的资源储量扣除各种损失后可采出的储量。计算公式为：可采储量=资源储量-设计损失量-采矿损失量=（资源储量-设计损失量）×采矿回采率设计损失量一般是指矿山设计过程中，为采矿安全或为保护地表建筑或江河、湖泊等而设计不能被采出的矿石量，包括露天开采设计的最终边帮矿量，地下开采设计的边界、工业广场、井筒、大巷及永久构筑物下需留设的永久矿柱的矿量等。采矿损失量是指采矿过程中损失的储量。三、矿石和煤的质量1．矿石质量矿石的质量，常用品位来表示。矿石中有用组份的单位含量称为品位，一般用重量百分比来表示。因矿种不同，矿石品位的表示方法也不同。大多数金属矿石，是以其中金属元素含量的重量百分比表示；有些金属矿石的品位，则是以其中的氧化物，如WO3、V2O5等的重量百分比表示；大多数非金属矿物原料的品位，是以其中有用矿物或化合物的重要百分比表示，贵金属矿石的品位一般以g/t表示；原生金刚石矿石的品位，以mg/t表示；砂矿品位一般以g/m3或kg/m3表示。矿石品位是衡量矿石质量好坏的主要标志。工业品位是随着经济技术条件的发展和需求程度而不断变化的。例如十九世纪到现在，铜矿的工业品位自10%降到0.5%，甚至一些大型铜矿床的工业品位可降到0.3%。另外，工业品位对不同的矿床类型其标准也是不同的。边界品位是可采矿石有用成份含量的最低界限。它是矿体边界上矿石的最低品位；是划分矿石和围岩、圈定石体的标准。最低工业品位是在边界品位圈定的矿体范围内，合乎工业开采要求平均品位最低值。一些重要的非金属矿产的质量，除考虑其品位外，还考虑其中有益和有害元素的含量或有用矿物的物理性质，一般用矿石品级来表示。2．煤的质量及工业分类煤为一种固体能源矿产，衡量其质量的标准与其它金属矿产资源略有不同，在工业上，衡量煤炭质量的指标主要是煤中的水分、灰分、挥发份、固定碳、胶质层厚度、发热量等。按照工业用途，煤可分为动力煤、化工用煤和炼焦用煤等。我国制定的工业用煤分类方案，主要以结焦性能、挥发份含量（V，%）和胶质厚度（Y，mm）来划分，共分为十类。第三节矿产资源利用指标一、矿石损失和贫化的概念在矿床开采过程中，由于某些原因造成一部分工业储量不能采出或采下的矿石未能完全运出地表而损失在地下。凡在开采过程中造成矿石在数量上的减少，叫做矿石损失。造成矿石损失的主要原因见表:矿石损失开采损失采下损失遗留在采场充填料中的损失遗留在采场内放不出的损失运输途中的损失未采下损失设计应采下而实际未采下的损失留下各种矿体不能采出的损失非开采损失由于地质和水文条件引起的损失在断层及褶皱带中不能采出的损失矿体边缘复杂而不能采出的损失地下涌水造成的一部分矿石不能采出造成的损失留永久矿柱造成的损失为保护井筒、地面建筑物、铁路、河床及村庄等所留保安矿柱造成的损失在矿床开采过程中损失的工业储量与总工业储量之比的百分数，叫矿石损失率。采出的纯矿石量与工业储量之比的百分数，叫做矿石回采率。在矿石开采过程中，不仅有矿石损失，还有造成矿石质量的降低，叫做矿石贫化。它有两种表示方法：其一是混入矿石中的废石量与采出矿石量之比率，叫废石混入率；其二是矿石品位降低的百分数，叫做矿石贫化率。在开采过程中，废石混入和高品位粉矿的流失等都将造成矿石贫化，但废石混入是主要原因。二、矿石损失与贫化计算图I-1-10给出了采矿过程中矿石损失、贫化和混入过程之间的关系。其中：Q-矿体（矿块）工业储量，t；QS—开采过程中损失的工业储量，t；Qy—混入采出矿石中的废石量；t；Qc—采出矿石量，t；C—工业储量矿石的品位，%；Cc—采出矿石（包括混入的废石）的品位，%；矿石损失与贫化的计算有直接法和间接法两种。直接法：当采用的采矿方法容许地质测量人员进入采场实地观测，则可用直接法计算矿石损失率与贫化率。间接法：凡采用的采矿方法，地质测量人员不能进入采场进行实地观测，则只能用间接法计算，Q-矿体（矿块）工业储量，t；QS—开采过程中损失的工业储量，t；C—工业储量矿石的品位，%；Cc—采出矿石（包括混入的废石）的品位，%；现举直接法：计算公式如下：矿石损失率（S）=sQQ×100%矿石回采率（Hk）=sQQQ×100%矿石贫化率（P）=cCCC×100%第二章凿岩爆破和井巷掘进第一节凿岩爆破在矿石或岩石上钻凿炮孔，然后装药爆破，叫做凿岩爆破。一、凿岩凿岩是井巷掘进和采区回采的主要作业之一。通常按钻凿炮眼（孔）的深度，分浅眼和深孔两种。一般把气腿式和伸缩式凿岩机钻凿的、直径为35~45mm、深度在3~5m以内的炮眼叫浅眼，而把重型凿岩机和潜孔钻机、牙轮钻机等钻凿的、直径大于50mm、深度在3~5m以上的炮孔叫深孔。因此，凿岩方法可相应地分为浅眼凿岩和深孔凿岩；若按钻具破碎岩石的原理不同，则可分为冲击式凿岩和旋转式凿岩等。在金属矿床地下开采中，最常见的是冲击式凿岩。二、爆破1．矿用炸药目前我国矿用炸药主要有：（1）硝铵类炸药：铵梯炸药、铵油炸药、浆状抗水炸药（2）硝化甘油炸药（3）乳化油炸药2．起爆器材和起爆方法（1）起爆器材起爆器材是指产生起爆能以引起炸药起爆的器材，包括雷管、导爆索、导火索及导爆管等。（2）起爆方法根据使用的起爆器材不同，起爆方法主要有导火索起爆法、电雷管起爆法、导爆索起爆法、导爆管起爆法。第二节井巷掘进一、矿山井巷金属矿床多数都是埋藏在地下。有的出露地表或埋藏较浅，一般用露天开采。有的埋藏较深，一般用地下开采。为了将埋藏较深的金属矿床开采出来，必须从地面到矿床掘进一系列井巷，使矿段与地面联通起来，这些井巷统称为矿山井巷。矿山井巷种类很多，可分为硐室与巷道两大类。硐室：指长度和宽度相差不大的巷道。通常根据其用途来命名，如井下提升机房、井下破碎硐室、矿仓、水泵房、变电所、机修房、炸药库等。巷道：指长度比宽度大得多的