金属矿床地下开采-解世俊配套PPT

1金属矿床地下开采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，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。与开采的工业指标有关系，进而与产品价格有关系。为什么工业品位会下降？89二、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。此处注意矿石名称的定义：如宜春钽铌矿，新庄铜铅锌矿。10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。（g/t)富矿和贫矿品位相对较高位富矿，品位相对较低位贫矿。以铁矿为例：磁铁矿：＞55%为平炉富矿，50%~55%为高炉富矿，30%~50%为贫矿。综合品位的概念：对于有夹层废石矿床。11品位=矿石有用成分重量/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。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。1213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/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坚固性好是不是岩石的稳固性就好呢？1415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，一般硫化矿常见。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。16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。含水率定义：m水/m干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。17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。矿体三个特征：走向、倾向、倾角1、按矿体形状分类：a、层状矿床：规模较大，多见黑色金属。b、脉状矿床：有色金属、稀有金属及贵重金属。c、块状矿床：有色金属矿床（铜、铅、锌等）18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°～55°；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。19第四节金属矿床特性1、赋存条件不稳定2、矿石品位变化大3、地质构造复杂（工程地质条件）4、矿石和围岩坚固性（工程地质）5、矿床的含水性（开采困难、排水成本高、放矿影响）2021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。实际在采矿企业中，在矿务局下面或在公司下面设一个或几个矿山；而在矿山下面设一个或几个坑口，而每一个坑口都是一个独立的开采系统，独立的生产单位。按照这种所属关系来划分井田，矿田和矿区，则：（1）划归一个坑口开采的矿体，叫井田；（2）划归一个矿山企业开采的全部矿床或者是一部分叫矿田；（如金岭铁矿、招远金矿等）（3）划归一个公司或矿务局开采的矿体，叫矿区。（西北区，中央区，东南区）（如杨杖子矿务局，中条山有色金属公司等）（长岭矿分为三个井田开采）一个矿田可以包括若干个井田，有时一个矿田就等于一个井田。22井田的大小是矿床开采中的重要参数。（1）对于倾斜和急倾斜矿床，井田尺寸一般用沿走向长度和沿倾斜长度或垂直深度H来表示。（2）对于水平和微倾斜矿床中，则用长度L和宽度B来表示。2324（3）当矿床范围不大，矿体又比较集中时，为了生产管理方便，可以用一个井田开采。（4）当矿体范围很大，或矿体比较分散，如果仍然用一个井田开采全部矿床的话，则所开掘的巷道工程量大，生产地点过于分散，因而会造成经济上的不合理，此时可划分几个井田开采。25（5）划分井田时应当考虑几个方面的问题①照顾到自然赋存条件，及地表地形条件。往往以地面的河流、湖泊、铁路干线，水库等来划分，（或如杨杖子矿、大北岭和寺前矿是由于上部两矿体中间有一个无矿带，就依无矿带划分成两部分，松北矿单独划为一个井田，因距离远）（弓矿现分三个井田，主要的矿质量赤及磁铁矿及一条沟分为，另外上含铁带和下含铁带也分不同井田开采，因上下距离大）。②照顾到生产管理上的方便。③要考虑到国民经济的需要。④考虑技术经济的合理性。总之，要进行综合分析。262728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。对于缓倾斜矿体，阶段高度通常小于20——30米；急倾斜矿体，阶段高度通常为50——60米，个别也有达到80——120米左右的。但是，对于不同的采矿方法，则所需求的阶段高度是不同的。2930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（涉及采矿设备）；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。只要条件许可，适当的增加阶段高度，可以减少阶段数目，降低开拓、采准工程量，减少矿石损失和贫化。因此，近年来有增加阶段高度的趋势。（受凿岩设备等限制条件，例如中深孔设备T100）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。31第三节盘区和采区（1）盘区①当开采水平和微倾斜矿床时，（即矿体倾角5°的矿床）如果矿床的厚度不超过允许值（如某矿体厚度80多米，若选用浅孔凿矿法开采，则80米超过了凿矿法常用的阶段，此时应分几个阶段开采，如可分为30米阶段开采。根据具体采矿方法而定）的阶段高度，此时，在井田内不再划分为阶段。为了工作上的方便，将井田用盘区运输巷道划分为长方形的矿段。我们把这矿段称为盘区。（当矿体厚度很大时，仍然划分为阶段来开采，如梅山铁矿）。32②盘区的范围——盘区是以井田边界为其盘区的长度。而以两个相邻盘区运输巷道之间的距离为其盘区的宽度。Ⅰ——开拓盘区；Ⅱ——采准盘区；Ⅲ——回采盘区；1——主井；2——副井；3——主运输巷道；4——盘区运输巷道；5——回采巷道；6——采区；7——切割巷道；B——矿床的宽（即井田宽）L——矿床的长（井田的长）3334（2）采区1）在盘区中沿走向每隔一定距离，掘进回采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，把这个独立的回采单元称为采区（采矿场）。2）采区范围——上、下以阶段平巷为界，其高度为阶段高度，长度以采区天井（或上山）为界。长度根据采矿方法不同，可变化在10——40为至30——60米之间。3）当开采缓倾斜矿床时，可有两种情况①当矿体厚度不大时，采区可沿走向布置；②当矿体厚度很大时，采区可沿上部走向布置；3536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。（重要的开采方式，指阶段或中段开采顺便，不包括中段内分段开采顺序）（采用多阶段开采，虽然可以增加工作线长度和提高矿井生产能力，但也造成生产管理分散，巷道维护工作量大，占用设备数量多，各种管线、轨道不能及时回收复用，污风串联，经营管理费用增加等一系列的。一般同时回采的阶段数目可保持为1——2年，不应超过3——4个。）二、阶段中的矿块开采顺序1、前进式；2、后退式；3、混合式。37（二）阶段中矿块的开采顺序阶段中矿块的开采顺序，按照回采工作对主要开拓巷道的位置关系，可分为三种。（主开拓巷道指——中段运输巷道）。（1）前进式回采——当阶段运输平巷掘进一定距离后，从靠近主要开拓巷道的矿块开始回采，向井田边界依次推进。【优点】矿井初期基建时间短，投产快。【缺点】增加了采准巷道的维护费用。3839侧翼回采（当地形受到限制时用）。前进式回采顺序的适用条件——当矿床满足条件简单，矿岩稳固，且要求较早在阶段中开展回采工作时可以采用。40（2）后退式回采顺序——阶段运输巷道掘进到井田边界后，从井田边界的矿块开始，向主要开拓巷道方向依次回采。这种开采顺序也可分为双翼、单翼和侧翼回采三种。4142后退式回采【缺点】矿井初期基建时间长，投产慢。【优点】巷道维护费用低。（只有在中央并列式开拓时才可行，中央对角式的就不行了）侧翼回采（当地形受到限制时用）。前进式回采顺序的适用条件——当矿床满足条件简单，矿岩稳固，且要求较早在阶段中开展回采工作时可以采用。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。434445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