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1、矿产及其开采 1 主要内容 矿 矿石 矿体 矿床等矿产资源基础知识矿石的开采方法及开采的主要系统采矿的主要安全危害 2 第一部分矿 矿石 矿体 矿床等矿产资源基础知识 3 地质年表第四纪 全新世 距今1万年第四纪 更新世 距今250万年第三纪 上新世 距今1200万年第三纪 中新世 距今2500万年第三纪 渐新世 距今4000万年第三纪 始新世 距今6000万年新生代 第三纪 古新世 距今6700万年白垩纪 距今1 37亿年侏罗纪 距今1 95亿年 中生代 三叠纪 距今2 30亿年二叠纪 距今2 85亿年石炭纪 距今3 50亿年泥盆纪 距今4 00亿年志留纪 距今4 40亿年奥陶纪 距今5 0
2、0亿年显生宙 古生代 寒武纪 距今6 00亿年元古代 震旦纪 距今18 0亿年隐生宙 太古代距今 50亿年 老 新 4 矿产资源指经过地质成矿作用 使埋藏于地下或出露于地表 并具有开发利用价值的矿物或有用元素的含量达到具有工业利用价值的集合体 矿产资源是重要的自然资源 是社会生产发展的重要物质基础 现代社会人们的生产和生活都离不开矿产资源 矿产资源属于非可再生资源 其储量是有限的 目前世界已知的矿产有1600多种 其中80多种应用较广泛 5 岩石 岩石 是天然产出的具稳定外型的矿物或玻璃集合体 按照一定的方式结合而成 是构成地壳和上地幔的物质基础 1 6 地壳是由岩石组成的 岩石又是由矿物组成
3、的 岩石就是通常所指的石头 是由一种或多种矿物在地质作用下 有规律地组合在一起就形成岩石 自然界中 地质作用是相当复杂的 不同的地质作用形成不同类型的岩石 按其成因可分为岩浆岩 火成岩 变质岩和沉积岩三大类 7 火成岩 也称岩浆岩 来自地球内部的熔融物质 在不同地质条件下冷凝固结而成的岩石 当熔浆由火山通道喷溢出地表凝固形成的岩石 称喷出岩或称火山岩 常见的火山岩有玄武岩 安山岩和流纹岩等 当熔岩上升未达地表而在地壳一定深度凝结而形成的岩石称侵入岩 按侵入部位不同又分为深成岩和浅成岩 花岗岩 辉长岩 闪长岩是典型的深成岩 8 9 岩浆岩 地下深处存在着高温 高压 高粘度 成分极其复杂的硅酸盐炽
4、融体 称为岩浆 它的主要成分是SiO2 其次为Al2O3 Fe2O3 FeO MgO等 一般认为岩浆发源于地幔上部软流圈及地壳中部地段 通常 岩浆在地下深处与周围的环境处于平衡状态 当地壳运动使地壳本身出现薄弱或破碎地带时 岩浆就会沿地壳薄弱带侵入地壳上部 甚至喷出地表 岩浆向上运动的过程中 温度降低 岩浆逐渐冷凝结晶成岩石 这种由岩浆作用所形成的岩石称为岩浆岩 当岩浆未达到地面 仅上升到地壳一定深度的部位后 冷凝结晶的作用为侵入作用 由此而形成的岩石称为侵入岩 岩浆冲破上覆岩层 喷出地表面引起火山喷发的作用为喷出作用 喷出的岩浆在地表冷却 凝固后形成喷出岩 10 沉积岩 在地表常温 常压条件
5、下 由风化物质 火山碎屑 有机物及少量宇宙物质经搬运 沉积和成岩作用形成的层状岩石 按成因可分为碎屑岩 粘土岩和化学岩 包括生物化学岩 常见的沉积岩有砂岩 凝灰质砂岩 砾岩 粘土岩 页岩 石灰岩 白云岩 硅质岩 铁质岩 磷质岩等 11 12 13 14 长兴金钉子 长兴金钉子保护区被列为国家级地质遗迹自然保护区 长兴 金钉子 是一个灰岩横断面 反映的是古生代末期与中生代早期交界时期海洋沉积物及化石的变迁 它完整地保存了2 5亿年前地球史上最大的一次生物灭绝事件的丰富信息 被国际地科主席誉之为 世界上最完美的保护区 15 页岩 石灰岩 沙岩 16 有一些沉积岩本身就是矿产 如石灰岩是烧制石灰 制
6、造水泥 尼龙的重要原料 特别是被誉为 工业血液 石油的产出的主要岩类 世界上99 以上的石油均产自于沉积岩 在石油地质勘探中常见的沉积岩主要是砾岩 砂岩 粉砂岩 泥岩 页岩和灰岩 砂岩 粉砂岩通常是石油产出的层位 我国石油储量90 来自砂岩油藏 天然气储量39 来自砂岩气藏 17 变质岩 原有岩石经变质作用而形成的岩石 根据变质作用类型的不同 可将变质岩分为5类 动力变质岩 接触变质岩 区域变质岩 混合岩和交代变质岩 常见的变质岩有糜棱岩 碎裂岩 角岩 板岩 千枚岩 片岩 片麻岩 大理岩 石英岩 角闪岩 片粒岩 榴辉岩 混合岩等 18 19 20 地壳中已经形成的岩浆岩 沉积岩由于所处地质环境
7、的改变 下降到地壳深处 在温度 压力增大的环境条件下 物质发生重结晶 不同成分的矿物重新组合 生成新的矿物 结果使原有岩石的物质成分或结构发生改变 从而形成一种新的岩石类型 这种受地球内力作用的影响 由于物理化学条件的改变 使早已形成的岩石 在固体状态下发生成分 结构和构造变化的作用称为变质作用 由变质作用形成的岩石称为变质岩 21 岩石具有特定的比重 孔隙度 抗压强度和抗拉强度等物理性质 是建筑 钻探 掘进等工程需要考虑的因素 也是各种矿产资源赋存的载体 不同种类的岩石含有不同的矿产 22 矿物 矿物指由地质作用所形成的天然单质或化合物 它们具有相对固定的化学组成 呈固态者还具有确定的内部结
8、构 它们在一定的物理化学条件范围内稳定 是组成岩石和矿石的基本单元 23 2 24 目前已知的矿物约有3000种左右 绝大多数是固态无机物 液态的 如石油 自然汞 气态的 如天然气 二氧化碳和氦 以及固态有机物 如煤 油页岩 琥珀 仅占数十种 在固态矿物中 绝大部分都属于晶质矿物 只有极少数 如水铝英石 属于非晶质矿物 来自地球以外其他天体的天然单质或化合物 称为宇宙矿物 由人工方法所获得的某些与天然矿物相同或类同的单质或化合物 则称为合成矿物如人造宝石 矿物原料和矿物材料是极为重要的一类天然资源 广泛应用于工农业及科学技术的各个部门 25 矽卡岩中酸性侵入体与碳酸盐岩经接触交代作用而形成的岩
9、石 根据化学成分可以分为钙质矽卡岩和镁质矽卡岩 钙质矽卡岩主要矿物为石榴子石 辉石 符山石 方柱石 硅灰石等富钙的硅酸盐矿物 镁质矽卡岩主要矿物为镁橄榄石 透辉石 尖晶石 金云母 硅镁石 硼镁石 硼镁铁矿等富镁的硅酸盐 两种类型有时可以重叠 矽卡岩中可有绿帘石 透闪石 阳起石 方解石等次要矿物 颜色和外表特征变化较大 常见为暗褐色 暗绿色等 一般矿物晶形较好 具不等粒变晶结构 块状构造 密度较大 根据主要矿物可分为石榴石矽卡岩 透辉石矽卡岩 金云母镁橄榄石矽卡岩等 许多金属与非金属矿床同矽卡岩密切相关 主要有铁 铜 铅 锌 钨 锡 钼 硼 金云母等 26 形成矿物的地质作用 岩浆作用发生於温度
10、和压力均较高的条件下 主要从岩浆熔融体中结晶析出橄榄石 辉石 闪石 云母 长石 石英等主要造岩矿物 它们组成了各类岩浆岩风化作用中早先形成的矿物可在阳光 大气和水的作用下化学风化成一些在地表条件下稳定的其他矿物区域变质作用形成的矿物趋向於结构紧密 比重大和不含水 在接触变质作用中 当围岩为碳酸盐岩石时 可形成矽卡岩 27 矿物的分类 矿物分为下列大类 自然元素矿物 硫化物及其类似化合物矿物 卤化物矿物 氧化物及氢氧化物矿物 含氧盐矿物 包括硅酸盐 硼酸盐 碳酸盐 磷酸盐 砷酸盐 钒酸盐 硫酸盐 钨酸盐 钼酸盐 硝酸盐 铬酸盐矿物等 这些矿物中硅酸盐矿物种数最多 占整个矿物种类的24 占地壳总重
11、量75 28 地质构造地壳中的岩层地壳运动的作用发生变形与变位而遗留下来的形态 褶皱断裂火山 29 地质构造 简称构造 地壳或岩石圈各个组成部份的形态及其相互结合方式和面貌特征的总称 地质构造的规模 大的上千公里 需要通过地质和地球物理资料的综合分析和遥感资料的解译才能识别 如岩石圈板块构造 小的以毫米甚至微米计 需要借助于光学显微镜或电子显微镜才能观察到 如矿物晶粒变形 晶格的位错等 贵州位于华南板块内 处于东亚中生代造山与阿尔卑斯 特提斯新生代造山带之间 横跨扬子陆块和南华活动带两个大地构造单元 在已知1400Ma地质历史时期中经历了武陵 雪峰 加里东 华力西 印支 燕山 喜山等5个阶段
12、雪峰运动奠定了扬子陆块的基底 广西运动使黔东南地区褶皱隆起与扬子陆块熔为一体 以后又经历了裂陷作用 俯冲作用 燕山运动奠定了现今构造的基本格局 多次造山作用的地应力场在变化多端的地应力条件下 形成了挤压型 直扭型和旋扭型三类构造型式 交织成一幅复杂多变的应变图象 30 海底 海面 沉积岩沉积演示图 海水 6 31 4 32 8 33 正断层示意图 34 正断层形成过程演示图 4 35 逆断层示意图 4 36 岩浆侵入演示图 花岗岩 岩层 地表 断层 37 褶皱 38 39 40 断层地壳岩层因受力达到一定强度而发生破裂 并沿破裂面有明显相对移动的构造称断层 是什么力量倒置岩层断裂错位呢 原来是
13、地壳运动中产生强大的压力和张力 超过岩层本身的强度对岩石产生破坏作用而形成的 岩层断裂错开的面称断层面 两条断层中间的岩块相对上升 两边岩块相对下降时 相对上升的岩块叫地垒 常常形成块状山地 如我国的庐山 泰山等 而两条断层中间的岩块相对下降 两侧岩块相对上升时 形成地堑 即狭长的凹陷地带 著名的东非大裂谷和我国的汾河平原和渭河谷地都是地堑 41 42 火山運動和地球內部熔融之流質 所帶動之板塊運動有密切關係 43 火山构造示意图 44 矿体 赋存于地壳中或地球表面并具有各种形态 产状和一定规模的矿石自然聚集体 矿床的基本组成单位 矿体的固定受工业指标的限制 其形态 产状和晶位等随矿产工业指标
14、的不同而不同 具有开采价值的矿石堆积体 有一定的形状 产状和规模 除矿石外 还常含有无用的岩石和矿物 称为夹石或脉石 矿体周围无经济价值的岩石是矿体的围岩 矿体与围岩的交接形式多种多样 有的界限清楚截然 有的逐渐过渡 渐变 在后一种情况下 矿体的边界需要根据对所采岩石 矿石样品的分析结果 按矿石边界品位加以确定 45 46 矿体形状受控矿地质因素 地层 岩石 构造等 和成矿作用方式 沉积成矿 热液充填成矿 交代作用成矿等 决定 根据矿体在三度空间延伸比例的不同 通常将矿体形状分为3类 等轴状矿体 三度空间上大致均衡延伸的矿体 有矿囊 矿巢等 一般规模较小 板状矿体 两个方向 长度 宽度 延伸较
15、大 另一个方向 厚度 延伸较小的矿体 此类矿体最常见 典型代表为矿层和矿脉 矿层是指与上下围岩在同一地质时期形成 且与围岩层理产状一致的矿体 多见于沉积矿床和变质矿床 如铁矿层 煤矿层和铝土矿层等 矿脉是产在各种岩石裂隙中的板状矿体 系由含矿物质充填围岩的裂隙而成 如金矿脉 铜矿脉等 矿脉和矿层都夹持在围岩中 其上部的围岩称顶板 顶盘 上盘 直接伏于其下部的围岩称底板 底盘 下盘 柱状矿体 指一个方向延伸长而另外两个方向延伸很短且大致相等的矿体 包括矿柱 矿筒 矿管等 如铅锌矿柱 金刚石矿筒 除上述3类矿体形状外 还有一些过渡类型矿体 如透镜状矿体 和复杂形状矿体 如梯状矿脉和网脉状矿体 47
16、 矿床 由地质作用形成的 有开采利用价值的有用矿物的聚集地 包括地质的和经济的双重含义 矿床是地质作用的产物 但又与一般的岩石不同 它具有经济价值 矿床的概念随经济技术的发展而变化 19世纪时 含铜高于5 的铜矿床才有开采价值 随着科技进步和采矿加工成本的降低 含铜0 4 的铜矿床已被大量开采 48 矿区 一般指曾经开采 正在开采或准备开采的含矿地段 包括若干矿井或露天矿的区域 有完整的生产工艺 地面运输 电力供应 通讯调度 生产管理及生活服务等设施 其范围常视矿床的规模而定 影响矿区开发的自然因素有 矿床赋存的形态和空间分布 资源储量 矿石质量和矿石可选性 地质构造的复杂程度 水文地质条件 矿岩的稳定性 矿区地形地物及气候条件等 影响矿区开发的地区技术经济因素有 水 电 交通运输 材料设备供应以及劳动力来源等 49 50 第二部分 矿石的开采方法及开采的主要系统 51 采矿方法 露天开采地下开采 空场采矿法崩落采矿法充填采矿法化学采矿法水溶采矿法 52 开采系统 通风排水运输 提升 供电 供应 53 54 崩落采矿法 55 崩落采矿法 1单层崩落法 长壁崩落法 2分层崩落法3有底柱分
