采矿学地采1 第一章

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1、采 矿 学 I,矿业工程学院,目的要求及重点难点,【目的要求】了解采矿对社会活动和国民经济建设的作用；掌握矿石、废石、矿岩物理力学性质等概念；掌握金属矿床的分类方法；了解金属矿床的工业特性。 【重 点】掌握矿石、废石、矿岩物理力学性质等概念；掌握金属矿床的分类方法。 【难 点】掌握矿石、废石概念及金属矿床的分类。,第一节 采矿及其在社会经济发展中的地位,第二节 采矿技术的发展,第三节 采矿学研究内容,绪 论,第一节 采矿及其在社会经济发展中的地位,一、资源与采矿,自然资源：是人类可以直接或间接利用的存在与自然界的物质或环境，与人类生存直接相关的自然资源有土地资源、水资源、气象资源、森林资源、海

2、洋资源和矿产资源。 矿产资源：是由存在于地壳中的矿物组成的可利用物质。,矿产资源分类：依其在地壳中富集的物质形态的不同，可分为：,矿产资源分类,第一节 采矿及其在社会经济发展中的地位,1、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。,二、采矿在社会经济发展中的地位,采矿,工业,汽车制造,航天,农业,国防,电子制造,第一节 采矿及其在社会经济发展中的地位,2、人均矿产品消耗水平是衡量国家发展程度及其国民生活水平的重要指标之一 我国是发展中国家，社会经济发展刚刚从工业化初期进入工业化全面化发展时期，在未来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

3、会经济发展至关重要。,第一节 采矿及其在社会经济发展中的地位,贯穿采矿技术发展历史的主线：矿方方法的演变和采矿手段的进步。17世纪初，黑火药在采矿中应用，使采矿工艺发生重大变化；18世纪，蒸汽机的出现为采矿提供了全新的运输方式；19世纪，风动凿岩机的发明，动力机械凿岩代替手工凿岩；1867年，诺贝尔发明威力更大的炸药，用于爆破岩石。20世纪初，机械化大规模开采时代。21世纪，绿色矿山、无废矿山、数字矿山建设已初见端倪。,一、古、近代采矿技术发展简述,第二节 采矿技术的发展,固态矿物主要的开采方式：露天开采地下开采。,二、现代采矿技术发展概述,1、地下采矿方法发展特点 （1）地下采矿方法演进的主

4、要特点：木材消耗量大、工效低的采矿方法的使用比重逐渐下降，如今在现代化矿山已基本消失；采用大孔径深孔落矿的高效采矿方法逐渐推广，（20世纪70年代出现的大直径深孔法、VCR法和分段空场法）；充填法应用比重有增长趋势；充填法与空场法联合工艺深孔落矿嗣后充填法的使用；地下采矿方法结构逐步简化。,第二节 采矿技术的发展,（2）开采规模的大型化和劳动生产率的提高是地下开采技术发展的综合体现。,20世纪70年代以来，国外地下金属矿山生产规模不断扩大，劳动生产率显著增加。西方国家20世纪80年代后期约有大型地下矿山645座，其中年产量100-300万t的有150座，占23，年产量300万t以上的62座，占

5、9.6，500-1000万t/a的20多座；还有几座1000万t以上的矿山。例如：美国克莱马克斯钼矿的产量达42000t/d；加拿大克莱顿产量14000t/d；智利伊尔萨尔瓦多铜矿日产量为26000t；伊兰特尼兰铜矿产量达37000-40000t/d，并向60000t/d发展。河北矿业司家营南区设计生产能力1500万t/a。,第二节 采矿技术的发展,2、地下矿主要生产设备地下开采能够应用高效、高开采强度的采矿方法，能够使开采规模和劳动生产率大幅度提高的技术保障是地下开采设备的快速发展。主要表现在：,地下凿岩设备、井巷掘进设备、装运设备的进步。,（1）凿岩设备,第二节 采矿技术的发展,（2）井巷

6、掘进设备天井钻机 平巷钻机,第二节 采矿技术的发展,（3）搬运设备采场矿石搬运、装运设备的装备水平在很大程度上决定着整个地下矿的生产能力和效率。地下开采中使用的主要搬运、装运设备：电耙绞车装岩机铲运机,第二节 采矿技术的发展,计算机在矿山生产中的作用主要体现于： （1）计算机使优化理论走出书本，在矿山生产中发挥着越来越重要的作用；,三、自动化与计算机技术的应用,第二节 采矿技术的发展,（2）计算机使矿山地质、开采及经营管理数据在存储、显示和通信方面发挥了革命性的变化。,矿区地质地貌特征、采场现状、总体布置在实现计算机二维、三维显示。日常生产与管理的图文数据均通过计算机进行存储、调用、显示和输出

7、。,第二节 采矿技术的发展,（3）计算机与优化使矿山设计和计划从方法到手段发生质的飞跃。 （4）计算机是矿山生产中各类自动化的神经中枢。,第二节 采矿技术的发展,一、基本任务采矿学是一门综合应用性工程技术科学，基本任务： 揭示安全、经济、充分和无害地开采有用矿物的客观规律； 阐述有关矿床评价、规划设计和矿床开采的理论、方法、工艺及管理知识。 矿床开采的对象是岩体，开采过程是两个目的相反且相互矛盾的行为，即破坏与反破坏的矛盾统一： 一个是对岩石原始平衡状态的破坏； 另一个是对形成的开挖体的稳定性的维护。,把有用矿物从地壳中开采出来，这两个行为缺一不可。解决这对矛盾的学科分支是岩体力学，它是开拓、

8、采矿方法选择和各种设计参数选择的基础，是采矿学的基础学科分支之一。,第三节 采矿学的研究内容,矿床开采程序和工艺是采矿学的核心研究内容之一。 矿山技术经济也是采矿学的一个重要研究内容。 采矿学必须有机地融合矿山系统工程的一些重要研究成果。,二、主要研究内容采矿学的主要研究内容有： 矿床评价 矿床开拓 采矿方法 开采程序 开采工艺 矿山技术经济 矿山系统工程,第三节 采矿学的研究内容,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,第二节 矿石和围岩的物理力学性质,第三节 金属矿床分类,IV,第四节 金属矿床的特性,一、矿石与废石, 矿石 凡是地壳中的矿物集合体，在现代技术经济条

9、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。, 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，则称为废石。,第一节 矿石与废石和金属矿石的分类,矿石和废石的概念是相对的，并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。 例1 我国锡矿石的最低工业品位曾为0.8%，铜为0.6%。经过采矿、选矿工艺的不断改进，机械化程度的提高，锡的最低工业品位降为0.20.3%，铜降为0.40.6%。过去的废石，今天变成了矿石。 例2

10、湖北应城石膏矿。过去一直主要开采纤维石膏，将硬石膏作为废石处理，自从硬石膏在水泥工业中得到应用之后，当矿石开采。, 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。,第一节 矿石与废石和金属矿石的分类,二、金属矿的种类,作为提取金属成分的矿石，称为金属矿石。,金属矿石的分类：,按所含金属种类不同分类；按所含金属成分的数目分类；按品位高低分类；按所含金属矿物性质、矿物组成和化学成分分类。,第一节 矿石与废石和金属矿石的分类,1、按所含金属种类不同分类,贵重金属矿石：金、银、铂等；有色金属矿石：铜、铅、镊、锑、钨、锑、锡、钼等；黑色金

11、属矿石：铁、锰、铬等；稀有金属矿石：钽、铊等；放射性矿石 ：铀、钍等。,第一节 矿石与废石和金属矿石的分类,2、按所含金属成分的数目分类,单一金属矿石多金属矿石,3、按品位高低分类,富矿贫矿 例1磁铁矿品位超过55%为平炉富矿；品位在50-55%之间为高炉富矿；品位在30-50%为贫矿。 例2铜矿石的品位大于1%即为富矿，小于1%则为贫矿。,第一节 矿石与废石和金属矿石的分类,4、按所含金属矿物性质、矿物组成和化学成分分类,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。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

12、，白铅矿等。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。混合矿石：矿石中含有前三种矿物中的两种以上的混合物。,第一节 矿石与废石和金属矿石的分类,矿石和围岩的物理力学性质中，对矿床开采影响较大的有：,1、坚固性 2、稳固性 3、结块性 4、氧化性和自燃性 5、含水性 6、碎胀性,第二节 矿石和围岩的物理力学性质,1 、坚固性矿岩的坚固性是一种抵抗外力的性能（综合外力，即在锹、镐、机械破碎、炸药爆破等作用力下的力）。,坚固性的大小，常用坚固性系数f表示。国内常用矿岩的极限抗压强度表示：,式中： R矿岩的极限抗压强度，98.1kPa。,第二节 矿石和围岩的物理力学性质,2

13、、稳固性是指矿石或岩石在空间允许暴露面积的大小和暴露时间长短的性能。稳固性和坚固性既有联系又有区别。,矿岩的稳固性对选择采矿方法及地压管理方法，均有很大的影响。根据矿岩的稳固程度，可分为五种情况：,第二节 矿石和围岩的物理力学性质,矿岩稳固性分为五种情况：,a、极不稳固的：掘进巷道或开辟采场时，不允许有暴露面积，否则可能出现片帮或冒落现象。掘巷道时，须用超前支护。 b、不稳固的：允许有较小的暴露空间，一般允许的暴露面积不大于50。 c、中等稳固的：不支护的暴露面积50200。 d、稳固的：允许不支护的暴露面积200800 。 e、极稳固的：不需支护的暴露面积在800 以上。,第二节 矿石和围岩

14、的物理力学性质,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块的性质。一般使矿石结块的因素有：a 矿石中含有粘土物质，受湿及受压后粘结在一起；b 高硫矿石遇水后，由于矿石表面氧化，形成硫酸盐薄膜，受压连结在一起。对放矿、装车、运输不利，影响某些采矿方法的顺利使用。,第二节 矿石和围岩的物理力学性质,4、 氧化性和自燃性 氧化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。 自燃性含硫矿石（含硫18-20%以上）具有自燃性，即在空气中氧化、放热，导致火灾。 特 例 象山硫铁矿平均含硫18%，用无底柱分段崩落法，其覆盖矿岩粘结形成悬顶，使矿石回收率增

15、加。不能用留矿法，不能做崩落法的覆盖层，充填料。,第二节 矿石和围岩的物理力学性质,5、含水性,含水性 矿石或岩石吸附和保持水分的特性叫含水性。,6、碎胀性,碎胀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为碎胀性。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1.21.5，矾土矿为软岩，1.952.088。,第二节 矿石和围岩的物理力学性质,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影响。因此，金属矿床的分类，一般按照矿体形状、倾角和厚度三个因素进行分类。,按矿体形状分类 按矿体倾角分类 按矿体厚度分类,第三节 金属矿床的分类,注 矿体

16、倾角影响矿石运搬的方式选择。,第三节 金属矿床的分类,第三节 金属矿床的分类,主要影响因素： 矿床赋存条件不稳定 矿石品位变化较大 地质构造复杂 矿石和围岩的坚固性大 矿床的含水性,第四节 金属矿床的特性,金属矿床地质条件较为复杂，对矿床开采有较大影响。,1、矿床赋存条件不稳定矿体的厚度、倾角及形状均不稳定。同一个矿体内，在走向方向上或倾斜方向上，其厚度、倾角经常有较大的变化，且常出现尖灭、分枝复合等现象。要求有多种采矿方法和采矿方法本身要有一定的灵活性，以适应复杂的地质条件。 2、矿石品位变化大在金属矿床中，矿石品位在矿体的走向上及倾斜方向上，经常有较大的变化。这种变化有一定的规律，如随深度

17、的增加，矿石品位变贫或变富。在矿体中还经常存在夹石。有些硫化矿床的上部有氧化矿，使同一矿体产生分带现象。对采矿提出特殊的要求：如按不同品种、不同品级进行分采，品位中和，剔除夹石以及确定矿体边界等。,第四节 金属矿床的特性,3、地质构造复杂在矿床中经常有断层、褶皱、穿入矿体中的岩脉、断层破碎带等地质构造。这些给采矿和探矿工作，带来很大的困难。 4、矿石和围岩的坚固性大多数金属矿床均有这个特点。一般采用凿岩爆破方法来崩落矿石和围岩，这给实现综合机械化开采，造成一定的困难。 5、矿床的含水性某些金属矿床大量含水，对开采有很大的影响。矿床含水大，不仅增加排水设备及设施，而且对回采工作造成很大的困难。如：含水的碎矿石容易结决和堵塞漏斗，大量的含水会降低矿岩的稳固性等。,