1、1,第一章 非煤矿床的形成及工业特点 第一节 基本概念,1、矿物与矿产1）矿物 是一种或数种化学元素在地质作用中形成的自然产物，具有一定形态和物理化学特征。自然界中大约有3000多种。（Fe2O3, FeS, Cu2O ,金刚石 , Au ）2）矿产在各种地质作用下，形成于地壳内的能被利用的矿物资源。是不能再生的。,2,云铜小绿汁矿,3,玛曲金矿,4,第一节 基本概念,3）矿产分类 以工业用途分为三类,5,第一节 基本概念,3）矿产分类 以工业用途分为三类,6,二、矿石,1）概念 在现代技术经济水平条件下，能以工业规模从中提取国民经济所必须的金属或非金属的矿物集合体。 2）分类,7,（1）自然
2、金属矿石它是以单一元素形式存在的，如金、铂、银等。（2）氧化矿石指矿石的成分为氧化物。 如：赤铁矿（Fe2O3），赤铜矿（Cu2O）等。（3）硫化矿石指矿石的成份为硫化物。 如黄铜矿（CuFeS2）、方铅矿（PbS）（4）混合矿石是前三种的混合物。,8,例如，磁铁矿矿石品位超过50为富矿、介于3050时则为贫矿；而铜矿石的品位大于1为富矿，小于1则为贫矿。,9,黄金矿石,镍矿石,硼矿石,石英矿石,黄铜矿石,石灰矿石,10,第一章 非煤矿床的形成及工业特点 第一节 基本概念（二）矿石的品位 矿石品位矿石中有用成分(元素、化合物或矿物)的单位含量。 金属矿石一般是指其中的金属元素或指其氧化物、硫化
3、物的含量； 非金属矿石是指其中的非金属元素或有用矿物的含量。,11,矿石品位的表示方法通常有三种： 用百分数来表示 用来表示 用kgm3来表示注意：只有平均含量达到或超过工业品位(最低工业品位)的矿段才具有开采价值而计算其储量。,12,工业品位指在当前的技术经济条件下可以开采利用的矿石中有用成分的平均品位。边界品位指可采矿石有用成份含量的最低界限，是矿体边界上矿石最低品位。边界品位是划分矿石和废石，圈定矿体范围的标准。矿石品位达到或超过边界品位的部分视为矿体，否则视为围岩。最低工业品位指在边界品位圈定的矿体范围内，合乎工业开采要求的平均品位的最低值。,13,【注意】工业品位也是相对概念，是可以
4、变化的，边界品位低于工业品位. 品位的表示方法实例：四川綦江铁矿赤铁矿品位大于30%；山东金岑铁矿，磁铁矿品位56.24%；甘肃辉铜山铜矿品位2.04%；湘西金矿品位35g/t；内蒙古红花沟金矿品位14.46g/t(平均);山东焦家金矿品位6.84g/t（平均）。,14,部分矿石的边界品位和工业品位,15,(三)矿体 矿体是指具有一定形状和产状的矿石的天然集合体。矿体有一定的空间位置和几何形状，具有一定数量和质量。 围岩：矿体周围无开采价值的岩石叫围岩。 上盘围岩：位于矿体上部的通常叫上盘围岩(顶板)。 下盘围岩：位于矿体下部的叫下盘围岩 (底板)。 夹石：夹在矿体中间的称为夹石。 废石：围岩
5、和夹石，统称为废石。,16,17,萤石矿体露头,铅锌矿体,锡矿网脉状矿体,铁矿矿体露头,18,【注意】 应当指出，矿石与废石的概念是相对的，它与一个国家的社会制度，一个国家的科学技术发展水平，已经掌握的资源情况，以及对某种金属的需要量都存有关系。 例如，锡和铜，过去锡品位达到0.8%，才算矿石可以开采，而现在锡品位只要达到0.20.3%，就作为矿石开采，过去铜的品位只有达到1.0%才开采，而现在达到0.40.6%，即可作为矿石开采。 过去废石，而现在却变成了可开采的矿石。（黄金品位达810就是富矿）,19,(四)矿床 1、矿床 矿床矿体及其围岩的集合体。一个矿床，可以只有一个矿体，也可能由若干
6、个矿体组成。 2、矿床分类 (1)按照矿床中有用成分的性质和工业用途，矿床可分为金属矿床、非金属矿床和可燃有机岩矿床。后者包括石油、天然气和煤矿床等。,20,（2）按成因分：内生、外生、变质。（3）按矿体与围岩形成先后：同生、后生。（4）按工业利用价值：工业与非工业。（5）按矿体形状：层状、脉状和块状。 一个矿床是否具有开采价值，取决于矿石质量 (品位)、数量和开采条件，以及国家对这种矿石的需求程度。,21,第二节 非煤矿床的形成 非煤矿床是由地壳中的化学元素在各种成矿作用下迁移、富集而成的。 成矿作用指把地壳中的有用成分和其他成分分离开来，集中富集而形成矿床的地质作用。 例：铁在地壳中的平均
7、含量为5.00，铜仅为0.006，在目前的技术经济条件下均无开采价值。只是由于成矿作用使分散在地壳中的化学元素相对集中，从而形成了各种各样的矿床。,22,成矿作用分类（作用的性质和能量来源）内力地质作用 外力地质作用 变质作用内生成矿作用 外生成矿作用 变质成矿作用 内生矿床 外生矿床 变质矿床,23,内生成矿作用,有构造运动、岩浆运动、地震,内生成矿作用的热源主要来自地球内部物质产生的热能，包括岩浆热能、放射性元素的蜕变能、地球重力场内物质调整过程中释放出来的位能，以及地表表生物质转入地球内部后在高压下发生脱水、矿物变化和物质变相过程中释放出来的能量等等。上述作用称为内生成矿作用，形成的矿床
8、称为内生矿床。除火山喷发形成的矿床外，内生矿床是在地球内不同深度、不同温度、不同地质构造条件下形成的。,24,外生成矿作用,地表岩石、矿床等在太阳辐射能、生物、物理化学作用下风化、剥蚀、搬运、沉积,地壳表层裸露的原岩或原矿床，在太阳能的影响下发生大规模风化，风化产物通过地表水、冰川、风力等运搬，然后在一定的地质条件下沉积，使其中的有用成分富集而成为矿床的地质作用称为外生成矿作用，形成的矿床称为外生矿床。外生成矿作用的能量除太阳能外，还有部分生物能和化学能，在火山地区，还可能有与火山活动有关的地球内部热能参加的外生成矿作用。外生矿床一般是在温度和压力都较低的条件下形成的。,25,变质成矿作用,岩
9、浆浸入或变质作用,上述两种成矿作用形成的岩石或矿床，由于地质环境的改变，特别是在区域变质过程中，由于温度和压力的增高，会使原来的矿物组成、化学成分、物理性质、结构和构造等发生不同程度的变化，甚至可使原来的矿床(例如盐类矿床)消失，或者重新组合富集成为一种新矿床，这类矿床称为变质矿床。形成变质矿床的地质作用称为变质成矿作用。变质矿床一般是在温度和压力都较高的条件下进行的。,26,一、内生矿床 内生矿床与岩浆的侵入活动有密切关系，成矿物质也来源于岩浆。岩浆中含有丰富的金属成矿物质和挥发性成分，在其侵入地壳上部的过程中，所含的有用成分相对富集，冷凝结晶而形成内生矿床。 岩浆演化的不同阶段 岩浆阶段岩
10、浆矿床 残余岩浆阶段伟晶岩矿床 岩浆期后阶段气水-热液矿床,27,1岩浆矿床 岩浆矿床岩浆冷凝结晶成为岩浆岩阶段形成的矿床。 它是岩浆活动过程中最先形成的矿床。 这类矿床中主要有： 铬铁矿、钒钛磁铁矿、铜镍硫化矿、含铂族元素的金属矿，以及金刚石、刚玉和磷灰石等非金属矿产。 岩浆矿床的主要特点是，围岩为岩浆岩，矿岩界限不明显，矿体形状比较复杂。,28,1岩浆矿床 岩浆是熔有丰富的金属成矿物质(如铬、镍、钴、铂族元素、钒、钛、铁、铜、铌、钽等等)、水和其他挥发性组分的硅酸盐熔融体。这种熔融体处于地壳深处的岩浆房中时，处于平衡状态，当它受到内外动力的作用时，平衡状态被破坏，因而在地壳中产生运移。岩浆
11、在运移过程中，随着温度和压力的变化，其中的各种组分由于熔点不同而顺序结晶出来。早期结晶的矿物受重力作用而在岩浆中下沉、富集成为矿床。这种作用称结晶分异作用，形成的矿床称为岩浆分结矿床。 岩浆中的某些金属硫化物，随着岩浆温度和压力的降低，由均匀的混熔状态分离成成分不同而又不混熔的浆体，其中比重大的金属硫化物逐渐向岩浆底部沉降，形成含有金属矿物和硅酸盐矿物的矿床。这种作用称为岩浆熔离作用，形成的矿床称为熔离矿床。 如果经强烈的结晶分异作用或熔离作用之后，形成的含矿岩浆或矿浆，沿一定的通道喷发(或爆发)至地表或挤入火山构造中，经冷凝而形成矿床，则称为岩浆喷发或爆发成矿作用，形成的矿床称为岩浆喷溢矿床
12、。,29,1岩浆矿床 岩浆矿床的类型很多，其中具有工业价值的有: 铬铁矿、钒钛磁铁矿、含铜镍的硫化矿、磁铁矿 和铂族元素矿床等金属矿床 金刚石、刚玉和磷灰石等非金属矿床 应当指出，岩浆岩中很多岩石本身就是工业原料或材料，具有重要的工业价值而成为工业矿床: 如花岗岩类、玄武岩类、闪长岩类、辉长岩类、辉绿岩类等岩石 以及正长岩、安山岩和斑岩等都可作为建筑材料或装饰材料开采而成为建材矿床。 目前还不能利用的岩石(包括后面讨论的外生成矿作用和变质成矿作用中形成的各种岩石)，随着科学技术水平的发展，将会逐步得到开发利用而成为工业矿床。,30,2伟晶岩矿床 伟晶岩矿床是残余岩浆阶段形成的矿床，因这一阶段形
13、成颗粒特别粗大的矿物晶体而得名。 这类矿床中主要有： 锂、铍、铌、钽、铯、铪等稀有金属伟晶岩矿床； 白云母伟晶岩矿床； 含有水晶、绿柱石、黄玉、萤石等晶体的水晶伟晶岩矿床 伟晶岩矿床的主要特点是，围岩多为变质岩，矿体形状和产状主要受裂隙控制，矿岩界限一般较明显，矿物晶体粗大。,31,2伟晶岩矿床 但按成分的不同可分为花岗伟晶岩、碱性伟晶岩和基性-超基性伟晶岩三种。 其中，以花岗伟晶岩分布最广泛，岩石中的成分也最具有工业价值。所以，通常所说的伟晶岩矿床主要是指与花岗伟晶岩有关的花岗伟晶岩矿床。,32,2伟晶岩矿床 伟晶岩的形成是在岩浆经过主要结晶阶段之后，温度下降，浆体中的硅酸盐成分大部分已形成
14、为各种岩浆岩。剩余岩浆中的硅酸盐成分减少，挥发性成分相对集中，而且富集了许多金属物质，特别是稀有金属，导致岩浆的性质发生变化。这种残留下来并高度富集挥发性成分的岩浆称为残余岩浆。当其进一步冷却时，由于其中挥发性成分增多而粘度降低，增大了岩浆的活泼性和流动性。同时，岩浆的凝固温度也大为降低，凝固时间延长，使其中的各种矿物有条件慢慢地结晶，形成为矿物晶体粗大的伟晶岩。,33,3气水一热液矿床 气水热液是指在一定深度(几公里至几十公里)下形成，具有一定温度(几十至几百 摄氏度)和一定压力(几十万至几亿帕)的气态和液态的溶液，其成分以水为主，并含有氟、氯、溴、碘、硫、碳等挥发性成分，以及钨、锡、钼、铌
15、、钽、铜、铅、锌、金、银、汞等成矿物质。因其成分是以具有一定温度的水为主，并呈液态，故称为气水热液。,34,3气水一热液矿床 含矿气水热液化学性质活泼，粘度小，流动性强，在运移过程中易侵入围岩的裂缝或接触带，而且由于温度、压力和组分浓度的变化，不仅使其中的成矿物质发生沉淀、聚集而形成矿床。同时，热液作用于围岩，使其变软或变硬，这种作用称为围岩蚀变。又由于气水热液中富含成矿物质，特别是金属物质，因而形成种类繁多的工业矿床，其中尤以有色金属矿床最突出。气水热液矿床按成矿地质条件的不同，分为接触交代矿床和热液矿床两种。,35,3气水一热液矿床 这种含矿的气水-热液充填于围岩裂隙中，或与化学活泼性强的
16、围岩产生化学反应，置换出部分围岩并占据其空间，从而形成气水一热液矿床。铜、铅、锌、钨、锡、钼、汞、镓、锗、铟、铁、铀等金属矿产石棉、硫、重晶石、莹石、冰洲石等非金属矿产。 气水一热液矿床的主要特点是，矿体形状和产状复杂多变，矿床中同时伴生有多种矿产，矿石品位一般较高，含大量硫化矿物。,36,内生矿床比较,37,二、外生矿床 外生矿床是受外生成矿作用形成的矿床，其成矿物质来源于原岩或原矿床。 外生矿床按成因又可分为风化矿床和沉积矿床。 风化矿床为砂矿床，矿石品位高，矿体埋藏浅，适合露天开采。矿床中主要有锡、金、铂、铁、锰等金属矿产和高岭土、金刚石等非金属矿产。,38,煤系地层中常见有粘土矿、铝土
17、矿和铀矿等非煤沉积矿床。它主要含有铁、锰、铝等金属矿产和磷、岩盐、粘土、石膏、芒硝等非金属矿产，其中沉积铁、铝、锰矿床具有重要的工业价值 沉积矿床的主要特点是:围岩为沉积岩，矿岩界限明显，矿体多呈层状，矿床规模较大，矿石矿物成分单一。,39,三、变质矿床 变质矿床是受变质成矿作用形成的矿床，其成矿物质来源于原岩或原矿床。受变质矿床：若原矿床经变质成矿作用后其工业用途并未改变沉积铁矿床变为变质铁矿床沉积磷灰岩矿床经受变质作用后改造成晶质磷矿床变成矿床：原岩变质成为矿床，或原矿床变质成为具有另一种工业用途的矿床。石灰岩变质成为大理岩富铝岩石变质成刚玉矿床,40,变质矿床中主要有铁、锰、金、铀等金属
18、矿产和大理岩、石墨、石棉、滑石、磷等非金属矿产。 变质矿床在矿产资源中占有很重要的地位，变质铁矿床是铁矿资源的主要来源，占世界铁矿石总量的约60，而变质金矿床是世界产金量最大的一类矿床。 变质矿床的主要特点:围岩为变质岩，产状变化较大，矿体呈层状或似层状，矿石成分简单，品位一般不高。,41,第三节 非煤矿床的工业特点 非煤矿床的矿石的种类、矿体的形状、厚度和倾角、矿石和围岩的力学性质、物理化学性质等方面都与煤矿床有所不同，从而具有许多工业将点。,42,一、矿体形状几种、各自特点矿体形状矿体在空间的产出形态。与矿床的成因，成矿地质环境关系密切。非煤矿床矿体的形状常见的主要有层状、透镜状、脉状、巢
19、状和柱状等。,矿体形状(a)层状；(b)脉状；(c)透镜状；(d)巢状；(e)柱状,43,地表露头矿体产状,44,矿体形状比较,45,矿体形状与矿床开采的关系（1）矿体形状与矿床开采的关系非常密切，矿床开拓、采矿方法的选择，都必须考虑矿体形状。（2）若矿体形状复杂多变，则要求所采用的采矿方法应灵活，适应性强。（3）在开采之前必须设法查明矿体形状及其变化规律。此外，矿体形状的复杂性对探矿提出了特殊要求，即探矿工作必须贯穿于矿床开采过程的始终。,46,二、矿体的厚度和倾角 矿体厚度和倾角也是影响采矿方法选择和井巷布置的重要因素，这对煤与非煤矿床都是一样的。 非煤矿床也将矿体按厚度和倾角的不同划分成
20、若干类型，分别采用不同的采矿方法，非煤矿床的划分更细。,47,矿体厚度的概念： 矿体厚度是指矿体的上盘与下盘之间的垂直距离或水平距离。前者称为矿体的真厚度，后者称为矿体的水平厚度。,a为垂直厚度； b为水平厚度； 矿体倾角； 对于急倾斜矿体，常用水平厚度； 对于缓倾斜矿体，水平或倾斜矿体常用垂直厚度。,48,表11 矿体按厚度分类（五类）表,煤层按厚度分类,49,矿体倾角对运输设备选择的影响：1）水平矿体和微倾斜矿体 矿体倾角小于5（包括微倾斜矿体）。可使用有轨或无轨运搬设备直接进入采场运搬矿石。2）缓倾斜矿体矿体倾角在530之间。可采用人力或电力，运输机等机械设备运搬矿石。,50,3）倾斜矿
21、体 矿体倾角在3055之间。可借助于溜槽，溜板或外力抛掷等方法，进行自重运搬矿石。4）急倾斜矿体 矿体倾角应大于55。可利用矿石自重的重力运搬方法。【注】以上分类方法是相对的，随着其它无轨机械设备的发展，分类界线将会变化。,51,表12 矿体按倾角分类表,煤层按倾角分类表,52,(一)矿石与围岩的硬度硬度矿岩抵抗工具侵入和爆破破碎的能力。硬度大小用坚固性系数 f 来表示，（许多书中硬度系数，也叫普氏系数 f 值）。坚固性系数（普氏系数）,式中R为岩石标准试样的单向极限抗压强度值, 单位 kg/cm2,53,1)软矿岩 其f值在34以下，如滑石、石膏、岩盐等矿层，开采时既可用电钻打眼爆破落矿，也
22、可采用机械落矿；2)中硬矿岩 其f值为49，开采一般采用凿岩爆破法落矿；3)硬矿岩 其f值大于10，开采时只能采用凿岩爆破法落矿，而且凿岩和崩矿作业的工程量及其费用，在回采作业中所占的比例很大。,矿石和围岩的硬度可分为以下几种：,54,(二)矿岩的稳固性 稳固性是指矿岩允许暴露的面积大小和时间长短的性能。,【注】稳固性不仅与暴露面积和时间有关，而且与地压大小，节理发育程度，节理方向，暴露面积形状等有关。,55,矿岩按稳固性不同可分为五种类型： 1) 极不稳固的矿岩 是指矿岩不允许有不支护的暴露面积； 2) 不稳固的矿岩 其允许的暴露面积在10以内。长时间暴露时仍需支护； 3) 中等稳固的矿岩
23、矿岩允许的暴露面积在200以内； 4) 稳固的矿岩 矿岩允许的暴露面积在500以内； 5) 极稳固的矿岩 矿岩允许的暴露面积可达5001000。,56,(三)矿石的结块性（三性） 结块性是指采下的矿石遇水和受压之后又连结在一起的性质。 如粘土类矿床、石膏矿床、含有粘土成分的矿床和硫化物矿床易粘结。 矿石发生粘结，有些是其本身具有粘结性(如粘土矿和石膏矿)，而硫化物矿床的矿石是由于遇水后表面氧化，产生硫酸盐薄膜，受压后使矿石粘结在一起，矿石的结块性对开采的影响是限制了某些采矿方法的应用。 矿石的结块性对开采的影响是限制了某些采矿方法的应用。,57,(四)矿石的氧化性 矿石的氧化性指硫化矿石在空气
24、和水的作用下，转变为氧化矿石的性质。 氧化后的矿石质量下降，给选矿工作造成不利，导致矿石中有用成分的回收率降低。,58,(五)矿石的自燃性 矿石的自燃主要是硫化矿石中的硫与空气中的氧发生氧化作用并放出热量，严重时可导致井下火灾。一般认为含硫量达1820以上时矿石具有自燃性。,矿石的结块性、氧化性和自燃性通常简称为矿石“三性”。,59,(六)矿尘及有害物质的危害性 非煤矿床井下采掘过程中，除少数矿床(钾、硫)外，一般没有瓦斯产生，矿尘中除硫化物矿尘外(一般认为，含硫大于10的硫化矿尘具有爆炸性，发生爆炸的浓度为 250-1500gm3，引燃温度为435450)一般也没有易爆微粒存在。因而瓦斯与矿
25、尘爆炸的危险性与煤矿明显不同。 非煤矿床采掘过程中产生的矿尘内SiO2的含量一般都高于煤矿。,60,（七）含水性含水性是指矿岩裂缝和孔隙中含水的性质。矿岩含水性直接影响到矿石的提升，运输，矿仓内储矿。矿岩含水过多，会使排水费用增加。对于在寒冷地区的矿山，由于含水性会造成结冰河。,在开采某些盐类矿床时，防水和排水问题非常突出，如果水的问题不能解决，即使储量大质量好的矿床有时也不得不予放弃。 但有时也正是利用盐类易溶于水的特性，而专门向矿床中注水来溶解矿床中的盐，以获得盐的溶液，再从其中提取盐。 再如，某些矿石中的金、银、铜、铀等金属元素可溶于酸性、碱性或中性溶液中，因而可向矿床中注入某种性质的溶
26、液浸矿石，以获得某种金属。,61,（八）碎胀性 岩石的碎胀性是指岩石破碎后的体积比破碎前的体积增大的性质。常用岩石的碎胀系数 K来表示，即岩石破碎后处于松散状态下的体积与岩石破碎前处于整体状态下的体积之比。 岩石的碎胀系数对矿压控制，尤其对回采工作面的顶板管理有非常重要的意义。,62,非煤矿床除上述一些工业特点外，矿石的品种繁多也是一大特点。 非煤矿床可分为金属与非金属矿床两大类，每类中根据矿石的类型又可以分为许多种，每种中又包含许多矿物和化学成分不同的矿石。 至于煤层，仅仅是为了工业利用才将其划分为不同的工业牌号（长焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、气煤、气肥煤、肥煤、1/3焦煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤等），但不管哪种牌号，其主要成分都是有碳、氢、氧、氮组成。,63,1、名词解释：采矿、矿产、矿石、矿体、矿石品位、工业品位、边界品位、内生成矿作用、外生成矿作用、变质矿床、变成矿床。 2、与煤矿床相比，分析非煤矿床中矿石与围岩力学性质的特点及其对回采工作的影响。,
