1、重庆大学资源与环境科学学院,第二章 采矿方法与技术概述2.1 矿床的形成方法与赋存多样性2.2 传统采矿方法与技术基本分类与简介2.3 特殊采矿方法与技术基本分类与简介,矿床的形成方法 (1)岩浆富集作用：岩浆冷却、物理化学作用、矿物结晶先后、比重大小、流动性、亲和性，导致矿物富集成矿； (2)接触交代作用：围岩与侵入体接触所产生的交代作用。富含铁镁侵入体扩散，与碳酸钙岩石反应形成钙镁硅酸盐和氧化物集合体。 (3)热液作用：热水溶液物理化学作用，沿着运动通道及运动地段的岩石蚀变作用、交代作用及矿物在空隙中的沉淀作用，如绢云母化、硅化及硫化等。 (4)升华作用：固体受热后挥发的作用。当冷却时，挥
2、发的气体可呈晶质或非晶质而沉积，如硫的升华作用可出现於火山喷气孔中。 (5)沉积作用和机械富集作用：形成于地层及封闭湖盆中的矿物质在地质变迁、物理化学、生物反应生产的矿物。有铁和锰、层状盐类、煤、硅藻土、石灰岩及某些磷酸盐。金、铂族金属、金刚石及其他宝石、锡石、金红石以及锆英石等砂矿床是机械沉积作用形成的。,(6)残积作用：由地表或近地表围岩或矿床中矿物经过化学分解和机械崩解而富集形成的。其中包括红土矿床、铝土矿矿床、氧化锰矿床及硅酸镍矿床等。铁帽中非常富集的金矿石和含蓝晶石变质岩风化形成的蓝晶石矿床也属于此种作用的产物。 (7)变质作用：指岩石或矿床在温度、压力和热液作用下，其形态变化和矿物
3、重新组合。在变质作用下，某些岩石可形成蓝晶石、硅线石、红柱石或石榴子石等工业矿物。某些金属矿床在变质作用下，其矿石构造也会发生变化。地壳运动可使矿体发生强烈褶皱，并使矿石构造发生变化。变质作用和地壳运动也可以是一种机械作用，靠这种作用可使沉积地层中不大富集的金属硫化物发生活动，而且被驱赶出来使其在低温低压带中富集。 (8)海洋成矿作用 海底锰结核、海洋中的磷矿床等。,矿床的形成方法多种多样， 矿床种类也就繁多，固体矿床分布最广，液态矿床有石油、热卤水和地下水，气态矿床有天然气。不同的矿床也就需用多种多样的采矿方法。,传统采矿方法分类,按回采对象划分,（一）煤矿开采方法,（二）石油、天然气开采方
4、法,（三）金属矿产资源开采方法,（四）其它矿产资源开采方法,（1）地下开采方法,（2）露天开采方法,（3）地下露天联合开采方法,（4）其它开采方法和工艺,按回采工艺划分,（一） 煤矿开采方法简介,总的划分为壁式和柱式两大类。,壁式采煤法的特点是煤壁较长、工作面的两端巷道分别做为入风和回风、运煤和运料用，采出的煤炭平行于煤壁方向运出工作面，我国多采用壁式采煤法开采煤层。,柱式采煤法的特点是煤壁短呈方柱形，同时开采的工作面数较多，采出的煤炭垂直于工作面方向运出。,采油基本方法：自喷采油和机械采油。,自喷采油能量来源：井底压力和溶解气。自喷过程：油层渗流、井筒流动、油嘴节流和地面管线流动。,气举采油
5、（机械采油的一种）当油井停喷以后，为了使油井能够继续出油，人为地把天然气压入井下，使原油喷出地面。,（二）石油、天然气开采方法简介,天然气也同原油一样埋藏在地下封闭的地质构造之中，有些和原油储藏在同一层位，有些单独存在。对于和原油储藏在同一层位的天然气，会伴随原油一起开采出来。 对于只有单相气存在的，我们称之为气藏，其开采方法既与原油的开采方法十分相似，又有其特殊的地方。由于天然气密度小，为0.750.8千克/立方米，井筒气柱对井底的压力小；天然气粘度小，在地层和管道中的流动阻力也小；又由于膨胀系数大，其弹性能量也大。 因此天然气开采时一般采用自喷方式。这和自喷采油方式基本一样。,可供开采的天
6、然气储量估计,1.生产管理;2.凿岩;3.爆破;4.出矿;5.溜矿系统; 6.井下破碎;7.箕斗提升;8.提升井架.,（1）地下开采简介,生产控制系统；2. 表土、废石剥离；3. 凿岩； 4. 防尘；5. 爆破；6. 装载；7. 运输；8. 矿石处理。,（2）露天开采简介,露天采场构成要素,露天矿开采方法适合矿床厚度较大、埋深相对较浅的赋存条件，具有一定的优势。 由于露天开采作业是在露天情况下进行，作业场地和空间宽敞，特别适合选择大型矿山机械设备，便于实现采矿作业机械化和自动化，提高矿山生产能力和效率。露天矿的生产规模较地下开采矿山规模要大，劳动生产率较地下矿高210倍； 基础建设工程较少，建
7、设速度快，木材、电能消耗少，开采成本比地下开采低23倍； 露天采矿作业是在敞露于地表的采掘空间中完成，因此，劳动条件、工作环境和生产安全性能都较地下采矿作业要好； 露天矿开采矿石损失贫化率低，损失率不超过35%，废石混入率不超过510%，矿产资源综合利用利用率高。,露天开采的主要缺点： 对环境的破坏较大。表现在：露天开采境界内所有地表的完全剥离；排土场占地面积大；作业过程中废气、废水、粉尘对周边环境、地下水、空气等污染； 气候条件对采矿作业影响明显，雨、雪、冰冻、酷暑等均不利于正常作业； 对矿床赋存条件有严格要求，覆岩太厚或埋藏较深的矿体不宜用露天开采法。,表 一些国家露天开采量比例情况,（3
8、）露天地下联合开采简介 地下露天综合开采系统应该既包含露天开采部分，也应该包含地下开采部分。,1主（副）井；2风井；3石门；4阶段运输巷；5矿石溜井；6废石溜井；7人行天井；8盲井；9勘探巷道；10箕斗；11矿石仓；12破碎机硐室；13水泵房；14斜坡道；15分段巷道；16采场；17矿体；18矿柱；19装载站,地下露天综合开采示意图,特殊采矿方法的含义： 从技术层面来看，不同于传统的采矿-选矿-冶金三者独立的工艺流程。这类采矿方法充分利用矿物的化学、微生物等浸出原理，变采矿-选矿-冶金为布液-集液-金属提取一条龙作业的溶浸采矿工艺； 针对那些无论是在矿体赋存条件，还是其物理化学性质方面都具有特
9、殊性的矿产资源一些开采方法。,化学浸出和微生物浸出采矿法； 海底与极地资源特殊开采； 盐类矿床开采； 砂矿床开采； 自然硫矿床开采； 气化开采； 地热开采； 太空采矿法。,主要的特殊采矿方法,化学浸出和微生物浸出采矿法俗称溶浸采矿，是利用某些矿物特殊的物理化学性质，选定相应的特殊溶浸剂，将矿石中的有用成分（目标金属）溶解浸出，形成母液，再利用物理化学方法从母液中提取有用金属的工艺。,（1）化学浸出和微生物浸出采矿法简介,图 地表浸出法工艺流程图,根据所用工艺的不同，溶浸采矿可分为两大类，即地表浸出法和地下浸出法。,图 地下浸出法工艺流程图,溶浸采矿的优点： 基建工程量少，投资省，见效快； 能实
10、现资源的二次回收（如，废石堆浸），或开采普通采矿法不能开采或不经济的矿床，如开采深度大（难采）、矿石成分复杂（难选）或品位低（不经济）的矿床； 产品成本低； 采矿工作基本上在地表进行，作业安全、劳动条件好； 对地表植被破坏少，有利于环境保护。 缺点： 受矿物浸出速度的影响，溶浸采矿法的生产能力较小； 对于适合传统采矿法开采的厚大矿体或高品位矿体而言，溶浸采矿法的矿产资源回收率低； 受矿石物理化学性质和矿体地质赋存条件、地层渗透性等限制，只能用于少数矿床。,（2）海底资源特殊开采简介 目前，全世界从海底开采出来的矿物产值以石油和天然气占首位，达总产值的90以上；其次是煤,占35，砂砾和重砂矿占2
11、左右。中国目前正在开采的海底矿物有建筑用的砂砾和钛铁矿、锆石、独居石、磷钇矿等重砂矿以及石油和天然气等，也已从太平洋底取得了一定数量的锰结核。,(3) 盐类矿床开采简介,盐是人类生存不可或缺的矿产资源之一。盐类矿床更是一种综合性宝贵矿产，其中的钾、碘是我国矿产资源中稀缺的资源。 盐类矿物的基本化学性质是易溶于水，从这一基本特征出发，地下盐类矿床的开采方法主要是钻孔水溶法(占90%)。,钻孔水溶法分为两种基本类型：单井对流法（a）和水力压裂法（b)。,图 钻孔水溶法,海滨砂矿属于最邻近海岸线的一类海洋表层矿产资源，其种类多达20几种，如金刚石、砂金矿、砂铂、铬砂、铑砂、铁砂矿、锡石、钛铁矿、锆石
12、、金红石、重晶石等。海滨砂矿开采工艺大多采用采砂船进行开采。,（4）砂矿床开采简介,露出水面的海滨砂矿，通常采用露天开采方法。陆地上使用的挖掘机械，如拉杆电铲、钢索电铲、推土机等都可用于海滨砂矿的开采作业。 水面以下砂矿床的开采，目前作业水深大多在3040米范围内,使用的采矿工具有4种：链斗式采矿船、吸扬式采矿船、抓斗式采矿船和空气提升式采矿船 。,多链斗采砂船开采,水力采砂船开采,压气升液采砂船开采,抓斗采砂船开采,根据硫熔点低（112.8C）的特性，自然硫矿床可用钻孔热熔法开采，即通过布置一系列的采硫井、排水井和观察井来实现。其基本原理有些类似于盐类矿床的钻孔水溶法，即通过钻孔将加压过热水
13、注入地下自然硫矿床，使其熔化后，再将熔融状态的硫经同一钻孔排出地表完成采硫作业。 优点：钻孔热熔法具有与钻孔水溶法相同的优点，并解决了用普通采矿法开采自然硫矿床易发生子让发火的问题。 缺点：回收率低和热效率低（一般分别为50%60%和1%3%），并且只能用于开采自然硫矿床。,（5）自然硫矿床开采简介,图 钻孔热熔法开采 1采硫井；2排水井；3矿层,煤炭地下气化开采产业的综合性较强，有效地利用了资源和能源，符合节约型的产业发展原则，利于就近建立综合型的产业群。,指将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧，直接产生水煤气的新技术。,（6）气化开采简介,气化开采示意图,煤气地下气化过程中，不同生产阶段将获取
14、不同的产品:,(7) 地热开采简介,地热开发中所用的钻井技术基本上是由石油工业派生出来的。为了适应高温环境下的工作要求，对某些石油钻井的关键技术，例如泥桨钻井，进行了改进，因为那些技术还不完全适用。所使用的材料和设备，不仅需要满足高温作业要求，还必须能适应在坚硬、断裂的岩层构造中和多盐的、有化学作用的液体环境中工作。,地热资源的开发从勘探开始，即先圈划和确定具有从经济上来说可开发的温度、储量和可及性的资源的位置。利用地球科学（地质学、地球物理学和地球化学）来确定资源储藏区、对资源状况进行特征判别及最佳地选择井位等。,(8) 太空开采简介,太空采矿主要是指人类对月球及其它星球矿产资源的开发利用技术与工程。虽然，这种技术的具体实施和实际应用的时期还不会很快到来，但发展空间工业，尤其是月球资源的开采、选矿和提炼是可能的，也是必要的。,图 太空开采开采示意图,
