地下开采的基本概念.pptx

1、第三章 地下开采的基本概念 第一节 金属矿床的工业特征 第二节 金属矿床地下开采概述 第三节 矿山井巷与矿井生产系统 第四节 矿石损失和贫化 第五节 开采过程概述 第六节 采场运搬一、 矿石和废石的概念矿物 ： 在地壳中，由于地质作用形成的 自 然元素和自然化 合物，统称为矿物。矿石 ： 凡是在地壳中遇到矿物集合体 ， 在 现在技术经济水平条件下，能以工业规模从中提取国民经济必须的金属或矿物产品的都叫矿石。矿床 ： 矿床是矿体的总称 。 对于某一矿区而言，一个矿床由一个或几个矿体组成，矿床又可分为工业矿床和非工业矿床。围岩 ： 矿体周围的岩石叫围岩。 上盘围岩 ： 指矿体上部围岩。 下盘围岩

2、： 指矿体下部围岩。夹石 ： 夹在矿体中的岩石叫夹石。废石 ： 在采矿过程中所采出的围岩或夹石，一般称为废 石。（或者说废石是：矿床周围的围岩以夹石、根 本不含有用成分或者含量过少，当前不宜作为矿石开采的称之为废石）。二、 金属 矿石的种类 在自然界中的矿物很多，现在已经知道的矿物有 3000多种，而有用矿物约有二百余种 。 在地壳中，以自然金属形式存在的矿石是很少的，大量的矿石是以氧化矿，硫化矿等形式存在的。（含金属成份的矿石，叫金属石）。金属矿石按其所含金属矿物的性质，化学成份，矿物组成可以分为以下几类 ： 自然金属矿石 它是以单一元素形式存在的，如金、铂银等。 氧化矿石 指矿石的成分为氧

3、化物。 如：赤铁矿（ Fe2O3），赤铜矿（ Cu2O）等。 硫化矿石 指矿石的成份为硫化物 。如 黄铜矿(CuFeS2）、方铅矿（ PnS）、辉铜矿（ MOS2）、闪锌矿（ ZMS）等 混合矿石 是前三种的混合物。根据所含金属种类的不同，矿石又可分为以下几种 黑色金属矿石 如铁、锰、铬 有色金属矿石 如铜、铅、锌、铝等 稀有金属矿石 如铌、钽等（也是相对概念） 放射性矿石 如铀、钍等 贵重金属矿石 如金、锒、泊等 非金属矿石 如建筑石材、石膏、滑石等。三、矿石品位的概念（一）矿石品位的概念通常我们把矿石中凡是可供利用的元素或矿物称为有用成份。矿石中所含有用成分的多少用品位来表示。品位 =所谓

4、品位就是：矿石中有用成份的重量与矿石重量之比，常用百分数（ %）表示。 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。 （二）边界品位 这是指可采矿石有用成份含量和最低界限。它是矿体边界上矿石上最低品位，是划分矿石和废石，圈定矿体范围的标准。在圈定的矿本范围内，任意取样点的品位，一般都不应当小于边界品位。 （三）最低工业品位 是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。 这意思是说，根据目前工业技术水平，当矿石的品位低于某个数值时，便没有利用的价值，则这一数值的矿石品位叫最低工业品

5、位，或者产，用边界是品位圈定的矿体或矿体中某个块段的平均品位，必须高于最低工业品位才有开采价值，否则无开采价值。 【注意】 边界品位和最低工业品位也是相对概念，是可以变化的。 品位的表示方法实例： 綦江铁矿赤铁矿品位大于 30%，金岑铁矿，磁铁矿品位 56.24%；辉铜山铜矿品位 2.04%，湘西金矿品位 3 5克 /吨，秦岑金矿品位 15克 /吨，红花沟金矿品位 14.46克 /吨（平均）。 四、矿石和围岩的性质 矿石和围岩的性质主要包括有：硬度、坚固性、投固性、碎胀性、结块性、氧化性、自燃性及含水性等。 （一）矿岩的硬度 矿岩的硬度是指矿岩抵抗工具侵入的性能。矿岩的硬度取决于矿岩的组成，即

6、取决于矿岩颗粒的硬度，形状，大小，晶体结构以及颗粒间胶结构的情况等，矿岩的硬度除了对凿岩有很大影响外，往往影响矿岩的坚固性和较固性。 （二）矿岩的坚固性 人们在长期的实践中认识到，有些岩石不容易破坏，有一些则难于破碎。难于破碎的岩石一般也难于凿岩，难于爆破，则它们的硬度也比较大，概括的说就是比较坚固。因此，人们就用岩石的坚固性这个概念来表示岩石在破碎时的难易程度。 坚固性的大小用坚固性系数来表示，（许多书中硬度系数，也叫普氏系数 f值）。 坚固性系数 (R单位 kg/cm2) 式中 R 为岩石标准试样的单向极限抗压强度值。 通常用的普氏岩石分及法就是根据坚固性系数来进行岩石分级的。 如： 极坚

7、固岩石 f=15 20（坚固的花岗岩，石灰岩，石英岩等） 坚硬岩石 f=8 10（如不坚固的花岗岩，坚固的砂岩等） 中等坚固岩石 f=4 6 （如普通砂岩，铁矿等） 不坚固岩石 f=0.8 3 （如黄土、仅为 0.3） 矿岩的坚固性也是一种抵抗外力的性质，但它与矿岩的强度却是两种不同的概念。 强度是指矿岩抵抗压缩，拉伸，弯曲及剪切等单向作用的性能。而坚固性所抵抗的外力却是一种综合的外力。（如抵抗锹，稿，机械碎破，炸药的综合作用力）。 （三）矿岩的稳固性 （ 1）矿岩稳固性的概念： 稳固性是指在一定暴露面积下和在一定时间内不自行垮落的性能。或者说较固性是指矿岩在空间允许暴露的面积大小和允许暴露的

8、时间长短的性能。 影响稳固性的因素十分复杂，高于矿岩的成份，结构，构造节理状况，风化程度，以及水高地质条件都有关系，还与矿岩在开采过程中形成的实际情况有关，（如巷道的方向，开采深度等）。 稳固性对于采矿方法的选择，及支护方法的选择，掘进方式等都有很大影响。 （ 2）稳固性与坚固性的关系 二者既有联系，又有区别。一般在节理发育，构造破碎的地带，矿岩的坚固性虽然可能好，但稳固性大为下降。因此，稳固性与坚固性不能混同起来，（坚固性不好的，不一定就不稳固）。 （ 3）矿岩稳固性分类：大致可分为五类 极不稳固的 不允许有暴露面积。要求在掘进及开采中必须超前支护。否则会昌落。（非金属矿条件）； 不稳固的

9、允许暴露的面积在 50米 2以内。也即允许有较小的暴露面积，随着回采，要立即进行支护。 中等稳固的 允许有一定的暴露面积，即 50m2 200m2，一般不支护，或作临时支护，即可安全地进行生产。 较稳固的 允许有较大的暴露面积，为 200 500m2，一般不支护。 极稳固的 允许有很大的暴露面积，即 800m2以上。不必支护，可以长期时不垮落。 【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。 （四）矿岩的碎胀性 矿岩的碎胀性是指矿石和围岩破碎之后的面积比原体积增大性质。碎胀性可用碎胀系数来表示（又叫松散系数） 1 对于一般坚硬矿岩石松散系数

10、为 1.4 1.6（或 1.2 1.6）。 松散系数的大小主要取决于破碎之后，矿岩的粒度组成和块度的形状。初装入容器（矿车、箕斗等）内的矿岩块，因矿岩块之间空隙较大，则松散系数值可达 1.8 2.0（产生了二次松散）。 （五）矿岩的结块性 结块性是指采下的矿岩遇水受压，经过一定的时间，又结成整块性质。 我们通常见到的是粘土矿物、滑石、或高硫矿遇水受压，经过一段时间后，易出现结块现象。结块性对于放矿，装卸，运输等生产环节造成困难，甚至于影响到某些采矿方法的顺利使用。具有结块性的矿石在采坊中，在凿井中存放时间不宜过长。 （六）矿石的氧化性 矿石的氧化性是指硫化矿石在水和空气的作用下，变成了氧化矿石

11、的性质。在硫化矿石中渗杂入氧化矿石后，降低了选矿的回收率。（选矿用的药剂不同）。因而硫化矿与氧化矿石切记不要混在一起。 （七）矿岩的自燃性 自燃性是指高硫化矿石（含硫量在 18 20%以上），当其透水性及透气性良好的条件下，具有自燃发生的性能。 高硫化矿在井下氧化时，放出大量的热，经过一段时间，温度升高，会引起井下火灾，特别粉状的高硫化矿与空气接触的面积大，更容易引起火灾。 由于上述原因，对于高硫化矿床必须要采取快采快处理的办法来开采，以减少矿石的损失。 具有自燃性的矿石，在采矿方法选择上有特别要求。（例如：小饧林矿在文革中曾进行过一次大炸破，由于矿石未能及时放出来，时间一长，温度升高，产生了

12、自燃，烧了很久而未灭，只好封闭起来，暂时不采）。至今封闭未采。 （八）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。对于此方案寒冷地区的矿山，由于含水性会造成结冰河。 （九）其他的 （ 1）容重 容重是指单位体积中原岩的重量。 一般岩石的容重为 2.3 3.0 T/m3之间。 有色金属矿石中金属含量较少，其容重与岩石差不多或稍大些。黑色金属矿石中金属含量较高，容重可达 3.5 T/m3左右。（或更大） （ 2）块度 原所崩落后则形成矿块，或岩石块，其尺寸的大小称为块度。 块度通常用三个相互垂直方向的平均尺寸来表示

13、。（或用最大方向的尺寸） 即 B、 L、 H的平填值。 （一般按三度算，用方格法测定时，用二度定，有时用二度时采用一个效正系数）。 对于一定的装运，破碎等设备，对矿岩的最大块度有一定的要求。为了保证矿山持续生产，必须使矿石的最大块度与装运等设备的要求相应。 通常用合格块度来表示限制采出矿石的块度，矿石块度超过合格块度时，则要求进行二次破碎。 合格块度 即允许的矿石最大块度。通常合格块度为 250 500mm之间，也有 600mm。它是根据开采及加工的工艺和设备要求来确定的。随着机械化水平的提高，合格块度有增大的趋势。 （ 3）自然安息角 松散矿岩自燃烧堆积时，其四周将形成倾斜的堆积坡面，我们把

14、自然堆积坡面与水平面相交的最大角度，称为该矿岩的自然安息角。五、金属矿床分类及其工业特征 （一）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。（此三个要素习惯上称为矿体三要素）。 （ 1）按矿体形状分类 1）层状矿体 这种矿体是一层一层的。多源于沉积或变质沉积矿床。 特点是： 层状矿床的品位，倾角和厚度变化不大，比较稳定。 矿床规模比较大。 多见于黑色金属矿床。（乱矿多见） 2）脉状矿体 这类矿床主要是由于热液和气化作用，将矿物充填于地壳的裂隙中生成的矿床。 特点是： 矿脉与围岩接触处有

15、蚀变现象 矿床赋存条件不稳定； 有用成分含量不均匀；（品位变化大）。 （有色金属，稀有金属及贵重金属硫矿床多属此类）。 3）块状矿床 这类矿床主要是充填，接触高代分离和氧化作用形成的。 特点： 形状很不规则。呈不规则的透镜状，矿株等形； 矿体大小不一； 矿体与围岩的界限不明显； 某些金属矿床（铜、铅、锌等）属此类。我国的南京梅山铁矿也属此类矿床。 （ 2）按矿体、厚度分类 1）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。 b 为垂直厚度； a 为水平厚度； a与 b夹角； 矿体倾角； 对于急倾斜矿体，常用水平厚度，对于缓

16、倾斜矿体，水平或倾斜矿体常用垂直厚度。（也即真厚度。若文中不加说明时，一般指真厚度）。 2）分类：可分五类 极薄矿脉 矿体厚度在 0.8米以下。（一个肩宽）开采时要采一部分围岩，才能保证正常的工作宽。（用浅孔凿岩开采的方法） 薄矿脉 矿体厚度为 0.8 4.0米之间。考虑近似水平矿床，用木支护时支护高度不得超过 4米，超过 4米，支护作业困难很大。 用浅孔回采。 中厚矿体 矿体厚度为 4.0 10米之间。一般此时矿块没走高布置，多用浅孔回采。 厚矿体 矿体厚度为 10 30米，（此时 30米为使用没走向布置与垂直走向布置矿块的界限，也可以用沿走向布置矿体）。一般用深孔回采。 极厚矿体 矿体厚度

17、在 30米以上。采用深孔回采。矿块可垂直走向布置。 3）矿块的布置形式 矿块沿走向布置 矿块垂直走向布置 矿块垂直走向布置且凿走向矿柱。 为什么要垂直走向布置呢？主要是： 受到允许的暴露面积限制； 受到凿岩设备运搬矿石的设备限制。 （ 3）按矿体倾角分类 （与矿石运搬方式有关） 1）水平矿体 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坊运搬矿石。 2）缓倾斜矿体 矿体倾角在 5 30 之间。可采用人力或电力，运输机等机械设备运搬矿石。 3）倾斜矿体 矿体倾角在 30 55 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

18、 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，随着其他无轨机械设备的发展，分类界线将会变化。 （二）金属矿床的特点 （ 1）矿床赋存条件不稳定； （ 2）矿石品位变化大； （ 3）地质构造复杂； （ 4）矿石和围岩的硬度较大； （ 5）矿床的含水性；第三章 地下开采的基本概念 第一节 金属矿床的工业特征 第二节 金属矿床地下开采概述 第三节 矿山井巷与矿井生产系统 第四节 矿石损失和贫化 第五节 开采过程概述 第六节 采场运搬金属矿床地下开采概述 一、井田及其划分原则 （一）井田矿田和矿区的概念 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

19、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） （二）井田的大小范围 井田的大小是矿床开采中的重要参数。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。对于水平和微倾斜矿床中，则用长度 L和宽度 B来表示。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。当矿体范围很大，或

20、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。 划分井田时应当考虑几个方面的问题 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 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）。 照顾到生产管理上的方便。 要考虑到国民经济的需要。 考虑技术经济的合理性。 总之，要进行综合分析。二、阶段、矿

21、块和盘区采区的概念 （一）阶段和矿块的概念 （ 1）阶段 阶段就是在开采缓倾斜，倾斜和急倾斜矿床时，在井田中每隔一定的垂直距离，掘进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，把这个矿段叫做阶段。 （ 2）阶段高度 阶段高度是指上、下两个阶段运输平巷之间的垂直距离。 阶段高度变化范围 阶段高度变化范围很大。 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。 （ 3）影响阶段高度的主要因素 阶段高度主要取决于影响的赋存条件，采矿方法。 只要条件许可，

22、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） （ 4）矿块 在阶段中沿走向每隔一定距离，掘进天井连通下、下两个相邻的阶段运输平巷，将阶段再划分为独立的回采单元，我们把这样的回采单元叫做矿块。 矿床的赋存条件不同，则开采矿块的方法也不同。（二）盘区和采区的概念 （ 4）矿块 在阶段中沿走向每隔一定距离，掘进天井连通下、下两个相邻的阶段运输平巷，将阶段再划分为独立的回采单元，我们把这样的回采单元叫做矿块。 矿床的赋存条件不同，则开采矿块的方法也不同。 （二）盘区和采区的概念 （ 1）盘区 当开采水平和

23、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（如某矿体厚度 80多米，若选用浅水凿矿法开采，则 80米超过了凿矿法常用的阶段，高 50米在长，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）。 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。 开拓盘区； 采准盘区； 回采盘区； 1 主井； 2 付井； 3 主运输巷道； 4 盘区

24、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 （ 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。 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 当矿体厚度不大时，采区可沿走向布置； 当矿体厚度很大时，采区可沿上部走向布置；矿床开拓的作用及工程 为了开采埋藏在地下的矿床，首先要进行开拓。开拓工程是从地面掘进

25、一系列巷道和硐室 与矿体相通，使之构成一个完整的提升、运输、通风、排水和供风、供水、供电系统，以便在 矿床开采中为进行下一个步骤一一釆准和凹采工作创造必要的条件。形成上述工程的开掘工 作，称为矿床开拓。为开拓矿床而掘进的井巷工程，称为开拓巷道。 幵拓巷道按其在开罙矿床中所起的作用，可分为主要开拓巷道和辅助开拓巷道两类。主要 开拓巷道用于运输、提升矿石，如主要运输平硐、提升竖并、提升斜井等。这些工程在地表有 出口，使地表与矿床相沟通，起着主要开拓作用。辅助开拓巷道，如废石提运、通风（进风 或出风巷道，从上部中段往下部中段溜放矿石的溜矿井，从地忐向井下输送充填材料的充 填巷道，连接并筒与水平巷道的

26、石门，井下调车用的调车场，各种专用硐室和阶段主要运输巷 道等，起辅助幵拓作用。 作为一个矿床的开拓系统，并非需要具备上述所有开拓巷道，而是仅用其屮的一部分即可。 至于需要幵掘哪些开拓巷道，应根据实际情况以满足矿床开拓需要为准。主要开拓巷道是矿床通 往地表的主要出口，任何类型的矿床开拓系统，都必须有主要开拓巷道。辅助开拓巷道则根据矿 床开拓的实际需要而定。对于中小项矿山，在满足安全规枵的前提厂应尽量减少开拓工程。 金属矿床地下开采的步骤可以分为：开拓、采准、切割与回采四个步骤，这些步骤反映了不同的工作阶段。 （一）开拓工作1. 开拓工作意义 是指：从地面掘进一系列巷道达到矿体，使矿体连通地面，形

27、成人行、通风、运输、排水、供电、供风、供水等系统。 （ 2）开拓的目的 把井下将要采出的矿石废石运到地表 把废水和污浊的空气排到地表 把人员、材料高级设备运到井下进行生产 （ 3）开拓巷道 为了达到上述开拓目的而掘进的巷道，称为开拓巷道。例如井筒（竖井、斜井）、平硐、石门、井底车场、井下大的石日室，主要阶段运输巷道、主淄矿井，充填井等，都属于开拓巷道。 （ 1）采准工作定义 它是指在已经开拓完毕的矿床里，掘进采准巷道。将阶段划分成矿块作为独立的回采单元。并在矿块内创造人行、凿岩、放矿、通风等条件。 （ 2）采准工作的任务 它有两个任务。即： 划分矿块 即将阶段再划分成矿块，作业独立的回采单元。 创造条件 它为下一步回采工作创造条件（行人、通风、凿岩、击矿等条件）。 （ 3）采准工作的手段 指要开拓一系列巷道来实现的。采准巷道如漏斗颈，淄矿小井、人行、通风天井、联络边等。