非煤开采技术

1、非煤开采技术非煤开采技术 非煤开采技术非煤开采技术 非煤开采技术非煤开采技术 提提 纲纲 绪论绪论 非煤固体矿床开采概述非煤固体矿床开采概述 矿床开拓及其特点矿床开拓及其特点 采矿工艺采矿工艺 采矿方法采矿方法 特殊采矿方法特殊采矿方法 海底与极地资源开采海底与极地资源开采 深井充填管道输送技术深井充填管道输送技术 矿业法规与监督管理矿业法规与监督管理 非煤开采技术非煤开采技术 1.绪论 1.1 矿产成矿地质背景条件矿产成矿地质背景条件 1.2 我国的矿产资源概述我国的矿产资源概述 1.3 矿产资源的可持续开发矿产资源的可持续开发 1.4 非煤开采现状非煤开采现状 1.5 课程内容、目的、要求

2、，学习方法课程内容、目的、要求，学习方法 非煤开采技术非煤开采技术 成矿作用 依据形成矿产资源的地质作用和能量依据形成矿产资源的地质作用和能量 物质来源不同，可以分为：物质来源不同，可以分为： 内生成矿作用、外生成矿作用、变质内生成矿作用、外生成矿作用、变质 成矿作用、叠生成矿作用成矿作用、叠生成矿作用 1.1 1.1 矿产地质成矿地质背景条件矿产地质成矿地质背景条件 非煤开采技术非煤开采技术 1.2 1.2 我国的资源概述我国的资源概述 我国现有矿产种类 我国已发现的资源种类为171种，已查明储量的为159 种：能源矿产（10种）、金属矿产（54种）、非金属 矿产（92种）、水气矿产（3种）

3、 如果计算亚矿种，则查明资源储量的目前已经达到 224种 能源矿产是我国矿产资源的一个重要组成部分，我国 “煤多铁少” 非煤开采技术非煤开采技术 总量丰富、人均占有量不足 种类齐全、丰度不一（中东有石油，中国有稀土-邓 小平） 矿产质量贫富不均，贫矿多，富矿少 大型矿床少，中小型矿床多 伴生矿多，单矿品种少 矿种空间分布不均（北方多煤，南方多金属） 1.2 1.2 我国的资源概述我国的资源概述 矿产资源赋存特点矿产资源赋存特点 非煤开采技术非煤开采技术 总体方针：在保护中开发、在开发中保护 具体任务：调控资源开采总量；合理利用矿产 资源；利用外资勘察、开采矿产资源；利用国 外市场和资源；实施战

4、略资源矿产储备；保护 矿山生态环境 1.2我国的资源概述我国的资源概述 矿产资源开发保护的方针矿产资源开发保护的方针 非煤开采技术非煤开采技术 矿产开发利用的新观念：矿业经济全球观；矿产资源 可持续发展观；资源开发利用的增值观；矿产资源利 用的安全观 矿产发展战略：扩大资源与节约资源并举；新区找矿 与老矿区挖潜并举；国内外“两个市场，两种资源” 并举；提高资源回收率与循环利用并举；开发与保护 环境并举；配置市场化与管理法制化并举；矿业与非 矿业多元化发展并举 1.3 矿产资源的可持续开采矿产资源的可持续开采 矿产开发的发展战略矿产开发的发展战略 非煤开采技术非煤开采技术 可持续发展的内涵：公平

5、性原则；持续性原则； 需求性原则；高效性原则；阶段性原则 可持续发展理念的核心在于正确处理量大关系： 人与自然的关系；人与人的关系 1.3矿产资源可持续开采矿产资源可持续开采 矿产资源的可持续发展矿产资源的可持续发展 非煤开采技术非煤开采技术 1.3矿产资源可持续开采矿产资源可持续开采 可持续发展的战略目标：可持续发展的战略目标： （1 1）不断满足当代和后代人生产、生活的发展对物质能量、）不断满足当代和后代人生产、生活的发展对物质能量、 信息、文化的需求信息、文化的需求“发展发展” （2 2）代际之间公平的使用管理人类的资源环境）代际之间公平的使用管理人类的资源环境公平公平 （3 3）国家和

6、区域之间体现均富、合作、互补、平等，缩小同）国家和区域之间体现均富、合作、互补、平等，缩小同 代之间的差距代之间的差距合作合作 （4 4）创造与）创造与“自然自然- -社会社会- -经济经济”支持系统相适应的外部条件，支持系统相适应的外部条件， 使人类说在一个更严格、更有序、更健康、更愉悦的环境中使人类说在一个更严格、更有序、更健康、更愉悦的环境中 协调协调 非煤开采技术非煤开采技术 1.3矿产资源可持续开采矿产资源可持续开采 可持续发展 总体战略 战略与对策 立法与设施 经济政策 资金来源与 机制 教育与能力 建设 公众参与 生态可持续发展经济可持续发展社会可持续发展 人口、消费与社 会服务

7、 消除贫困 健康与卫生 人类居住区 防灾减灾 农村与乡村发展 工业交通与通讯 能源与消费 能源生产与消费 自然资源保护 生态多样性保护 荒漠化防止 保护大气层 固体废物无害化 处理 经济政策 非煤开采技术非煤开采技术 1.3矿产资源可持续开采矿产资源可持续开采 中国21世纪矿产可持续发展目标：合理 使用、节约和保护资源，提高资源利用 率和综合利用水平；建立重要的资源安 全供应体系和实施战略资源储备，最大 限度保证国民经济建设对资源的需求。 能源战略：节能优先、结构多元、环境能源战略：节能优先、结构多元、环境 友好、市场推动友好、市场推动 非煤开采技术非煤开采技术 1.3矿产资源可持续开采矿产资

8、源可持续开采 中国仍然远未摆脱不发达状态，仍是一个发展中国家， 而且是一个面临一系列大规模难题的发展中国家。 这里有两道最简单的数学题，一道乘法，一道除法。 乘法题是：无论看似多么小的因而可以忽略的经济 和社会发展难点，只要乘以13亿，那就成了一个大规 模的，甚至可能是超大规模的问题。 而除法题是：无论绝对数量多么可观的财力、物力， 只要除以13亿，那就成为相当低的，甚至很低很低的 人均水平了。 中国的发展和崛起，包括问题的方面和动力的方面， 归根到底，都离不开这个13亿到15亿。 郑必坚：中国和平崛起新道路和亚洲的未来郑必坚：中国和平崛起新道路和亚洲的未来在二在二 三年博鳌亚洲论坛的讲演三年

9、博鳌亚洲论坛的讲演 非煤开采技术非煤开采技术 1.4非煤开采现状非煤开采现状 非煤矿床主要特点及对采矿过程的影响 (1)规模小，价值高：决定井筒布置不留矿柱，井 型一般较小 (2)开状复杂，产状多变：采矿方法多而灵活； (3)矿岩稳固，硬度大：一般用凿岩爆破法采矿 （回采），机械化程度较低，仅在中硬以下矿层用 机械采矿。 非煤开采技术非煤开采技术 1.4非煤开采现状非煤开采现状 非煤矿床地下开采的现状及发展 采矿方法多样 非煤开采技术非煤开采技术 1.4非煤开采现状非煤开采现状 特殊采矿法：溶浸、水溶、热溶、海洋采矿 a.溶浸法（生物化学采矿）刚起步（主要采矿发达的 国家用于采金、银、铜、铀）

10、 b.水溶、热溶只限于特殊矿种（钾盐、岩盐、硫等） c.海洋采矿基本处于研究阶段。 d.太空采矿法概念阶段 非煤开采技术非煤开采技术 1.4非煤开采现状非煤开采现状 与煤矿五大灾害（瓦斯，煤尘，水，火，顶与煤矿五大灾害（瓦斯，煤尘，水，火，顶 板冒落板冒落 ）有所不同金属矿地采无瓦斯、煤尘、）有所不同金属矿地采无瓦斯、煤尘、 火，也极少遇到支护难题，金属矿的安全问火，也极少遇到支护难题，金属矿的安全问 题只要体现在尾矿库和冲击地压上，因此一题只要体现在尾矿库和冲击地压上，因此一 般情况下金属矿较煤矿来说是安全系数要高。般情况下金属矿较煤矿来说是安全系数要高。 非煤开采技术非煤开采技术 1.4非

11、煤开采现状非煤开采现状 非煤矿床地下开采的未来非煤矿床地下开采的未来 1）改进传统采矿方法（工艺）和设备，应用露天爆破技术于）改进传统采矿方法（工艺）和设备，应用露天爆破技术于 地下。地下。(瑞典正在研究建设瑞典正在研究建设1000米深的地下米深的地下“露天矿露天矿”)。 2）连续采矿机取代（部分）凿岩爆破法；立井钻进，平巷用）连续采矿机取代（部分）凿岩爆破法；立井钻进，平巷用 联合掘进机（机械联合掘进机（机械+高压水射流或激光）高压水射流或激光） 3）（电气化）无轨采矿（煤矿称无轨开采）：电动汽车、电）（电气化）无轨采矿（煤矿称无轨开采）：电动汽车、电 动铲运机；连续装载机，带式输送机、液孔

12、、潜孔钻机，形动铲运机；连续装载机，带式输送机、液孔、潜孔钻机，形 成：装载成：装载破碎破碎带式输送机运输系统。带式输送机运输系统。 发展方向：无爆破（机械化连续）采矿发展方向：无爆破（机械化连续）采矿+电气化（无轨运输）。电气化（无轨运输）。 非煤开采技术非煤开采技术 金属矿图片云铜小绿汁矿 非煤开采技术非煤开采技术 金属矿图片云铜小绿汁矿 非煤开采技术非煤开采技术 1.5课程内容、目的、要求，学习方法课程内容、目的、要求，学习方法 1.目的：目的：拓宽采矿基础知识、提高技能、开阔思路拓宽采矿基础知识、提高技能、开阔思路 2、主要内容、主要内容 非煤矿床的基本概念及工业特征非煤矿床的基本概念

13、及工业特征 非煤矿床开采开拓及特点非煤矿床开采开拓及特点 采矿工艺采矿工艺 典型采矿方法典型采矿方法 3、要求、要求 概念清楚、把握技术本质概念清楚、把握技术本质 系统掌握非煤矿床地下开采的基本原理和方法，有系统掌握非煤矿床地下开采的基本原理和方法，有 初步分析和解决有关内容的能力；初步分析和解决有关内容的能力； 吸收非煤开采知识，解决有关采煤问题。吸收非煤开采知识，解决有关采煤问题。 非煤开采技术非煤开采技术 学习方法学习方法 比较法比较法 授课授课 录像录像 成绩成绩 笔试笔试+作业作业+平时成绩平时成绩 参考书参考书 采矿学，冶金出版社，采矿学，冶金出版社，2001 矿床地下开采，冶金出

14、版社，矿床地下开采，冶金出版社，1998 金属矿床地下开采，冶金出版社，金属矿床地下开采，冶金出版社，2001，谢世俊，谢世俊 金属矿山采矿设计优化与地压控制，金属矿山采矿设计优化与地压控制，2001，蔡美峰，蔡美峰 非煤开采技术非煤开采技术 第一章：非煤固体矿床开采概述 第一节基本概念 第二节矿床赋存特点 第三节矿床地下开采概述 非煤开采技术非煤开采技术 第一节基本概念 矿物与矿产 矿物：地壳中由各种地质作用形成的天然化合物或单质。 矿产：埋藏在地壳中的可供人类利用的天然矿物资源。 1.能源矿产 2.金属矿产 3.非金属矿产 4.水气矿产 非煤开采技术非煤开采技术 第一节基本概念 一、矿石、

15、矿体和矿床 （一）矿石（ore） 1.定义：在当前的技术经济条件下，在质（品位）和量（储量） 两方面都能为国民经济所利用的矿物集合体。 镍矿石镍矿石 黄金矿石黄金矿石石英石英 非煤开采技术非煤开采技术 第一节基本概念 2.命名：一般以所用元素或直接利用的矿物命名。如：铁 矿石、铜矿石、磷矿石、云母矿石等。 人类已知160种 我国已发现158种 我国已探明130 我国位居世界前列的锑、钨、钼、汞、重晶石、 稀土金属 非煤开采技术非煤开采技术 3.分类： 1）按有用成分的用途和性质（工业用途），可分为： 金属矿石（铁矿石、铜矿石） 非金属矿石（硫矿石） 2）按矿石品位高低，可分为：富矿和贫矿； 3

16、）按化学成分：氧化矿和硫化矿等。 非煤开采技术非煤开采技术 金属矿产 金属矿一般可分为三大类(可以进一步细分)： 以铁矿为代表的黑色金属矿； 以铝、铜、铅、锌、镍为代表的有色金属矿 以金、银为代表的贵金属矿和铀矿 非煤开采技术非煤开采技术 金属矿产 1.黑色金属：（钢铁、冶金金属） 包括铁及炼制各种钢的附加金属、锰钢、 铬、不锈钢、钒、镍、钴等。 2.有色金属（非钢铁金属）： 可单独冶炼成金属、也可炼制合金。 3.贵金属： 在地壳中稀少而性质独特，金、银、铂及铂族金属。 4.放射性金属：铀、镭等。 具有天然放射性、自动蜕变、放出射线。 5.稀有金属： 在地壳中稀少、富集程度差，如锂、铍、铌、钽

17、等。 6.稀土金属： 不单独形成矿物，共生在其它矿物中包括39、5771的16 中元素。 7.分散元素：地壳中含量很低、不单独成矿，存在于其它矿物 中（锗、镓等）。 非煤开采技术非煤开采技术 非金属矿产资源 非金属矿产资源系指那些除燃料矿产、金 属矿产外，在当前技术经济条件下，可供工 业提取非金属化学元素、化合物或可直接利 用的岩石与矿物。 非煤开采技术非煤开采技术 非金属矿产分类非金属矿产分类 冶金辅助原料非金属矿产： 耐火粘土；白云岩；硅石（石英砂岩、石英岩、 脉石英）等 化工原料非金属矿产： 磷；硫（硫铁矿、自然硫）；钾盐；盐等 建筑原料与其他非金属矿产： 石棉；石墨；石膏、云母等 非煤

18、开采技术非煤开采技术 第一节基本概念 （二）矿体(ore body) 1.定义：具有一定形状和产状的矿石的天然集合体。 锡矿体锡矿体 铅锌矿体铅锌矿体 萤石矿体萤石矿体 非煤开采技术非煤开采技术 第一节基本概念 2.有关概念： 1）围岩：矿体周围无开采价值 的岩石。上盘围岩、下盘围岩 2）夹石：矿体中的岩石（或矿 体内的）。 3）废石：指围岩和夹石。 3.矿体与围岩的关系：相对的、有条件的矿体与围岩的关系：相对的、有条件的 例如：南票煤田的煤层底板是粘土层，过去作为废石处理。例如：南票煤田的煤层底板是粘土层，过去作为废石处理。 后来需要粘土矿时，经勘探证明是一个耐火粘土矿床。后来需要粘土矿时，

19、经勘探证明是一个耐火粘土矿床。 非煤开采技术非煤开采技术 （三）矿床（ore deposit） 1、定义： 一定区域内矿体及其围岩的集合体。 2、分类 ：（1）有用成分形状与用途：金属矿床、 非金属 矿床、可燃有机矿床 （2）形态：层状、脉状、块状 （3）矿体与围岩形成先后：同生矿床、后生矿床 （4）工业利用价值：工业矿床、非工业矿床 非煤开采技术非煤开采技术 二、矿石品位 （一）矿石品位（ore grade） 1.定义：矿石中有用成分的单位含量。 一般以百分数表示，如： Cu：0.40.6%； Fe：50%； 贵金属及少数非金属（金、铂等），则用g/t或 mg/t表示，如： 金刚石：克拉/t

20、； 云母：kg/m3。 非煤开采技术非煤开采技术 （二）边界品位 边界品位：划分矿石与废石（围岩或夹石）的有用组分 最低含量标准。 如：磷矿：P2O5，为56%。 下表即为部分矿石的边界品位和工业品位： 矿石 磁铁 (%) 黄铜矿 (%) 金矿 (g/t) 磷矿 (%) 云母矿 (kg/m3) 金刚石 (mg/m3) 边界 品位 200.20.31 25 6120 工业 品位 250.4 0.53 510 11430 非煤开采技术非煤开采技术 （三）工业品位（最低可采平均品位） 指在当前的技术经济条件下，可以开采利 用的矿体的最低平均品位。又称最低可采平均 品位。 随着技术水平的提高，工业品位

21、在降低 Cu：19世纪10%0.650.40.5% Sn(锡)：0.8%0.20.3%。 非煤开采技术非煤开采技术 三、矿石损失与贫化 （一）矿石损失与损失率 1.矿石损失：在矿床开采过程中造成矿石数量减少的现象。 2.矿石损失率：开采过程中损失的矿石量Q0与工业储量Q的百分比。 3.矿石的回收率：采出的纯矿石量与工业储量的百分比。 4.金属回收率：采出矿石中的金属量与工业储量所含金属量之比。 （二）矿石贫化与贫化率 1.矿石贫化：采出矿石品位低于工业储量平均品位现象 。 原因： 1）开采过程中混入废石； 2）高品位矿石损失或高品位粉矿流失； 2.矿石贫化率：采出矿石品位降低的百分率。 非煤开

22、采技术非煤开采技术 （三）矿石损失与贫化过程 混入废石量混入废石量R 混入废石品位混入废石品位” 采矿过程采矿过程 采出矿石量采出矿石量T=Q- Q0+R 采出矿石品位采出矿石品位 工业储量工业储量Q 工业储量品位工业储量品位 矿石损失量矿石损失量Q0 品位品位 (+) (-) 图矿石损失与贫化过程示意图图矿石损失与贫化过程示意图 非煤开采技术非煤开采技术 矿石量平衡式： T=Q-Q0+R 金属量平衡式： 矿石损失率：直接 Q Q q 0 0 R)QQ(T 间接间接 1100% T q Q 矿石回收率：矿石回收率：1Kq 金属回收率：金属回收率：100% T E Q 非煤开采技术非煤开采技术

23、矿石贫化率：矿石贫化率： 废石混入率：直接废石混入率：直接 T R 废石混入率：间接废石混入率：间接 100% 非煤开采技术非煤开采技术 （四）减少矿石损失与贫化的意义 资源浪费 损失 矿山寿命投资摊销矿石成本 安全性、环境污染 运输、提升、产品加工费 产品成本 贫化 回收率 产品质量价格 非煤开采技术非煤开采技术 （五）降低矿石损失和矿石贫化的措施 矿石损失和矿石贫化不可避免，但从地质、设计、 管理等方面采取综合措施能取得良好效果。应： 1.加强地质勘探 2.采用合理的开拓部署 3.选择适当的采矿方法和回采工艺 4.合理采用新技术、新工艺和新设备。 非煤开采技术非煤开采技术 第二节矿床赋存特

24、点 一、矿床形成 1.非煤矿床是由地壳中的化学元素，在各种地质作用下迁移和 富集而成的。 Fe3O4(磁铁矿) 地壳中分布(%)5 工业品位(%)25 边界品位(%)20 非煤开采技术非煤开采技术 2.成矿作用：把地壳中的有用成分和其它成分分离开来，集中 富集而形成矿床的地质作用。 内力地质作用 内生成矿作用 地质作用 外力地质作用 外生成矿作用 成矿作用 变质作用 变质成矿作用 成矿作用的分类（按作用性质和能量来源） (1)内生成矿作用：地球内部热能（如岩浆、放射性元素脱变 等）矿床=内生矿床； (2)外生成矿作用：地表岩石、矿床等在太阳辐射能、生物、化 学作用下风化、剥蚀、搬运、沉积矿床=

25、外生矿床； (3)变质成矿作用：地壳内部的原岩或原矿床受变质作用矿 床或另一新矿床=变质矿床。 非煤开采技术非煤开采技术 按成矿作用，分类： 1）内生矿床 岩浆演化阶段：岩浆阶段、残余岩浆阶段、岩浆期后阶段 （1）岩浆矿床：岩浆冷凝结晶成为岩浆岩阶段形成的矿床 铬铁矿、钒钛磁铁矿等，金刚石、刚玉等 特点：围岩为岩浆岩、矿岩界限不明显、矿体 形状比较复杂 非煤开采技术非煤开采技术 （2）伟晶岩矿床：残余岩浆阶段形成的矿床 锂、铍、铯等，水晶、云母、等 特点：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，矿物颗粒粗大。 （3）气水热液矿床：岩浆期后阶段形成的矿床 铜、铅、锌、

26、等，石棉、硫等 特点：矿体形状和产状复杂多变，矿床中同时伴生多 种矿产，矿石品位较高，含大量硫化产物。 非煤开采技术非煤开采技术 2）外生矿床 （1）风化矿床：锡、金、铂等，高岭土、金刚石等 特点：砂矿床、矿石品位高，矿体埋藏浅 （2）沉积矿床：粘土矿、铝土矿。 铁、锰、吕等，磷、石膏、芒硝等 特点：围岩为沉积岩，矿岩界限明显，矿体多呈层状，矿床规模 大，矿石成分单一 3）变质矿床 （1）受变质矿床：原矿床经变质成矿作用后其工业用途未变 （2）变质矿床：原矿床变质成为具有另一种工业用途的矿床 铁、锰、金等，大理石、石墨、石棉等 特点：围岩为变质岩，产状变化较大，矿体呈层状或似层状，矿 石成分单

27、一，品位不高 非煤开采技术非煤开采技术 第二节矿床赋存特点 二、矿体的分类 （一）按矿体形状分类 金伯利岩金伯利岩 云母橄榄岩云母橄榄岩 非煤开采技术非煤开采技术 (二)按矿体倾角分类 类 别 倾角(。)对运输设备的影响 水平或微倾斜 矿体 55矿石运搬可借自重运输 非煤开采技术非煤开采技术 （三）按矿体厚度分类 1. 矿体厚度：指矿体上、下盘间的垂直距离（垂 直厚度或真厚度）或水平距离（水平厚度）。 3 1 图1 - 2 矿体的水平厚度和垂直厚度 1 矿体；2 矿体下盘；3 矿体上盘； a 垂直厚度；b 水平厚度；矿体倾角 非煤开采技术非煤开采技术 按目前的开采技术条件，矿体按厚度分为五类：

28、 类型极薄矿体薄矿体 中厚矿体厚矿体极厚矿体 厚度/m 40 非煤开采技术非煤开采技术 （四）按埋藏深度分 1、矿体埋藏深度小于800米，称浅部矿体； 2、矿体埋藏深度大于或等于800米，称深部矿体； 非煤开采技术非煤开采技术 三、矿石与围岩的力学性质 （一）矿石的硬度 矿石的坚固性是矿石抵抗外力的能力。 按照矿岩普氏系数f，矿岩的硬度可分为以下几种： 1）软矿岩： f10。爆破开采 （煤：f3；围岩：f10） 非煤开采技术非煤开采技术 三、矿石与围岩的力学性质 （二）矿岩的稳固性 矿岩的稳固性是指矿石和围岩允许暴露面积的 大小和时间长短的性质。通常分为以下几种： 1）极不稳定的； 2）不稳固

29、的（50m2）； 3）中等稳固的(50200m2)； 4）稳固的(200800m2)； 5）极稳固的(800m2)。 非煤开采技术非煤开采技术 四、矿石“三性”及物理化学特性 1. 结块性 矿石的结块性是指采下的矿石遇水和受压后又连结在一起的 性质。对放矿、装矿和运输有影响。 2. 氧化性 氧化性是指硫化矿石在水和空气的作用下变为氧化矿石的性 能。降低选矿回收率，导致结块或自燃。 3. 自燃性 高硫矿石氧化生热并自发燃烧的性质。如：白山硫铁矿、湘 潭锰矿等。对采矿方法的选择有影响，即采下矿石不能在采 场大量长时间堆放。 4.物理化学特性(盐类矿物、硫及铜、金等)，可用物理或化 学方法采矿。 非煤开采技术非煤开采技术 五、非煤矿床的工业特点 1.矿床规模：除少数沉积矿床以外，矿床规模小 2.矿体形状：形状复杂，多种多样 3.矿岩界限：除沉积岩外，矿岩界限不清楚； 4.矿体产状：产状复杂多变； 5.矿岩坚固性与稳固（定）性：一般较好； 6.矿石的“三性”：自燃性、氧化性和结块性； 7.矿石的物理化学特性：溶于水、稀酸； 8.地质构造：比较复杂。 非煤开采技术非煤开采技术 第三节矿床地下开采概述 （二）开采顺序及特点 1.井田间的开采顺序：先近后远，先浅后深， 先易后难，先富后贫，综合利用的原则。 2.井田内阶段间的开采顺序