采矿基础知识

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、海洋资源和矿产资源。矿产资源：由存在于地壳中的矿物组成的可利用物质。依其在地壳中富集的物质形态的不同：气态矿产、液态矿产和固态矿产。矿产资源气态矿产液态矿产固态矿产金属矿产非金属矿产天然气石油能源矿产非能源矿产煤、铀铁、铜石灰石、磷、金刚石采矿：是从地壳中将可利用矿物开采出来并运输到矿物加工地点或使用地点的行为、过程或工作。矿山:是采矿作业的场所，包括开采形成的开挖体、运输通道和辅助设施等，开挖体暴露在地表的矿山称为露天矿；开挖体在地下的矿山称为地下矿。

采矿在社会经济发展中的地位采矿业在现代工业经济中的地位可从两个方面加以说明。

1、工业基础为许多工业和农业提供原材料和辅助材料。

2、重要指标人均矿产品消耗水平衡量一个国家发展程度及其国民生活水平。矿产资源的消费强度和消费特征取决于一个国家所处的工业化阶段和社会经济发展水平。根据矿产资源消费生命周期理论，在工业化时期（人均GDP低于1000美元），矿产资源消耗强度迅速增长。在工业化全面发展时期（人均GDP1000-2000美元），矿产资源的消费强度继续增长，进入矿产资源的高消费阶段。在后工业时期（人均GDP高于2000美元），矿产资源消耗强度呈下降趋势。这一由增长到成熟再到衰落的过程，形成了矿产资源消费生命周期的倒“U”字型。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，因此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。可见，采矿业对于我国社会经济发展至关重要。

现代采矿技术发展概述就固态矿物而言，主要的开采方式是露天开采和地下开采。

1、世界各国都优先发展露天开采，据统计，世界上各种金属矿山，有2/3用露天开采，开采深度已达1100米左右，穿孔设备以牙轮钻为主。

2、地下采矿方法、生产规模与开采比重世界上金属矿产以地下开采为主的国家主要是瑞典、法国、德国、日本和南非等。西方国家上世纪70年代后地下开采量约占金属矿石产量的35％。

注：

从长远看，地下开采的比重将会上升。地下矿开拓和开采方法随着开采技术的进步不断演变，逐步形成了以竖井、斜井、平硐和斜坡道开拓为基本方式的约十种矿床开拓方法，以及空场法、充填法和崩落法三大类共二十余种典型采矿方法。应用较为广泛的采矿方法有十几种。

矿山地质常识地质作用与地质构造地质作用地球的年龄大约已经有45亿岁了，根据计算，有可靠记录的地壳的年龄在38亿年左右。自然界的变化主要是由自然界内部的矛盾所引起的。按其自然力的来源不同：一、内力作用地壳运动引起地壳的组成物质发生变位的作用叫地壳运动。升降运动：西沙群岛珊瑚礁出露水面水平运动：北京西山的形成岩浆作用岩浆是一种形成于较深处、成分十分复杂的炽热的硅酸盐熔融体。岩浆向地壳薄弱处活动，并冷凝成岩浆岩的过程，叫做岩浆作用。侵入作用：岩浆未达到地而即冷却凝成火成岩喷出作用：岩浆喷出地表冷凝成喷出岩。变质作用已成的岩石，因受地下的高温、高压或岩浆上升等的影响，促使岩石在固体状态下，发生化学成分、矿物成分、结构、构造等的变化而形成变质岩的过程，叫做变质作用。地震即地壳的震动。按成因有火山地震、构造地震及地表岩石塌陷引起的地震。外力作用风化作用由于大气、水和生物等的影响使地壳表层的矿物和岩石受到破坏的一种作用叫做风化作用，通常分为物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用。剥蚀作用矿物或岩石通过风、地表水流、地下水、海波浪等的破坏，并使破坏产物剥离母体的作用。搬运作用矿物、岩石通风化剥蚀后，被风、河流、下水、海洋等船运到其他地方的作用。沉积作用被搬运的物庇当搬运的力量已不能继续把它带走队堆积在适当地方的作用。成岩作用使松散的沉积物经过压紧、胶按答作用而变成沉积岩的过程。地质构造沉积岩层的原始状态应该是水平的，连续的。由于受到地壳运动的影响，在自然界中所看到的许多沉积分发生了倾斜、弯曲和断裂备这些现象统称地质构造，其基本形式有褶皱和断裂两种。岩层产状地壳运动改变了沉积岩层最初生成时的水平状态，为了描述岩层的产出状态(即岩层产状)，经常用走向、倾向和倾角来表示。1)走向是指岩层面与水平面交线的方向。2)倾向是指岩层垂直于走向的倾斜方向，即向下延伸的方向。3)倾角是指岩层面与水平面的夹角。矿物矿物：是由一种或数种化学元素在地质作用中形成的自然产物，具有一定的形态和一定的物理化学性质。矿物绝大多数是固态，也有液态（石油、盐溶液）和气态（天然气、天然瓦斯）。自然界中已知矿物约有3000多种，能被工农业利用的约有200多种，比较重要的约有100多种，常见的矿物：黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、磁铁矿、赤铁矿、石英、长石、云母、方解石等。岩石构成地壳的物质统称为岩石。由一种或多种矿物组成。按成因分类：

岩浆岩是由地球内部上升的熔融体—岩浆冷却凝结而成的岩石，也叫火成岩。组成它的主要矿物：石英、长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石等。常见的岩浆岩：花岗岩、闪长岩等。沉积岩是由其他岩石被破坏后所生成的碎屑，由风力、水力运搬堆积而成，或由溶解于水中的物质沉淀而成，或者由动植物的遗骸堆积分化而成。常见的沉积岩：砾岩、砂岩、页岩、石灰岩等。（沉积岩中一般可以或多或少的化石—古生物在岩层中留下的痕迹）变质岩它是各种岩石在地壳运动所产生的高温、高压作用下，使原来的组织构造重新改变而生成的岩石，如片麻岩、片岩、大理岩、矽卡岩等。这类岩石最大的特征是多数具有片理状构造。第一部分采矿基础知识一、矿石与废石1矿石：地壳中能提取国民经济所必须的矿物产品的集合体。2矿体：在现代技术经济条件下，能以工业规模开采的矿石聚集体。3矿床：一个或数个矿体及其周围的岩石和地层、构造等整个含矿地段。4废石：在矿体周围的岩石(围岩)以及夹在矿体中的岩石(夹石)，不含有用成分或含量过少，当前不宜作为矿石开采的集合体※

矿石和废石的概念是相对的。矿体是指合乎一定质量和数量的矿石天然集合体。矿体周围的岩石叫围岩。位于矿体上部的称上盘围岩或顶盘围岩，在矿体下部的称下盘围岩或底盘围岩，夹在矿体中间的称夹石或夹层。这些围岩和夹石，一般统称废石。注：矿石和废石、工业矿床和非工业矿床的概念是相对的，与一个国家的社会制度、发展国民经济的路线和政策、科学技术水平、已经掌握的资源情况和需要等有着密切的关系。例如由于大力开展综合利用、综合回收不少过去被丢弃的废石(尤其是一些含稀有、稀土元素的矿物)，得到了利用，变成了矿石；一些一度被认为是非工业矿床的，已被人们开发变成了工业矿床。

矿床是指按地貌特征圈定的区域内的矿体的总称，由一个或若干个矿体组成。在目前技术经济条件下，符合开采和利用要求的矿床叫工业矿床反之叫非工业矿床。矿床勘探是矿床开采的先决性工作。其任务是了解矿体的埋藏特性、、范围、空间位置和形状，了解矿石和围岩的工业性质，弄清矿石储量和水文地质等情况，为矿床开采设计提供所需要的原始资料。生产勘探在矿床开采过程中，应利用生产坑道接近或进入矿体的有利条件，进一步进行勘探，以便为采矿提供准确可靠的地质资料，探明矿区过去未发现的隐伏矿体，扩大矿石储量，延长矿山寿命。二、矿石品位指矿石中有用成分的含量。常用百分数或g/t、g/m3表示。三、矿石和围岩的物理力学性质⒈硬度：指矿（岩）石抵抗外来机械作用的能力。※

硬度影响凿岩设备和破碎方法的选择，也影响劳动生产率、材料消耗和采矿成本。⒉坚固性：指矿（岩）石抵抗外力的性能。※

坚固性的大小，常用坚固性系数f表示。

f＝бC/100※

坚固性影响凿岩速度、炸药消耗量和地压管理。⒊稳固性：指矿（岩）石在空间允许暴露面积的大小和暴露时间长短的性能。第一部分采矿基础知识采矿学研究的内容是矿床的开采问题。矿床由矿体组成，矿体是独立的地质体，具有一定的空间位置几何形状产状质量界限第一部分采矿基础知识★★★

1.矿床的工业特征1）矿体的空间分布特征矿体形态可分为以下三类。（1）板状两个方向延伸较大。板状矿体可分为矿脉（包括层状矿脉和切割矿脉）和矿层两种。（2）等轴状习惯叫块状，三度空间大致均衡延伸。按块度大小可分别称作矿瘤、矿巢、矿囊等。（3）柱状一个方向延伸很大，另外两个方向延伸较小。有柱状、筒状、管状等几种。●金属矿床以脉状及透镜状矿体较多，煤体一般为层状。第一部分采矿基础知识1）矿体的空间分布特征矿体埋藏要素：反映矿体的空间位置及尺寸的量。主要有走向、倾向、倾角、厚度、延深。厚度垂直厚度水平厚度延伸埋藏深度

赋存深度垂高斜高第一部分采矿基础知识2）矿体分类（1）矿体按倾角划分可分为以下4种：①水平和微倾斜矿体倾角为00～50②缓倾斜矿体倾角为50～300③倾斜矿体倾角为300～550④急倾斜矿体倾角为550以上。煤层按倾角分类①近水平煤层倾角<8º②缓倾斜≤25º③25º<倾斜≤45º④急倾斜>45º第一部分采矿基础知识（2）矿体按厚度划分可分为以下5种：①极薄矿体厚度小于0.8m，②薄矿体厚度为0.8～5m③中厚矿体厚度为5～15m；④厚矿体厚度为15～50m；⑤极厚矿体厚度在50m以上。煤层厚度①极薄煤层<0.8m，②薄煤层≤1.3m,③1.3<中厚煤层≤3.5m，④厚煤层>3.5m，⑤特厚煤层>6m。第一部分采矿基础知识（3）矿岩按稳固性一般分为5级：

①极不稳固的在没有支架或超前支架的支护情况下，顶板和侧帮都不能有暴露面；②不稳固的允许有不大的暴露面（50m2以内），但要随回采工作的推进立即支护；

③中等稳固的允许有一定暴露面（50～200m2），随回采工作的推进可以不立即进行支护；

④稳固的允许有较大暴露面（200～800m2），一般不用支护，在个别的地方要支护；

⑤极稳固的允许有很大的暴露面（800m2以上），不须支护，长期不垮。煤层：①稳定②较稳定③不稳定④极不稳定第一部分采矿基础知识3）开采工艺有较大影响的矿岩物理力学性质：容重、块度、碎胀性、含水性、结块性、稳固性以及强度、坚固性等。容重:一般岩石的容重约在2.3～3.0t∕M3之间黑色金属矿石中金属含量较高，可达3.5t/M3块度:一般矿石的合格块度在200～250mm之间随着机械化水平的提高，合格块度有增大趋势

结块性:给放矿、装矿和运矿（运输、搬运）等带来困难含水性：巷道支护、采矿、放矿、运输、提升有较大影响。碎胀性：给爆破补偿空间带来影响。一般坚硬矿岩的碎胀系数为1.2～1.5。氧化性指硫化矿石在水和空气的作用下，变为氧化矿石的性质。自燃性指高硫矿石，在空气中氧化并放出热量，经过一定时间后，温度升高，引起自燃的性质。第一部分采矿基础知识3）开采工艺有较大影响的矿岩物理力学性质：容重、块度、碎胀性、含水性、结块性、稳固性以及强度、坚固性等。强度:矿岩有三种强度抗压强度、抗剪强度、抗拉强度抗压强度最大。抗剪强度只有抗压强度的1∕8～1∕12抗拉强度只有抗压强度的1∕10～1∕50

第一部分采矿基础知识★★★2.生产能力概念与计算1）矿井生产能力与服务年限矿井生产能力正常生产时期，单位时间内（年或月）矿井采出的矿石量。一般按年产矿石量计算，即矿井设计的年产量。●矿井实际产量可以低于或高于矿井生产能力。矿井生产初期和末期实际产量小于矿井生产能力矿井生产正常期矿井实际产量可能大于矿井生产能力

矿井生产能力，是矿床开采的主要技术经济指标之一，它决定矿井基建工程量主要生产设备的类型技术构筑物的规模和类型辅助车间和选冶车间的规模、职工人数等，从而影响基本建设投资和投资效果、企业的产品成本和生产经营效果。露天矿生产能力，用矿石生产能力（即每年采出的矿石量）和矿岩生产能力（即每年采剥总量）两种指标来表示。矿岩生产能力是露天矿生产能力的重要指标。第一部分采矿基础知识确定矿井生产能力的基本条件矿床地质条件工业储量的大小技术经济因素市场需求量第一部分采矿基础知识第一部分采矿基础知识矿井服务年限矿井服务年限和矿井生产能力应相适应，它们之间保持一个技术、经济上都比较合理的关系。①矿山生产能力大，服务年限长②实际服务年限＞计算服务年限考虑露天矿正常服务年限的基本原则是：露天矿的合理服务年限应与其主要设备的磨损时间相适应。

第一部分采矿基础知识2）计算（均为生产能力和服务年限的关系）A地下开采1）煤矿2）金属矿和非金属矿式中：A—矿井生产能力，Mt/a；ZK—矿床可采储量，Mt；T—矿井服务年限，a；K—储量备用系数，一般取1.4；Q—矿床工业储量，Mt；

Hk—矿石总回采率，%；y—废石总混入率，%。第一部分采矿基础知识B露天开采

Ak＝P（1＋）/T

式中：Ak－矿石生产能力，t/a；P－露天矿境界内矿石的工业储量，t；－矿石回收率，%；－矿石混入率，%；T－露天矿正常服务年限，a。第一部分采矿基础知识3）井型分类（大、中、小）煤矿井型：大型≥120万t/a，30万t/a<中型<120万t/a，小型≤30万t/a;唯有煤矿是具有标准井型的第一部分采矿基础知识4）井型与服务年限、井田、投资、经营费的关系●大型矿井要有较长的服务年限，以减少分摊到每吨矿上的投资折旧费。●大型矿井需要有足够的可采储量，即井田的范围要大●井型增大，基本建设投资增多，分摊到采出每吨矿的投资费用将相应增加；●井型的增大，分摊到采出每吨矿的生产经营费用会减少。

◆大型矿井机械化程度高，生产集中，效率高，成本低。但大型矿井要求较高的技术和复杂的设备，建设的时间较长，投入的资金较多。第一部分采矿基础知识★★★3.矿石损失、贫化的概念与计算1）概念矿石损失――矿石在数量上的减少矿石贫化――矿石在质量上的降低矿石损失率――开采过程中损失工业储量与总工业储量之比。矿石回采率――采出的纯矿石量与总工业储量之比率。废石混入率――混入矿石中的废石量与采出矿石量之比矿石贫化率――矿石品位降低的百分数。矿石损失率+矿石回采率=1废石混入率≥矿石贫化率矿石损失与损失率矿石损失:指在开采过程中造成矿石在数量上的减少。矿石损失和表示方法◆矿石损失率：指在开采过程中损失的工业储量与原工业储量之比率。◆矿石回收率：指采出的纯矿石量与工业储量之比率。※损失率和回收率均用百分数(%)表示。矿石贫化与贫化率