第一章金属矿床的工业特点2015

第一章金属矿床地下开采基本概念第二章金属矿床地下开拓方法第三章主要开拓巷道与辅助开拓巷道第四章矿床开拓方案选择第五章采准与切割第六章矿床开采过程与采矿方法概述第七章空场采矿法第八章充填采矿法第九章崩落采矿法地下开采第一章金属矿床地下开采基本概念第一节金属矿床的工业特点第二节矿石和围岩的物理力学性质第三节矿床开采顺序第四节矿床开采步骤和三级矿量第五节矿床开采强度第六节矿井生产能力第七节矿石损失与贫化第一节矿石与围岩的工业特征一、矿体与围岩、矿石与废石（Oreandwaste）矿石：地壳里面的矿物集合体，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需的金属或矿物产品。矿体：矿石的聚集体。矿床由一个或几个矿体组成。废石：在矿体周围的岩石（围岩）以及夹在矿体中的岩石（夹石），不含有效成分或含量过少，当前不宜作矿石开采。矿石与废石的概念是可以发生改变的。矿石边界品位：是对圈定矿体的单个样本的有用组分含量的最低要求，是矿石与废石的分界线。矿石品位：是矿石中的有用金属（组分）含量，单位%或g/t或g/m3。原矿品位：是矿床中未开采时的矿石品位。采出矿石品位：采出的纯矿石与混入的废石的综合品位。二、金属矿石的种类

放射性矿石radioactiveore（铀，钍等）。金属矿石；作为提取金属成分的矿石。根据金属种类可分；贵重金属矿石preciousmetallicore（金，银等），有色金属矿石Non-ferrousore（铜，铅，锌等），黑色金属矿石ferrousore（铁，锰，铬），稀有金属sparseore（钽，铌等）,硫化矿石sulfurousore，它的矿物化学成分为硫化物，（黄铜矿CuFeS2）。根据矿石所含金属成分数目可分：单一金属矿石singlemetal多金属矿石。Multi-metals根据矿石的化学成分可分：自然金属矿石naturalmetalore，它以单一元素存在于矿床中（如自然金，银）。氧化矿石oxidativeore，它的矿物的化学成分为氧化物，（赤铁矿Fe2O3等）。混合矿石mixedore，由前三种中的两种或三种组成。三、金属矿床的工业特性金属矿床的主要特点表现为：

金属矿床的地质条件较复杂，对矿床开采影响较大。1、矿床赋存条件不稳定2、矿石品位变化大3、地质结构复杂4、矿石和围岩的坚固性大5、矿床的含水性第二节矿石和围岩的物理力学性质

坚固性strength，矿石和围岩的物理力学性质对矿床开采影响较大的有。碎胀性swell。稳定性stability，结块性adhesion氧化性oxidizing,自然性flame，含水性watercontent,一、坚固性R——矿岩的极限抗压强度，Mpa。坚固性：矿岩的坚固性是一种抵抗外力（综合的外力）的性能，如在锹，镐，机械破碎，炸药爆炸等的外力。坚固性的大小用坚固性系数f表示。它反映矿岩的极限抗压强度，凿岩速度，炸药消耗量等的平均值。(1-1)二、矿岩稳定性稳定性可分为五种

稳定性:矿石和围岩在空间允许暴露面积的大小和暴露时间长短的性能。极稳固：指不支护暴露面积在800m2以上。极不稳固：是指掘进巷道或开辟采场时，不允许有暴露面积，否则可能产生片帮或冒落现象。不稳固：是指掘进巷道或开辟采场时，允许有较小的不支护暴露面积，一般允许的暴露面积在50m2以内。中等稳固：指不支护暴露面积为50~200m2稳固：指不支护暴露面积为200~800m2。三、结块性(2)高硫矿石遇水后，由矿石表面氧化，形成硫酸盐簿膜，受压后连结在一起。结块性:采下的矿石，在遇水和受压并经过一段时间后，又结为整块的性质。矿石结块的因素有：(1)矿石中含有粘土质物质，受潮及受压后粘结在一起。四、氧化性

高硫矿石（含硫在18~20%以上）具有自燃性。它对采矿不利。五、自燃性矿石的氧化性是指硫化矿石在水和空气的作用下，变化为氧化矿石的性质。氧化后的矿石将降低选矿回收率。六、含水性矿石和岩石吸收和保持水分的性能。它随矿岩的孔隙度和节理裂隙而变化。对采矿有不利影响。七、碎胀性

矿岩在破碎后，碎块之间有较大的空隙,，其体积比原矿岩的体积要增大，这种性质叫碎胀性。

碎胀系数：破碎后的体积与原岩石的体积之比。（1.2~1.5）,当矿岩装入运输容器后，由于二次松散，其碎胀系数可达1.8~2.0。第三节矿床回采单元的划分及开采顺序miningblockandminingsequence1.矿田和井田划归一个矿山企业开采的全部矿床叫矿田。在一个矿山企业中划归一个矿井（坑口）开采的全部矿床或其中一部分叫井田。如图1-1所示。

一、矿床回采单元的划分OrebodyMainshaftVentilationshaftVentilationshaftSubsidiaryOrebodyOrebodyVentilationshaftVentilationshaftMainshaftSubsidiaryshaft矿田包括一个或数个井田。开采一个很大的矿床时，确定合理的井田范围，需考虑以下因素：(1)国家对矿山基本建设时间和年产量的要求;constructionperiodandproductivityrequirement(2)矿床的勘探程度;explorationdegree(3)矿床的埋藏特点;featuresoforebody(4)矿区地表地形条件;topographyofminedarea(5)最好的经济效果。Besteconomics2.阶段和矿块1)阶段和阶段高度阶段：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，掘进一条或几条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，这个矿段叫阶段。上下两个相邻阶段运输巷道底板之间的垂直距离，叫阶段高度。如图下中的h。上下两个相邻阶段运输巷道沿矿体的倾斜距离，叫阶段斜长。StopeorblockHMainshaftSub-sideraryshaftOrepassdevelopmentlevel00H影响阶段高度的因素有：矿体的倾角，厚度，沿走向的长度；矿岩的物理力学性质；采用的开拓方法和采矿方法；阶段开拓，采准，切割和回采时间；阶段矿柱的回采时间；阶段矿柱的回采条件；每吨矿石所摊的基建开拓和采准费用；每吨矿石所摊的提升，排水及回采费用；地质勘探和生产探矿的要求，矿床勘探类型和矿体形态变化。阶段高度的确定：1）阶段高度的基建费和经营费摊到一吨备采储量的数额应最小；2）保证能及时准备阶段；3）保证工作安全。矿块：在阶段沿走向每隔一定距离，掘进天井连通上下两个相连阶段运输巷道，将阶段再划分为独立的回采单元，此独立的回采单元叫矿块。如下图中的Block或stope.StopeorblockHMainshaftSubsidiaryshaftOrepassdevelopmentlevel3、盘区和采区

盘区：在开采水平和微倾斜矿床时，如果矿床的厚度不超过允许的阶段高度，则在井田内不再划分阶段。此时，将井田用盘区运输巷道划分为长方形的矿段，此矿段称盘区。

采区：在盘区中沿走向每隔一定距离，掘进采区巷道连通相邻两个盘区运输巷道，将盘区划分为独立的回采单元，这个单元称采区，如图2-3中。盘区采区haulage1、井田中阶段的开采顺序：上行式开采：先开采上部阶段，后采下部阶段。下行式开采：先开采下部阶段，后采上部阶段。大部分矿山用下行式开采。上行式开采仅在某些特殊条件下使用：如缓倾斜矿床，地表无足够排弃废石的场地，利用采空区作排废。在开采金属矿床时，不仅要将矿床从空间划分成各级回采单元，而且还要在采掘时间上遵循一定的开采顺序。2、阶段中矿块的开采顺序：阶段中矿块的开采顺序可分为三种：（如图1-4）.1、前进式开采2、后退式开采3、混合式开采二、矿床的开采顺序MainshaftMainshaft前进式：从主井附近的矿块开始，逐个依次进行回采。优点：初期基建时间短，投产快，缺点：开拓系统不够完善，生产效率较低。后退式：当阶段运输巷道掘进到井田边界后，从井田边界的矿块开始，向主井方向依次进行回采，优点：能较好探矿，系统完善，生产效率高，但基建时间长，投产慢。三.矿相邻矿体的开采顺序：

移动角移动范围移动角移动范围一般先采上盘矿体，后采下盘矿体的开采顺序。贫富兼采，厚薄兼采，大小兼采，难易兼采。第四节矿床开采步骤和三级矿量一、矿床开采步骤(Miningsteps)金属矿床地下开采可分为开拓，采准，切割和回采四个步骤。Oreminingincludesfoursteps.Itisdevelopment,miningpreparation,cutandrecovery.1、矿床开拓：从地面掘进一系列巷道通达矿体，以便把将要采出的矿石运至地面，同时把新鲜空气送入地下，并把地下污浊空气排出地表，把矿坑水排出地表，把人员，材料和设备等送入地下和运出地面，形成提升，运输，通风，排水以及动力供应等完整系统，称为开拓，为此目的而掘进的巷道，叫开拓巷道Development:Firstworkmanexcavatesaseriesofdrifttotheorebodyinordertodelivertheoreminedtothesurfaceandatthesametimedeliverthefreshairtothestopeandventilatethepollutedairfromthestopetothesurface,sendtheworkmantothestope,formulatetheintegralsystemofhoisting,delivering,ventilating,drainingandpowersupplyingandsoon.Thedriftexcavatedforthispurposeiscalleddevelopmentdrift.2、矿块采准：采准工作：是指在已开拓完毕的矿床里，掘进采准巷道，将阶段划分成矿块作为回采的独立单元，并在矿块内创造行人，凿岩，放矿，通风等条件。采准系数K1：是指每一千吨采出矿石量所需掘进的采准，切割巷道米数，它用下式计算：K1=∑L/T∑L──一个矿块中采准巷道和切割巷道的总长度，米；T──矿块的采出矿石量，吨。采准工作比重K2:是矿块中采准，切割巷道的采出矿石量T'与矿块采出矿石总量T的比值，即:K2=(T'/T)×100%Long-holedrillingandblastingdrillingaccess1drillingaccess2UndercutfandrillingTransportdriftLoadingcrosscutDrawingpointSublevelstopingBig-holeopenstopingDevelopmentdriftLong-holedrillingChargingandblastingMuckingoutpillarroom-and-pillarstopingCavedhangingwallPreparationdrillingandblastingLong-holedrillingdrilledchargingDevelopmentofnewsublevelsublevelsFootwalldriftsOrepassHaulagelevelSublevelcavingBlockminingpreparation:Miningpreparationworkisdoneintheorebodyinwhichthedevelopmentworkisdone.Intheblockaseriesofdriftsareexcavated.Thesedriftsdividethelevelintoblocks.Theseblocksareindependentminingblocks.Thenintheblockthemanpassanddrawingdrift3、切割工作(cutting)切割工作是指在已采准完毕的矿块里，为大规模回采矿石，而开辟自由面和自由空间（拉底或切割槽），有的还要把漏斗颈扩大成漏斗形状（称为劈漏），为以后大规模采矿创造良好的爆破和放矿条件。4、回采工作recovery切割工作完成后，就可以进行大量的采矿（有时切割工作和大量采矿同时进行），此工作称为回采。回采工作包括：1）落矿，2）运搬,3）地压管理三项主要作业工作(包括充填支护，喷锚网支护等工作)。落矿运搬采场回采工作循环包括落矿、矿石运搬、地压管理三项主要工艺，此外还有移动设备、接风水管、运送支护材料、处理浮石等。二、三级矿量

金属矿床开采需要形成一定的储备矿量，以保证矿山企业正常持续地进行生产。1、矿床开采步骤。金属矿床地下开采一般分为开拓、采准、切割和回采四个步骤（采准和切割关系密切，也可以和为一个步骤，称采切）。以上四个步骤在空间和时间上都必须密切配合。它们之间在基建时期可以是依次进行，在正常生产时期是下阶段的开拓工作和上阶段的采切工作同时进行。为了保证矿山能持续均衡生产，必须使开拓工作超前采准、采准超前于切割，切割超前于回采。各工作阶段的超前时间应符合行业标准。2、三级储量将矿石储量按开采准备程度划分为开拓储量，采准储量和备采储量三级，这就叫三级储量。

1）开拓储量：凡开拓所包括的开拓巷道，均已开掘完毕，构成主要运输和通风系统（提升，放矿设施及主要运输巷道铺轨架线工程）并可掘进采准巷道者，则在此开拓巷道水平以上的设计储量，称为开拓储量第1~3阶段，即红线以上部分的矿体储量为开拓储量。第4阶段虽然已经开拓，但没有形成系统，不计入开拓储量。2）采准储量：在已开辟的矿体范围内，按设计规定的采矿方法所需掘进的采准巷道均已完毕，则此矿块的储量，叫采准储量。它是开拓储量的一部分当分段巷道掘进完毕，则该分段以上的矿体可计入采准储量。3）备采储量：已做好采矿准备的矿块，完成了拉底空间或切割槽，劈漏等切割工程，可立即进行采矿时，则此矿块内的储量，称为备采储量。它是采准储量的一部分。图中，9——切割巷道，10——切割天井已经完成，则该水平的矿体可计入备采矿量。3、三级储量的计算

开拓储量：Qk

Qk=A·tk·(1–r)/K式中：A──矿井年产量（选厂年处理原矿石能力），t/y；tk──开拓储量的保有期限，y；（3~5年）r──废石混入率（混入采出矿石中的废石量与采出矿石量之比）%；K──矿石回收率（采出的纯矿石与工业储量之比率），%

采准储量Qc:

Qc=A·tc·(1–r)/K式中：tc──采准矿量的保有期限，y（1~2年）备采储量QB

QB=A·tB·(1–r)/(K×12)

式中：tB──备采储量的保有期限，月。（6~12个月）

三级矿量

黑色金属矿山有色金属矿山

开拓矿量

采准矿量

备采矿量

3~5年

1．5~2年

6~12个月3年

1年左右

6个月左右

第五节矿床开采强度，矿井生产能力一、矿床开采强度矿床开采强度：矿床开采的快慢程度。常用的强度指标为：1）回采工作的年下降深度由矿山测量人员按年初及年终测定的数据，采出矿石量及矿体水平面积推算确定。它由公式确定：式中：h──年下降深度，m；A——矿井的生产能力，t/y;S——矿体的水平面积，m²,D——矿体的比重，t/m³,r——废石的混入率，%K——矿石总回收率；%。2、开采系数：用每1m2矿体的水平面积每年（每月）采掘吨数所表示的单位生产能力来评价矿床的开采强度，这个指标叫开采系数Ck,

式中A──矿井年生产能力，t/a；S──矿体水平面积，m2。

二、矿井生产能力矿井生产能力是在正常生产时期，单位时间内采出的矿石量。按年采出的矿石量叫矿井年产量。1、确定矿井生产能力的依据

矿井生产能力，是根据矿床地质条件，资源条件，技术经济条件，综合分析经济，技术，安全和时间因素等确定的。

2、矿井服务年限矿床工业储量，矿床生产能力和矿井服务年限之间的关系：

式中:A──矿井生产能力，t/a；

Q──矿床工业储量，t；

T──矿井服务年限，a；

K──矿石总回收率，%；

r──废石总混入率，%。

经济上合理的矿井服务年限和生产能力如表所示。矿山规模黑色金属矿井能力（万吨/年）有色金属矿井能力（万吨/年）矿井服务年限（年）大型矿山

>100

>100>30中型矿山30~10020~100>20小型矿山<30<20>10~15三、对矿床开采的要求

1、基本要求

1）确保矿床开采工作的安全及良好的劳动条件

2）劳动生产率要高

3）不断提高开采强度

4）矿石的损失贫化要小

5）降低矿石成本2、对环境保护的要求

1）保护大气，树林，水域和其他自然环境条件，以及永久重要建筑物不受开采影响，

2）消除生产废料对环境的有害影响。3、对提高开采技术水平的要求1）实现或完善矿山基本生产过程的机械化或综合机械化。2）实现工艺系统和主要生产环节的自动化。3）组织管理现代化。第六节矿石贫化和损失一、矿石损失和贫化概念

1、矿石损失：在矿床开采过程中，由于某些原因造成一部分工业储量不能采出或采下的矿石未能完全运出地表而损失在地下。凡在开采过程中造成矿石在数量上的减小，叫矿石损失。2、矿石贫化：在开采过程中，不仅有矿石的损失，而且还会造成矿石品位的下降，这就叫矿石贫化。两种表示法：(1)凡混入采出矿石中的废石量与采出矿石量之比率，叫废石混入率。(2)凡因混入废石量和在个别情况下高品位矿粉的流失而造成矿石品位降低的百分率，叫矿石贫化率。二、矿石损失和贫化的原因矿石损失的原因：开采损失:在开采过程中与采矿方法、采矿和防矿作业质量有关的矿石损失。包括：采下损失——已落矿但未能放出或运出采场的矿石损失。未采下损失——回采范围内未能采下和不能回收的残矿体及各种矿柱的矿石损失。

(2)非开采损失(设计损失)：与开采方法及开采条件无关的矿石损失.主要包括：因地质、水文条件、开采技术条件、安全条件等不能开采的矿石损失，如保安矿柱等

矿石贫化的原因

(1)采矿过程中，废石混入；(2)采矿过程中，高品位矿粉的损失；(3)采矿过程中，有用成分氧化