2005采矿学基础课

1、采矿学基础,杨眉 中国地质大学,第一章 绪 论,第一节 采矿及其意义 一、矿产资源与采矿 矿产资源，简称资源，是指赋存于地下或地表由不同的地质成矿作用形成的固体、液体和气体的自然富集物质体，其产状，空间分布、形态、规模和质量，在当前或未来的技术经济条件能被开发利用，具有现实和潜在经济意义的物质。,矿物的存在不一定就成为矿产资源。“可利用”和“潜在可利用”是成为矿产资源的前提条件。它具有两层含义：一是可获取性，即矿物的存在形式，存在环境及其富集程度与数量，能够使人类在现有的潜在的技术条件下将其从地壳中挖掘出来，并从中提取出有用的矿产品，；二是可盈利性，即从地壳中获取的矿产品，在现有的或潜在的经济

2、环境中可为获取者带来盈利，。因此在正常的市场经济条件下，矿产资源必须同时具有可获取性和可盈利性两重性。,采矿的目的是取得矿产资源。采矿的任务是用经济安全合理的方法把矿产资源开采出来，并最大限度的获取盈利。 采矿工作的对象是种类繁多的矿床，这些矿床的形态、大小、埋深、地形、地质、水文地质、矿体围岩物理力学性质、地质、地温都有不同，所以采矿方法也就有所差异。 矿床开采方式分为露天开采、地下开采和海洋开采。露天开采又分为原生矿床开采和砂矿开采。,二、采矿在社会经济发展中的地位 1、采矿活动与矿物利用推动了人类历史的进步; 2、采矿业在现代工业经济中的具有重要地位; 表现在： （1）首先，采矿工业是许

3、多工业的基础，为许多工业和农业提供原材料和辅助材料。 （2）其次，国民经济的发展和人类生活水平的提高与矿产开发和利用有着密切的正比关系，人均矿产品消耗水平已成为衡量一个国家发展程度及其国民生活水平的一个重要指标。 3、我国是发展中国家，在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，采矿业对于我国社会经济发展至关重要。,第二节 矿床主要工业指标及其对采矿的影响 一、几个基本概念 矿体：指在地壳中矿石的天然聚集体，具有一定的质量界限、一定的空间位置和几何形状。 工业矿床：在目前技术经济条件下，符合开采和利用要求的矿床。 围岩：矿石周围的岩石。 夹石：夹在矿体中的岩石。,二、矿体赋存

4、状态对采矿的影响 矿体赋存状态对采矿的影响因素主要有几方面： 1围岩性质 围岩性质中对开采影响较大的有：容重、块度、碎胀性、含水性、结块性、稳固性以及强度、坚固性、氧化性、自燃性等。 2金属矿床的矿体形状 反映矿体的空间尺寸的量称为矿体埋藏要素。主要包括走向、倾向、厚度、延伸等。,3煤层的赋存状态 主要有煤层的形状和厚度，以及煤层的产状要素，即煤层的走向、倾向和倾角。 以上因素将影响开采技术，采矿前必须取得这些资料和数据，才对制定出科学的采矿设计方案。,二、矿山储量管理 1矿产资源量 按地质可靠程度，矿产资源可分为查明矿产资源和潜在矿产资源。所估算或计算的矿产资源数量称为矿产资源量。矿产资源总

5、量，是已勘查的矿产储量，暂难利用的探明资源量和远景资源量及未查证的预测资源量的总和。 查明矿产资源：是指经勘查工作已发现的固体矿产资源的总和。依据其地质可靠程度和可行性评价所获得的不同结果可分为：储量、基础储量和资源量三类。 潜在矿产资源：是指根据地质依据和物化探异常预测而未经查证的那部分固体矿产资源。,2资源储量分类（详见国家标准GB/T 177661999） 矿产资源储量是十分重要的参数，它关系到生产规模和服务年限的确定。 矿产资源经过矿产勘查所获得的不同地质可靠程度和经相应的可行性评价所获不同的经济意义，是固体矿产资源/储量分类的主要依据。 根据国家标准GB/T 177661999固体矿

6、产资源/储量分类，固体矿产资源储量分为储量、基础储量、资源量三大类十六种类型。,储量：是指基础储量中的经济可采部分。在预可行性研究、可行性研究或编制年度采掘计划当时，经过了对经济、开采、选治、环境、法律、市场、社会和政府等诸因素的研究及相应修改，结果表明在当时是经济可采或已经开采的部分。用扣除了设计、采矿损失的可实际开采数量表述，依据地质可靠程度和可行性评价阶段不同，又可分为可采储量和预可采储量。,基础储量：是查明矿产资源的一部分。它能满足现行采矿和生产所需的指标要求（包括品位、质量、厚度、开采技术条件等），是经详查、勘探所获控制的、探明的并通过可行性研究、预可行性研究认为属于经济的、边际经济

7、的部分，用末扣除设计、采矿损失的数量表述。 资源量：是指查明矿产资源的一部分和潜在矿产资源。包括经可行性研究或预可行性研究证实为次边际经济的矿产资源以及经过勘查而未进行可行性研究或预可行性研究的内蕴经济的矿产资源；以及经过预查后预测的矿产资源。,3矿山资源储量 经济基础储量和边际经济基础储量之和可被称之为矿山资源储量。次边际经济的资源量原则上不能作为矿山资源储量，但设计或实际已利用的次边际经济的资源量应采用可信度系数进行折算，参与评估计算；内蕴经济资源量和预测的资源量采用可信度系数进行折算，参与评估计算。,对在建、拟建矿山，矿山可利用的资源储量为地质勘查提交并经评审备案的资源储量，即基础储量和

8、经过可信度系数调整的资源量之和： 矿山资源储量=基础储量+各级别资源量该级别资源量的可信度系数 对生产矿山，评估利用的资源储量则指资源储量核实基准日经评审备案的保有资源储量扣除资源储量核实基准日至评估基准日动用储理，即： 评估基准日保有资源储量=储量核实基准日保有资源储量储量核实基准日至评估基准日动用资源储量,4可采储量 可采储量是指可利用的资源储量扣除各种损失后可采出的储量。计算公式为： 可采储量=资源储量-设计损失量-采矿损失量 =（资源储量-设计损失量）采矿回采率 设计损失量一般是指矿山设计过程中，为采矿安全或为保护地表建筑或江河、湖泊等而设计不能被采出的矿石量，包括露天开采设计的最终边

9、帮矿量，地下开采设计的边界、工业广场、井筒、大巷及永久构筑物下需留设的永久矿柱的矿量等。 采矿损失量是指采矿过程中损失的储量。,三、矿石和煤的质量 1矿石质量 矿石的质量，常用品位来表示。矿石中有用组份的单位含量称为品位，一般用重量百分比来表示。因矿种不同，矿石品位的表示方法也不同。大多数金属矿石，是以其中金属元素含量的重量百分比表示；有些金属矿石的品位，则是以其中的氧化物，如WO3、V2O5等的重量百分比表示；大多数非金属矿物原料的品位，是以其中有用矿物或化合物的重要百分比表示，贵金属矿石的品位一般以g/t表示；原生金刚石矿石的品位，以mg/t表示；砂矿品位一般以g/m3或kg/m3表示。矿

10、石品位是衡量矿石质量好坏的主要标志。工业品位是随着经济技术条件的发展和需求程度而不断变化的。例如十九世纪到现在，铜矿的工业品位自10%降到0.5%，甚至一些大型铜矿床的工业品位可降到0.3%。另外，工业品位对不同的矿床类型其标准也是不同的。,边界品位是可采矿石有用成份含量的最低界限。它是矿体边界上矿石的最低品位；是划分矿石和围岩、圈定石体的标准。 最低工业品位是在边界品位圈定的矿体范围内，合乎工业开采要求平均品位最低值。 一些重要的非金属矿产的质量，除考虑其品位外，还考虑其中有益和有害元素的含量或有用矿物的物理性质，一般用矿石品级来表示。,2煤的质量及工业分类 煤为一种固体能源矿产，衡量其质量

11、的标准与其它金属矿产资源略有不同，在工业上，衡量煤炭质量的指标主要是煤中的水分、灰分、挥发份、固定碳、胶质层厚度、发热量等。,按照工业用途，煤可分为动力煤、化工用煤和炼焦用煤等。我国制定的工业用煤分类方案，主要以结焦性能、挥发份含量（V，%）和胶质厚度（Y，mm）来划分，共分为十类。,第三节 矿产资源利用指标 一、矿石损失和贫化的概念 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少，叫做矿石损失。,造成矿石损失的主要原因见表:,在矿床开采过程中损失的工业储量与总工业储量之比的百分数，叫矿石损失率。 采出的纯

12、矿石量与工业储量之比的百分数，叫做矿石回采率。 在矿石开采过程中，不仅有矿石损失，还有造成矿石质量的降低，叫做矿石贫化。它有两种表示方法：其一是混入矿石中的废石量与采出矿石量之比率，叫废石混入率；其二是矿石品位降低的百分数，叫做矿石贫化率。在开采过程中，废石混入和高品位粉矿的流失等都将造成矿石贫化，但废石混入是主要原因。,二、矿石损失与贫化计算 图I-1-10给出了采矿过程中矿石损失、贫化和混入过程之间的关系。其中： Q-矿体（矿块）工业储量，t； QS开采过程中损失的工业储量，t； Qy混入采出矿石中的废石量；t； Qc采出矿石量，t； C工业储量矿石的品位，%； Cc采出矿石（包括混入的废

13、石）的品位，%；,矿石损失与贫化的计算有直接法和间接法两种。 直接法：当采用的采矿方法容许地质测量人员进入采场实地观测，则可用直接法计算矿石损失率与贫化率。 间接法：凡采用的采矿方法，地质测量人员不能进入采场进行实地观测，则只能用间接法计算，,Q-矿体（矿块）工业储量，t； QS开采过程中损失的工业储量，t； C工业储量矿石的品位，%； Cc采出矿石（包括混入的废石）的品位，%；,现举直接法：,第二章 凿岩爆破和井巷掘进 第一节 凿岩爆破 在矿石或岩石上钻凿炮孔，然后装药爆破，叫做凿岩爆破。 一、凿岩 凿岩是井巷掘进和采区回采的主要作业之一。 通常按钻凿炮眼（孔）的深度，分浅眼和深孔两种。一般

14、把气腿式和伸缩式凿岩机钻凿的、直径为3545mm、深度在35m以内的炮眼叫浅眼，而把重型凿岩机和潜孔钻机、牙轮钻机等钻凿的、直径大于50mm、深度在35m以上的炮孔叫深孔。因此，凿岩方法可相应地分为浅眼凿岩和深孔凿岩；,若按钻具破碎岩石的原理不同，则可分为冲击式凿岩和旋转式凿岩等。在金属矿床地下开采中，最常见的是冲击式凿岩。 二、爆破 1矿用炸药 目前我国矿用炸药主要有： （1）硝铵类炸药：铵梯炸药、铵油炸药、浆状抗水炸药 （2）硝化甘油炸药 （3）乳化油炸药,2起爆器材和起爆方法 （1）起爆器材 起爆器材是指产生起爆能以引起炸药起爆的器材，包括雷管、导爆索、导火索及导爆管等。 （2）起爆方法

15、 根据使用的起爆器材不同，起爆方法主要有导火索起爆法、电雷管起爆法、导爆索起爆法、导爆管起爆法。,第二节 井巷掘进 一、矿山井巷 金属矿床多数都是埋藏在地下。有的出露地表或埋藏较浅，一般用露天开采。有的埋藏较深，一般用地下开采。为了将埋藏较深的金属矿床开采出来，必须从地面到矿床掘进一系列井巷，使矿段与地面联通起来，这些井巷统称为矿山井巷。,矿山井巷种类很多，可分为硐室与巷道两大类。 硐室：指长度和宽度相差不大的巷道。通常根据其用途来命名，如井下提升机房、井下破碎硐室、矿仓、水泵房、变电所、机修房、炸药库等。 巷道：指长度比宽度大得多的井巷。它的形状规则，尺寸大小取决于用途。按其长轴方向与水平面

16、的夹角可分为垂直巷道、水平巷道和倾斜巷道。,垂直巷道的长轴方向与水平面垂直。这种巷道中有竖井、盲竖井、垂直溜井、垂直天井、垂直充填井等。 竖井是有直接通地表出口的垂直巷道。它的用途是提升矿石、废石、运送材料和设备、人员和通风等。 倾斜巷道的长轴方向与水平面成一定倾斜角度。这种巷道主要有斜井、盲斜井、斜溜井和斜天井等。,斜井与竖井、盲斜井与盲竖井、斜溜井与垂直溜井、斜天井与垂直天井的差别在于除空间上前者是倾斜的，而后者是垂直的以外，其他特点、用途均相同。 水平巷道的长轴方向是水平的。但事实上不是绝对水平的，而是保护很小的坡度（25）以利运输和排水。水平巷道主要有平硐（平窿）、石门、脉内平巷、脉外

17、平巷、横巷（穿脉巷道）等。它们都是供人员通行、运输、通风、排水、探矿等用的。,平硐是有直接通地表出口的水平巷道。 石门是在岩石中掘进的，并且与矿体走向斜交或直交，无直接地表出口的水平巷道。 平巷是与矿体走向平行，无直通地表出口的水平巷道。当平巷开掘在矿体中则称脉内平巷，开掘在围岩中则称为脉外平巷。横巷一般是与矿体走向垂直且开掘在矿体中的水平巷道。,二、井巷掘井 井巷工程是开发矿业的基本建设工程，也是生产矿山进行采矿准备和生产探矿的主要工程。 1水平巷道掘进 水平巷道的断面形状，主要取决于围岩的稳固程度、支护形式和服务年限。金属矿山的巷道形状一般有矩形、梯形和拱形等，其断面尺寸则根据巷道用途、运

18、输设备外形尺寸和安全间隙来决定，同时还要保证风流速度不超过安全规程的规定。,例如服务年限不太长的穿脉巷道，采用木材支护时，断面形状可选用梯形（如图I-2-15a），断面尺寸一般为（1.8-2）（2.12.3）m2；围岩不稳固或服务年限很长的主要运输巷道，一般采用混凝土支护或木块支护，其断面形状多为直墙拱形（如图1-2-15b），其规格可选用2.42.7m2，或更大的尺寸。,水平巷道掘进，目前普遍采用凿岩爆破法。主要工序有：凿岩、爆破、岩石装运和支护。辅助工序有：工作面通风、排水、接管道、照明、辅轨和测量等。主要工序可以按一定顺序进行，叫做单行作业；也可以在同一时间内几个工序平行进行，叫做平行作

19、业。 （1）凿岩爆破 目前常用凿岩设备是气腿式风动凿岩机，国内一些矿山采用凿岩台车。 常用炸药是铵梯炸药和铵油炸药。采用电雷管或火雷管起爆，近来推广应用导爆管起爆法。,(2)工作面通风 工作面通风的目的有二，其一是把爆破产生的炮烟和大量粉尘，在短时间内排出工作面，以利装岩工作进行：其二是正常供给工作面新鲜空气，排除凿岩和装岩产生的粉尘及污浊空气，降低工作面温度，创造较好的工作环境。在巷道掘进中，最广泛采用的通风方法，是采用局部扇风机通风，其通风方式有压入式通风、抽出式通风和混合式通风。,(3)岩石装运 把掘进工作面爆破下来的岩石装入矿车运出工作面，就是岩石的装运工作，亦称出渣。 平巷掘进中，目

20、前使用较多的装载设备，是铲斗后卸式装岩机和矿车。,(4)水平巷道支护 掘进巷道以后，原来岩体中的应力平衡状态遭到了破坏，巷道周围的岩石受力情况发生了变化，有时会使巷道周围岩石发生变形、破坏乃至冒落。为了保证工作安全和生产的正常进行，必须将巷道用支架及时支护起来。 支护材料除木材、混凝土外，尚有石材、钢材等。木材支架广泛用于服务年限短、断面小、地压不太大的巷道中，混凝土或石材支护广泛用于服务年限长、地压大、断面大的巷道中。近年来喷射混凝土、锚杆等支护方法发展迅速。它们的支护工艺简单、效率高、安全可靠、技术经济效果好；两者结合的喷锚支护，集中了二者的优点，增加了支护效果，在地压较大的矿山，有取代混

21、凝土支架的趋势。,2天井掘进 天井的断面形状和尺寸，主要取决于天井的用途和格数。常用的断面形状是矩形。 目前国内天井掘进，多采用普通掘进法和吊罐掘进法。近年来一些矿山成功地采用了深孔爆破法、牙轮钻机钻井法和爬罐掘进法。 3竖井掘进 竖井断面形状和尺寸的确定原则，与平巷和天井大致相同。当岩石比较稳定，断面面积比较小，竖井深度不大，服务年限不长时，可选用矩形断面，用木材支护，此外，多采用圆形断面，用混凝土支护，竖井掘井包括准备工作、表土施工和基岩掘进。,准备工作主要指修筑道路，平整场地，修建临时建筑物和临时井架，安装掘进所需的压力、通风、提升、排水等设备，以及材料、设备准备等。 表土施工即挖掘井筒

22、所穿过的那部分表土。支架，表土挖掘完毕后，即应砌筑永久支架；然后进入基岩掘进阶段。 基岩掘进包括凿岩爆破、通风、装岩、提升岩石、排水和支护等工序。 4斜井掘进 斜井的掘进方向居于水平和垂直之间，故其掘进的主要工序和组织工作，有许多与平巷和竖井的掘进相同。,第三章 矿井开拓 第一节 开采单元划分及开采顺序 为了有计划、有步骤地开采矿床，首先应将矿床划分成不同的开采单元。在缓倾斜、倾斜和急倾斜矿床中，通常是将矿床划分为井田，井田划分为阶段，阶段再划分为矿块。在水平和微倾斜矿床中，将矿床划分为井田后，井田划分为盘区，盘区划分为矿壁。矿块和矿壁是最基本的开采单元。,一、矿田和井田 实际在采矿企业中，在

23、矿务局下面或公司下面设一个或几个矿山；而在矿山下面设一个或几个坑口，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）划归坑口开采的矿体或其一部分，叫井田。 （2）划归矿山开采的矿体叫矿田。（如招远金矿）。 （3）划归公司（联合企业）开采的矿体叫矿区。,在矿山企业中，矿区、矿田、井田的大小，绝大多数是按矿床自然赋有条件划分。 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

24、划分几个井田开采。,二、阶段、采区（矿块） 一个井田范围较大，为了便于回采矿石，需要把井田划分成阶段，再把阶段划分成采区（矿块）（图I-3-2）。,（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2030米； 急倾斜矿体，阶段高度通常为5060米，个别也有达到80120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

25、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，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。,（4）矿块 在阶段中沿走向每隔一定距离，掘进天井连通上、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。,阶段内的布置主要有连续式和分区式。 （1）连续式 当阶段的走向长度和倾斜长度都较小时，可在井田的每一翼沿阶段倾斜全长布置一个采煤工作面，并且采煤工作面可以由井田中央向井田边界推进（连续前进式开采），或者从井田边界

26、向井田中央推进（连续后退式开采），这种布置称为连续式布置。,阶段内的布置主要有连续式和分区式。,（2）分区式 当开采水平或倾角极小的矿体时（金属矿床水平的和倾角极缓的比较少），可将矿田划分成盘区，再将盘区划分为采区，然后按采区依次回采（图I-3-3）,三、开采顺序 1井田的开采顺序 当矿床划分为几个井田开采时，一般应优先开采矿石品位可选性好，基建工程量少，运输、供水、供电等条件好的井田。 2阶段的开采顺序 井田中阶段的开采顺序有两种，即下行式或上行式。下行式开采是由上而下逐个（或几个）阶段开采，上行式则相反。在生产实践中，一般多用下行式开采。因为下行式投资少，投产快，便于探矿，安全性好等。上行

27、式开采仅在开采缓倾斜矿床、需要利用采空区堆积井下采掘的废石或贮蓄井下涌水时才偶尔采用。,3矿块的回采顺序 阶段中矿块的回采顺序，按回采工作相对主要开拓巷道（主井、主平硐）的位置，可分为三种。 1）前进式 阶段平巷掘进一定的距离后，从靠主井的矿块起，向井田边界依次回采，如图I-3-4。这种回采顺序的优点是能早日采矿。缺点是巷道的维护费用高；掘进与采矿常相互干扰，造成生产被动。,2）后退式 阶段平巷掘进到井田边界以后，从井田边界的矿块开始，向主井方向后退，依次回采。这种回采顺序的优缺点与前进式相反。 3）混合式 开始用前进式，待阶段平巷掘完后，改为后退式。这种回采顺序具有上述两种回采顺序的优点，但

28、生产管理较复杂。在生产实践中，后退式用的较多。,4相邻矿体的开采顺序 相邻矿体的开采顺序，一般是先开采位于上盘的矿体，后开采下盘的矿体。如图3-5所示。先开采矿体I，不会影响以后的开采。反之，先开采矿体II，岩上盘岩石崩落，则会影响以后矿体的开采。,5矿床开采步骤间的关系 开拓、采准、切割和回采是按编写的采掘技术计划进行的。在矿山生产初期，上述各步骤在空间上是依次进行的；在正常生产时期，三者在不同的阶段内同时进行，如下阶段的开拓、上阶段的采准与再上阶段的切割和回采同时进行等。 为了保证矿山持续均衡地进行生产，避免出现生产停顿或产量下降等现象，应保证开拓超前于采准，采准超前于切割，切割超前于回采

29、。,第二节 矿床开采步骤及三级矿量 一、矿床开采的步骤 矿床开采分开拓、采准、回采三个主要步骤。这三个步骤基本上反映了矿床开采的基本生产过程。 1开拓 在用地下方式开采矿床时，首先必须从地表开掘一系列通到矿体的井巷，以形成从地面到阶段水平的行人、运输、排水、通风等系统。把进行这项工程施工叫做开拓。为了开拓所掘进的各类井巷叫做开拓巷道。,2采准 在已开拓好的阶段里，为了回采矿石需根据采矿方法的要求在采区内掘进平巷、横巷和天井等叫做采准。这些巷道可统称为采准巷道。 3切割工作 切割工作是指在已采准完毕的矿块里，为大规模回采矿石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

30、为辟漏），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 切割工作完成之后，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），称为回采工作。它包括落矿、采场运搬、出矿和采场地区管理三项主要作业。,二、三级矿量 一般矿山都应备有三年以上的开拓矿量，一年左右的采准矿量，半年左右的备采矿量，这三种矿量则称为三级矿量，又称生产矿量。矿山建设和生产实验证明，保持合理的三级矿量是实现正常持续生产的重要条件。 1三级矿量的划分 三级矿量的划分方法如下： 开拓矿量：通过掘进开拓巷道，形成了完整的运输、通风、排水系统，在这种开拓巷道范围内的矿床储量叫做开拓矿量，如图I-3-4中第四中段以上的矿量。

31、,采准矿量：是开拓矿量的一部分。在已开拓的矿体范围内，掘完了采准巷道，形成了采区外形，在这些采区范围内的矿量称采准矿量，如图I-3-4中第三阶段以上的矿量。 备采矿量：是采准矿量的一部分。凡是已做好采矿准备的采区内，完成了切割工作，可以立即进行回采，在这些采区范围内的矿量称为备采矿量，如图I-3-4中第一中段和第二中段已做好切割工程的矿量。,第三节 矿山生产能力和服务年限 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。一般按年采出矿石量计算，叫矿井年产量。有时，也用日采出矿石量计算，叫做矿井日产量。 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

32、合分析经济、技术、安全和时间因素等确定的。它应该具体地体现国家的技术经济政策和最大限度的满足国民经济发展的需要。,2矿井服务年限 （1）金属矿山矿井服务年限的确定 在井田范围已定的条件下，矿床工业储量是一定的，而矿井服务年限则随矿井生产能力的变化而不同。矿床工业储量、矿井生产能力和矿井服务年限之间，有下列关系：,K储量备用系数，一般取1.21.4，它是考虑到矿井要挖潜增产，或其他原因（例如局部地质变化，或水、火灾害等）导致矿井可采储量减少时，保证矿井有足够的服务年限。,第四节 矿井开拓方式和开拓系统 一、开拓方法分类 矿床的赋存条件复杂，矿床规模不等，地表地形多种多样，矿山企业规模大小不一，故

33、矿床的开拓方法和开拓巷道的种类也较多。矿床开拓方法大致可分为单一开拓法和联合开拓法两大类。凡用某一种主要开拓巷道开拓整个矿床的开拓方法，叫做单一开拓法；有的矿体埋藏较深，或矿体深部倾角发生变化，矿床的上部用某种主要开拓巷道开拓，而下部则根据需要改用另一种开拓巷道开拓，这种方法叫做联合开拓法。,常用的开拓方法见表I-3-4。,二、开拓巷道类型及主要开拓巷道的决定因素 1开拓巷道的类型 根据开拓巷道在矿床开采过程中所起的作用主要可分为以下四种： 1）主要开拓巷道：这种开拓巷道在矿床开采过程中起主要作用，它们在地表有直接出口，主要用作提运矿石。属主要开拓巷道的有主平硐和主井（竖井或斜井）等。,2）辅

34、助开拓巷道：这类开拓巷道在矿床开采过程中只起辅助作用，用作通风、排水、运送材料设备、人员以及提运废石等。它们在地表都有直接出口，属辅助开拓巷道的有副平硐和副井（竖井或斜井）等。 3）补充开拓巷道：这类开拓巷道是补充主要开拓巷道之不足，用来开采矿床下部的开拓巷道，一般都从主要开拓巷道的最下部水平开掘。竖井、斜井、盲斜井、盲竖井都可作补充开拓巷道。,4）阶段开拓巷道：这类开拓巷道主要为开采阶段服务，属阶段开拓巷道有井底车场及硐室、石门、主要阶段运输平巷等。 2主要开拓巷道的决定因素 主要开拓巷道类型的选择由以下几个条件来决定： 1）地表地形条件 2）矿床赋存条件 3）矿岩性质 4）生产能力 等。,

35、三、开拓方法 下面介绍较常用的开拓方法。 1平硐开拓法 平硐开拓法以平硐为主要开拓巷道，是一种最方便、最安全、最经济的开拓方法。一般只有矿床赋存于山岭地区，埋藏在周围平地的地平面以上才能使用。,图I-3-6中的154m中段为主要运输中段，主平硐1就设在这里。上部各生产中段，废石经224m和194m巷道直接运地表，生产矿石经由溜矿井2，放到154m水平，再经主平硐1运出硐口。,平硐开拓方法又有以下几种方案： 1）与矿体相交的平硐开拓方案 这种开拓方案又有上盘平硐和下盘平硐两种形式。图I-3-6所示是下盘平硐开拓。在图I-3-6中，如果各中段通往矿体的平巷工程量不大，该方案的优点是较为突出的，各中

36、段可同时开工，特别是为上下中段的溜井等工程施工创造了有利条件（如用吊罐法施工天井等工程），且可达到压缩工期、缩短基建周期的目的；同时，掘进过程中通风等作业条件也比较好。,2竖井开拓法 竖井开拓法以竖井为主要开拓巷道。它主要用来开采急倾斜矿体（一般矿体倾角大于45）和埋藏较深的水平和缓倾斜矿体（倾角小于20）。这种方法便于管理，生产能力较高，在金属矿山使用较普通。 矿体倾角等是选择竖井开拓的重要因素，但是，同其他开拓方法的方案选择一样，也受到地形的约束。由于各种条件的不同，竖井与矿体的相对位置也会有所不同，因而这种方法又可分为穿过矿体的竖井开拓、上盘竖井开拓、下盘竖井开拓和侧翼竖井开拓四种开拓方

37、案。,1）穿过矿体的竖井开拓方案 竖井穿过矿体的开拓方案如图I-3-8所示。这种方法的优点是石门长度都较短，基建时三级矿量提交较快；缺点是为维护竖井，必须留有保安矿柱。这种方案在稀有金属和贵重金属矿床中应用较少，因为井筒保安矿柱的矿量往往是相当可观的。因此，该方案的应用受到限制，只有在矿体倾角较小（一般在20左右），厚度不大且分布较广或矿石价值较低时方可使用。,2）下盘竖井开拓方案 下盘竖井开拓是开拓急倾斜矿体常用的方法。如图I-3-9a所示。从竖井掘若干石门与矿体连通。此方案的优点是井筒维护条件好，又不需要留保安矿柱；缺点是深部石门较长，尤其是矿体倾角变小时，石门长度随开采深度的增加而急剧增

38、加。一般说来，矿体倾角60以上采用该方案最为有利，但矿体倾角在55左右，作为小矿山亦可采用这种方法。因小矿山提升设备小，为开采深部矿体，可采用盲竖井（二级提升）来减少石门长度（见图I-3-9b）。,3斜井开拓法 斜井开拓法以斜井为主要开拓巷道，适用于开采缓倾斜矿体，特别适用于开采矿体埋藏不太深而且矿体倾角为2040的矿床。这种方法的特点是施工简便、中段石门短、基建工程量少、基建期短、见效快，但斜井生产能力低。因此更适用于中小型金属矿山，尤其是小型矿山。根据斜井与矿体的相对位置，可分为下盘斜井开拓方案和脉内斜井开拓方案。,1）下盘斜井开拓方案 这种方案是斜井布置在矿体下盘围岩中，掘若干个石门使之

39、与矿体相通，在矿体（或沿矿岩接触部位）中掘进中段平巷（图I-3-12）。这种开拓方法不需要保安矿柱，井筒维护条件也比较好。此方案在小型金属矿山应用较多，这种方案斜井的倾角最好与矿体倾角大致相同。,2）脉内斜井开拓方案 斜井布置在矿体内（图I-3-13） ，斜井靠近矿体下盘的位置，其倾角最好与矿体倾角相同（或相接近）。这种开拓方案的优点是：不需掘进石门，开拓时间短，投产快；在整个开拓工程中，同时开采出副产矿石，这种副产矿石可以抵消部分掘进费用；脉内斜井掘进有助于进一步探矿。其缺点是：矿体倾斜不规则，尤其是矿体下盘不规则，井筒难于保持平直，不利于提升和维护；为维护斜井安全，要留有保安矿柱。因此在有

40、色金属矿山或贵重金属矿山，此种方案应用不多。只有那些储量较丰富且矿石价值不高的矿山，才可考虑使用。,4斜坡道开拓法 随着凿岩台车、装运机、铲运机、自卸汽车等大型无轨自动走行设备的大量应用，国外一些矿山采用了螺旋式和折返式（图I-3-14）斜坡道开拓。采用这种斜坡道开拓，人员、材料可以直接由地表用汽车运送到工作地点，各种自行无轨设备也可以自由通行于采掘工作面、井下车库与地面之间，消除了通过井筒时拆装设备和复杂的转运工作，提高了矿山的劳动生产率。,5联合开拓法 由两种或两种以上主要开拓巷道来开拓一个矿床的方法称为联合开拓法。其实质是因矿床深部开采或矿体深部产状（尤其是倾角）发生变化而采用的两种以上

41、单一开拓法的联合使用，即矿床上部用一种主要开拓巷道，而深部用另一种主要开拓巷道补充开拓，成为一个统一的开拓系统。,由于地形条件、矿床赋存情况、埋藏深度等情况的多变性，联合开拓法所包括的方案很多，常用的几种联合开拓方案如下： 1）上部平硐下部盲竖井开拓方案 当矿体上部赋存在地平面以上山地、下部赋存于地平面以下时，为开拓方便和更加经济合理，矿体上部可用平硐开拓，下部可采用盲竖井开拓，如图I-3-15所示。,2）上部平硐下部盲斜井开拓方案 这种方案的适用条件为：地表地形为山岭地区，矿体上方无理想的工业场地；矿体倾角为中等（即倾角在4555之间），为盲矿体且赋存于地平面以下；如地平面以上有矿体，但上部

42、矿体已为土法开采结束，且形成许多老硐者。,3）上部竖井下部盲斜井开拓方案 4）上部竖井下部盲斜井开拓方案 5）上部斜井下部盲竖井开拓方案,四、开拓系统 一个完整的开拓系统，除主要开拓巷道以外，还必须有副井、风井、副平硐等辅助开拓巷道，以便构成通风、运输、行人的完整系统，并保证有第二个安全出口。由于主、副井（或风井）的布置不同，而构成了不同的开拓系统。,1中央并列式开拓系统 如图I-3-19a所示，主、副井均位于矿床的中央，称为中央并列式开拓系统。 中央并列式开拓系统是金属矿山常见的开拓系统，它主要在矿床规模较大，地形条件允许工业广场及场内运输集中布置时应用。 主要优点：主、副井布置在一起，使地

43、面工业场地集中，便于管理，而且也便于主井的延深工作；主井位于矿床中央部位，开拓工程量减少。在这种布置方式中，矿床两翼必须各设一个通风井，而构成对角式通风，其通风条件较好。,2中央对角式开拓系统 中央对角式开拓系统的特点，是主井布置在矿床中央，而付井和风井分别布置在矿床的两翼，从而构成中央对角式开拓系统（图I-3-19b）。这种布置方式减少了一个风井的工程量，但必须是矿床中央和一翼有适合的工业场地条件。,3侧翼式开拓系统 主井和副井分别位于矿床的两翼，则称为侧翼式开拓系统，如图3-19c所示，在这种开拓系统中，通风条件好，井筒开凿工程量少。但矿床两翼必须有良好的地形条件，适合工业场地的布置。,第

44、四章 矿山生产系统 第一节 矿山运输 一、轨道运输 目前我国地下金属矿山普遍使用轨道运输，其主要设备为轨道、矿车和电机车。 二、胶带运输机运输 胶带运输机是一种连续运输的运输设备，具有很高的生产能力。 第二节 矿井提升 矿井提升实际上就是井筒中的运输工作，是全矿运输系统中的重要环节。矿井提升设备，包括提升机、提升容器、提升钢丝绳、井架、天轮以及装卸设备等。,第三节 矿井通风 一、矿井通风的意义 矿井通风就是不断地将地面新鲜空气送入矿井内，并将矿井内的污浊空气排至地面，以保证安全生产及创造舒适的劳动条件。 二、矿井通风系统 通风系统按进风井与出风井的位置可分为中央式和对角式两种类型。 三、矿井通

45、风方法 按通风动力不同，可将矿井通风方法分为机械通风和自然通风。械通风是采用专门的机械设备（扇风机）机来促使井下空气流动。自然通风是靠自然压差来促使空气流动的。,第四节 矿井的防水和排水 矿井中的水来源：地下水、老窿水、地表贯通流入的水。所以防水、排水是一项大事，是安全生产的必要措施。 矿井排水的方法有：自流式和扬升式两种。自流式排水是使坑内水自行流到地面，是最经济的排水方法，但只适用于平窿开采的矿山。扬升式排水是借助排水设备，将水扬至地面。采用井筒开拓的矿山，都必须用这种方法。,第五章 地下采矿方法 第一节 采矿方法概述 为了很好地回采矿石而在矿块中所进行的采准、切割与回采工作的总和，称为采

46、矿。,按回采时的地压管理方法，可将采矿方法划分为三大类（表I-5-1）。,第六章 空场采矿法 空场采矿法在回采过程中，将矿块划分为矿房和矿柱（图I-6-1），先回采矿房，再回采矿柱。在回采矿房时，采场以敞空式存在，依靠矿柱和围岩本身的强度来维护。矿房采完后，要及时回采矿柱和处理采空区。在一般情况下，回采矿柱和处理采空区同时进行；有时为了改善矿柱的回采条件，用充填料将矿房充填后，再用其他采矿法回采矿柱。,应用空采场矿法的基本条件是，矿石和围岩稳固，采空区在一定时间内允许有较大的暴露面积。这类采矿方法在我国应用最早、最广泛，在技术上也最成熟；在世界其他国家，也被广泛应用。 根据目前国内外矿山实践，

47、空场采矿法中应用较广泛的采矿方法有：全面采矿法、房柱采矿法、留矿采矿法、分段矿房法和阶段矿房法。,第一节 全面采矿法 在薄和中厚（小于57m）、缓倾斜（倾角一般小于30）且矿体和围岩均稳固的条件下，应用全面采矿法。它的特点是，工作面沿矿体走向或沿倾斜方向全面推进，在回采过程中将矿体中的夹石或贫矿（有时将部分矿石）留下，呈不规划的矿柱，以维护采空区。这些矿柱一般不回采，作为永久损失。个别情况下，如回采贵重矿石时，也可不留矿柱，而用人工支柱（混凝土支柱、木垛及木支柱等）支撑顶板。 该方法工艺简单，采准和切割工作量小，生产效率较高，成本较低。但矿柱不回采矿石损失率高，必要时可用人工支柱方法弥补。,第

48、二节 房柱采矿法 房柱法是空场采矿法的一种，将阶段（缓倾斜、倾斜矿床）或盘区（水平、微倾斜矿床）划分成若干个矿房与柱柱（留有规则的不连续的矿柱）。回采工作在矿房中进行，矿柱在一般情况下不进行回收。 房柱采矿法与全面采矿法的区别不大，其不同点在于全面法的采区尺寸比较大，所留的矿柱或岩柱是不规则的，而且矿柱尺寸、形状、间距等都比较灵活。而房柱法与此相反，留的矿柱是规则的。,房柱采矿法是开采水平和缓倾斜矿体最有效的采矿方法。它的采准切割工程量不大，工作组织简单，坑木消耗少，通风良好，矿房生产能力高。但矿柱一般不回采。矿石损失大。近来用锚杆或锚杆加金属网维护不稳固顶板，可扩大房柱法在开采水平或缓倾斜厚

49、和板厚矿体方面的应用，或为高效率的采矿方法之一。,第三节 留矿采矿法 留矿采矿法的特点是，工人直接在矿房暴露面下的留矿堆上作业，自下而上分层回采，每次采下的矿石靠自重放出三分之一左右（有时达35%40%），其余暂留在矿房中作为继续上采的工作台。矿房全部回采完毕后，暂留在矿房中的矿石再行大量放出，叫做最终放矿或大量放矿。,留矿法适用于开采矿石和围岩稳固，矿石无自燃性，破碎后不易再行结块的急倾斜矿床，在薄和中厚以下的脉状矿床中使用很广泛。,第四节 分段矿房法 分段矿房法是在划分矿块基础上，在矿块的垂直方向，再划分为若干分段；在每个分段水平上布置矿房和矿柱，各分段采下的矿石分别从各分段的出矿巷道运出

50、。分段矿房回采结束后，可立即回采本分段的矿柱，并同时处理采空区。 这种采矿方法以分段为独立的回采单元，因而灵活性大，适用于矿石和围岩中等稳固以上的倾斜和急倾斜的中厚到厚矿体。缺点是：采准工作量大。,第五节 阶段矿房法 阶段矿房法是用深孔回采矿房的空场采矿法。根据落矿方式不同，阶段矿房法可分为水平深孔阶段矿房法和垂直深孔阶段矿房法。前者要求在矿房底部进行拉底，后者除拉底外，尚需在矿房的全高开出垂直切割槽。近年来，又出现垂直深孔球状药包落矿的阶段矿房法。深孔崩落的矿石借自重可全部溜到矿块底部放出。,一、水平深孔落矿阶段矿房法 水平深孔落矿阶段矿房法，是在凿岩硐室中钻水平扇形深孔，向矿房底部拉底空间

51、崩矿（图I-6-11）。,二、垂直深孔落矿阶段矿房法 本法的特点是：回采工作面是垂直的，回采工作开始之前，除在矿房底部拉底、辟漏外，必须开凿垂直切割槽，并以此为自由面进行落矿，崩落的矿石借自重落到矿房底部放出。随着工作面的推进，采空区不断扩大。矿房回采结束后，再用其他方法回采矿柱。,水平深孔落矿阶段矿房法和垂直深孔分段凿岩阶段矿房法，是我国目前开采矿岩稳固的厚和极厚极倾斜矿体时应用比较广泛的采矿方法；急倾斜平行极薄矿脉组成的细矿带，也采用这种方法合采。 具有回采工作安全、通风良好、矿房回采强度大等优点。缺点是采准工作量较大，掘进分段巷道时，机械化程度低，劳动强度大。由于矿柱的矿量占比重较大，回

52、采矿柱时矿石损失和贫化率都大。,第七章 崩落采矿法 其特点是：随着矿石被采出，有计划地用崩落矿体的覆盖岩石和上下盘岩石来充填采空区，以控制采区地压和处理采空区。在这类采矿方法中，采区的回采，不再划分矿房和矿柱，而是沿矿体的走向，依一定的回采顺序，按采区连续回采。在采区的回采中，除用凿岩爆破方法崩矿以外，还可局部利用崩落围岩的压力和岩石本身的自重来崩落矿石。由于覆盖岩石和上下盘岩石的崩落，将会引起地表陷，所以，只有地表允许陷落的地方，才允许采用这种采矿方法。,根据采区回采时的特点和采区结构的不同，这类采矿方法又分为： 1）壁式（单层）崩落采矿法； 2）分层崩落采矿法； 3）分段崩落采矿法； （1

53、）无底柱分段崩落采矿法； （2）有底柱分段崩落采矿法； 4）阶段崩落采矿法,第一节 壁式（单层）崩落采矿法 壁式崩落采矿法的特点是：将阶段划分为矿壁（采区），每个矿壁的回采，一般是按矿体全厚沿矿体走向推进，随着回采工作面的推进，有计划、有步骤地崩落采空区的顶板，以充填采空区。图I-7-1为壁式崩落采矿法的典型方案。,壁式崩落采矿法具有采准切割工作量小，生产能力大，劳动生产率高，矿石贫化损失小，通风和矿石运搬条件好等优点。缺点是：支护工作劳动强度大，坑木消耗多，顶板管理复杂。它适用于开采地表允许陷落，顶板岩石不太稳固，厚度小于34m，倾角小于35的层状矿床。,壁式崩落采矿法具有采准切割工作量小，

54、生产能力大，劳动生产率高，矿石贫化损失小，通风和矿石运搬条件好等优点。缺点是：支护工作劳动强度大，坑木消耗多，顶板管理复杂。它适用于开采地表允许陷落，顶板岩石不太稳固，厚度小于34m，倾角小于35的层状矿床。,第二节 无底柱分段崩落采矿法 无底柱分段崩落采矿法是在采区全高（阶段）上，划分成若干分段，如图I-7-3中的I、II、II、IV等，并自上而下回采。每一个分段划分成若干分条，如图I-7-3中的1、2、3，在每个分条中掘进一条叫做进路的回采巷道，如图I-7-3中的A、B、C。分条的回采是在回采巷道中，按崩矿步距，如图I-7-3中的abcdefg逐步进行。崩落的矿石，在崩落的覆盖岩层下从回采

55、巷道的端部放出，故又叫端部放矿采矿法。没有底柱结构。随着矿石的放出，采空区被崩落的围岩所充填。图I-7-4是无底柱分段崩落采矿法的典型方案。,该法适用条件为： （1）地表与围岩允许崩落。 （2）矿石稳固性在中等以上，回采巷道不需要大量支护。 （3）急倾斜或缓倾斜的厚矿体，也可用于规模较大的中厚矿体。 （4）需要剔除矿石中夹石或分级出矿时，采用该法最为有利。,2主要优点 （1）安全性好。 （2）采场结构简单，回采工艺简单，容易标准化，适用于采用高效率的大型无轨设备。 （3）机械化程度高。 （4）由于崩矿与出矿以每个步距为最小回采单元，当地质条件合适时，有可能剔除夹石和进行分级出矿。 3主要缺点

56、（1）回采巷道通风困难。 （2）采场结构与放矿方式不当时，矿石损失贫化较大。 （3）采矿强度不如有底柱分段崩落法。,第三节 有底柱分段崩落采矿法 有底柱分段崩落采矿法有许多方面与无底柱分段崩落采矿法是相同的。主要区别是在每一个分段中留有底柱结构。因此，在采准、切割工程布置、回采方案和放矿条件等方面不同于无底柱分段崩落采矿法。,有底柱分段崩落采矿法根据崩矿方式的不同，分为垂直深孔崩矿的有底柱分段崩落采矿法和水平深孔崩矿的有底柱分段崩落采矿法。前者使用最多。 适用条件： （1）地表允许崩落。但若地表表土随岩层崩落后遇水可能形成大量泥浆涌入井下时，须要采取预防措施。 （2）矿体厚度和矿体倾角。急倾斜

57、矿体厚度不小于5m，倾斜矿体不小于10m；当矿体厚度超过20m时，倾角不限。最适用于厚度为1520m以上的急倾斜矿体。,主要优点： 1）由于该法具有多种回采方案，可以用于开采各种不同条件的矿体，故使用灵活，适当范围广； 2）生产能力较大。 3）采矿与出矿的设备简单，使用和维修都很方便，适应国内设备生产和供应条件； 4）与其他崩落采矿法相比，通风条件较好，有贯通风流。 主要缺点： 1）采准切割工程量大，施工机械化程度低。 2）矿石损失贫化较大，在矿体不陡、厚度不大的情况下更为严重。,第四节 阶段崩落采矿法 在采区全高上崩落矿石，不留间柱，单步骤连续回采，并在崩落的覆盖岩层下放矿的采矿方法称为阶段

58、崩落采矿法。 根据崩矿方法的不同，阶段崩落采矿法又分为阶段自然崩落法和阶段强制崩落法。阶段自然崩落法对地质条件要求严格。图I-7-9是阶段强制崩落采矿法的基本方案。,适用条件：矿体厚大、形状规整、倾角陡、围岩不够稳固、矿石价值不高，围岩含有品位，是采用阶段强制崩落法的最优条件。 优缺点：同分段崩落法相比较，阶段强制崩落法具有采准工程量小、劳动生产率高、采矿成本低与作业安全等优点；但也具有生产技术与放矿管理要求严格、大块产出率高以及矿石损失较大等缺点。此外，使用条件远不如分段崩落法灵活。,第八章 充填采矿法 随着回采工作面的推进，逐步用充填料充填采空区的采矿方法称为充填采矿法。有时还用支架与充填

59、料相配合维护采空区，此时称为支架充填采矿法。 充填采空区的目的，主要是利用所形成的充填体进行施压管理，以控制围岩崩落和地表下沉，并为回采工作创造安全和方便的条件。有时还用来预防有自燃性矿石的内燃火灾。,根据所采用的充填料和输出方法不同，充填采矿法又可分为： 1）干式充填采矿法，用矿车、风力或其他机械输送干充填料（如废石、砂石等）充填采空区； 2）水力充填采矿法，用水力沿管路输送选厂尾砂、冶炼厂炉渣、碎石等充填采空区； 3）胶结充填采矿法，用水泥或水泥代用品与脱泥尾砂或砂石配制而成的胶结性物料充填采空区。 按矿块结构和回采工作面推进方向，充填采矿法可分为：单层充填采矿法、上向分层充填采矿法、下向分层充填采矿法和分采充填采矿法。,第一节 干式充填采矿法 在矿房中，自下而上分层回采。随着回采工作的推进，用于充填料逐层充填采空区以维护上下盘围岩和造成继续上采的工作台。图I-8-1为干式充填采矿法的典型方案。,干式充填采矿法具有工艺简单，充填所需要的设备少，投资小；混凝土底板和充填料组成的充填体，具