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地下金属矿床采矿技术主讲：邓红卫2010.8主要内容12矿床地下开采基本概念矿床开采总论3地下金属矿床开拓地下金属矿床其他系统4※矿石和废石的概念是相对的。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金属矿床的工业特征二、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。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。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。金属矿床的工业特征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。※稳固性和坚固性既有联系又有区别。※根据矿岩的稳固程度，可将矿岩的稳固性分为五级：⑶中等稳固：不支护的允许暴露面积为50～200m2。⑴极不稳固：掘进巷道或采矿时，不允许有暴露面积，否则可能产生片帮或冒落现象。⑵不稳固：不支护的允许暴露面积在50m2以内。金属矿床的工业特征※矿岩稳固性影响到井巷的维护、采矿方法及地压管理方法的选择。⑷稳固：不支护的允许暴露面积为200～800m2。⑸极稳固：不支护的允许暴露面积在800m2以上。⒋结块性指采下的矿石在遇水和受压，并经过一段时间后又重新连结成块的性质。※矿石的结块性对矿石的运输和采矿方法选择有影响。金属矿床的工业特征※矿石的氧化会降低选矿回收率。※矿石的自燃，会使井下温度上升，并可能引发地下火灾，对矿井通风、爆破方法和采矿方法的选择有特殊的要求。⒌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。⒍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。金属矿床的工业特征※矿岩破碎后的体积与其原岩体积之比，称为碎胀系数(或松散系数)。※矿岩碎胀性对矿岩运输提升有影响。⒎含水性指矿岩吸收和保持水分的性能。※矿岩含水性对放矿、运输，箕斗提升及矿仓贮存和采矿、巷道支护等带来困难。⒏碎胀性指矿岩破碎后体积增大的性质。金属矿床的工业特征⑴层状矿床⑵脉状矿床⑶块状矿床四、金属矿床的分类⒈按矿体形状分类金属矿床的工业特征※矿体的倾角影响到采场中矿石的运搬方式和矿床开拓方法的选择。⒉按矿体倾角分类⑴水平和微倾斜矿床：倾角小于5°。⑵缓倾斜矿床：倾角为5°～30°。⑶倾斜矿床：倾角为30°～55°。⑷急倾斜矿床：倾角大于55°。金属矿床的工业特征⒊按矿体厚度分类矿体的厚度：指矿体上盘与下盘间的垂直距离或水平距离。前者称垂直厚度或真厚度(图1-1中的a)。后者称水平厚度(图1-1中的b)。图1—1矿体厚度1—矿体上盘；2—矿体下盘3—矿体；α—矿体倾角金属矿床的工业特征⑸极厚矿体：厚度大于40m。※矿体的厚度大小对于采矿方法的选择和开拓工程布置有影响。矿体按厚度的不同，可分成五类：⑴极薄矿体：厚度在0.8m以下。⑵薄矿体：厚度在0.8～4m之间。⑶中厚矿体：厚度为4～15m。⑷厚矿体：厚度为15～40m。金属矿床的工业特征⒈矿床赋存条件不稳定；⒉矿石品位变化大；⒊地质构造复杂；⒋矿石和围岩的坚固性大；⒌矿床的含水性。五、金属矿床的特点金属矿床的工业特征◆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。一、矿石损失和贫化的概念⒈矿石损失与损失率①矿石损失指在开采过程中造成矿石在数量上的减少。②矿石损失和表示方法矿石损失与贫化◆废石混入率：混入采出矿石中的废石量与采出矿石量之比率，用百分数(%)表示；◆矿石贫化率：采出矿石品位比原矿石品位降低的百分率。※矿石损失与贫化是评价矿床开采的主要指标，它反映了资源的利用情况和采出矿石的质量情况。2．矿石贫化与贫化率①矿石贫化指在开采过程中，由于各种原因造成矿石质量的降低。②矿石贫化和表示方法矿石损失与贫化①由于地质条件和水文地质条件等引起的矿石损失。②需留保安矿柱而不能回采的损失。①采下损失：主要包括采下后残留在采场内不能运出的矿石损失和运输过程中的损失。②未采下损失：主要包括设计应当开采而未采下的损失、矿块内留下的永久性矿柱不能采出的矿石损失。二、矿石损失与贫化的原因1．矿石损失的原因⑴非开采损失⑵开采损失矿石损失与贫化⑶有用成分氧化或被析出。1．矿石损失与贫化计算公式设Q─矿体(矿块)工业储量，t；Q0─开采过程中损失的工业储量，t；R─混入采出矿石中的废石量，t；T─采出矿石量，t；⒉矿石贫化的原因⑴因矿体边界控制不好、夹石未剔出或在覆岩下放矿等原因混入了废石；⑵高品位粉矿流失；三、矿石损失与贫化计算矿石损失与贫化◆矿石量平衡式：T=Q－Q0+R(1—2)◆金属量平衡式：T=(Q－Q0)+R(1—3)由式(1—2)得：R=T－Q+Q0，代入式(1—3)，得矿石损失率q的计算公式：а─工业储量矿石的品位，%；а′─采出矿石(包含混入的废石)的品位，％а″─混入废石的品位，％。根据矿体(矿块)开采结果，可列出如下矿石量和金属量各自平衡的方程式%100)1(%1000QTQQq＝(1—4)矿石损失与贫化※废石混入率与矿石贫化率是表示在开采过程中矿石质量降低的两个不同概念的指标，应当分别进行计算。由式(1—2)得：Q0=Q+R－T，代入式(1—4)，得废石混入率的计算公式矿石贫化率是指工业储量矿石品位与采出矿石品位之差对工业储量矿石品位之比。矿石贫化率的计算式为：%100%100TR%100矿石损失与贫化⑵间接法：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。⑵选择合理的开拓方法，尽可能少留或不留保安矿柱。⒉矿石损失与贫化的计算程序⑴直接法：地质测量人员进入采场进行实地观测，可用直接法计算矿石损失率与废石混入率。四、降低矿石损失与贫化的措施⑴加强地质测量工作，为采矿设计和生产提供可靠的地质资料，以便正确确定采掘范围，减少废石混入量和矿石损失量。矿石损失与贫化⑺加强生产管理，建立健全质量监测、管理和控制体系，减少矿石贫化与损失。⑶选择合理的开采顺序，及时回采矿柱和处理采空区。⑷选择合理的采矿方法及其结构参数，改进采矿工艺，减少回采的损失与贫化。⑸选择合理的底部出矿结构，推广无轨出矿设备和振动出矿设备，加强放矿管理，提高矿石回收率，降低矿石贫化率。⑹选择适宜的提升、运输方式和容器，避免多次转运矿石，减少粉矿损失。矿石损失与贫化三、对提高开采技术水平的要求一、基本要求⒈确保矿床开采工作的安全及良好的劳动条件；⒉劳动生产率高；⒊不断提高开采强度；⒋矿石的损失贫化小；⒌降低矿石成本；二、对环境保护的要求※井田的划分及其范围，应根据国民经济的需要，矿床的自然条件以及技术经济的合理性综合分析来确定。一、矿田和井田1矿田：指划归一个矿山企业开采的全部矿床或矿床的一部分。2井田：指在一个矿山企业中，划归一个矿井(坑口)开采的全部矿床或矿床的一部分。开采单元划分及开采顺序⒈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若干矿段。二、阶段和矿块开采单元划分及开采顺序⑴阶段高度：上下两个相邻阶段运输巷道底板之间的垂直距离(图中的h)。阶段和矿块的划分Ⅰ—已采完阶段；Ⅱ—正开采阶段；Ⅲ—开拓、采准阶段；Ⅳ—开拓阶段H—矿体垂直埋藏深度；h—阶段高度L—矿体走向长度1—主井；2—石门；3—天井4—排风井；5—阶段运输平巷；6—矿块⑵影响阶段高度的因素：开采单元划分及开采顺序⒉矿块矿块：指在阶段中沿走向每隔一定距离将矿体再划分为独立的开采单元(图中6)。⑶阶段高度的确定。阶段的合理高度应符合下列条件：①吨备采矿量分摊的基建费和经营费最小；②能及时准备新阶段；③作业的安全性高；④与采用的采矿方法相适应；⑤兼顾原有探矿巷道的利用。开采单元划分及开采顺序⒈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。每隔一定距离用运输巷道划分井田的开采范围，如图所示。盘区和采区划分Ⅰ—开拓盘区；Ⅱ—采准盘区；Ⅲ—回采盘区1—主井；2—副井；3—主要运输巷道；4—盘区运输道；5—采区运输巷道；6—采区；7—切割巷道三、盘区和采区开采单元划分及开采顺序下行式的开采顺序：是由上而下逐个阶段(或几个阶段)开采。上行式则相反。⑴前进式开采⑵后退式开采⑶混合式开采四、矿床的开采顺序⒈井田中阶段的开采顺序⒉阶段中矿块的开采顺序按开采工作相对于主要开拓巷道(主井、主平硐)的推进方向，阶段中矿块的开采顺序可分为三种：开采单元划分及开采顺序※双翼开采(图a)※单翼开采(图b)※侧翼开采(图c)阶段中矿块的开采顺序Ⅰ—前进式开采；Ⅱ—后退式开采；⒊相邻矿体的开采顺序⑴矿体倾角小于或等干围岩的移动角时，应从上盘向下盘开采(图a)。开采单元划分及开采顺序⑵矿体倾角大于围岩移动角、两矿体相距很近时，无论先采那个矿体，都因采空区围岩移动而相互影响(图c)。相邻矿体的开采顺序a、b—矿体倾角小于或等于岩石移动角；c—矿体倾角大于岩石移动角α—矿体倾角；β—上盘岩石移动角；γ—下盘岩石移动角Ⅰ、Ⅱ—相邻两条矿脉开采单元划分及开采顺序从地面掘进一系列巷道通达矿体，使地面与地下形成完整的提升、运输、通风、排水以及动力供应等系统，以便把人员、材料、设备、动力和新鲜空气送入地下，同时把矿石、废石、矿坑水、污浊空气等送到地面。一、矿床开采步骤可分为开拓、采准、切割和回采四个步骤。⒈矿床开拓为此目的而掘进的巷道，称为开拓巷道。矿床开采步骤和三级矿量平硐开拓竖井开拓斜井开拓矿床开采步骤和三级矿量⒉矿块采准和切割⑴矿块的采准工作:在已完成开拓的矿块中，掘进采准和切割巷道，将阶段划分成矿块，并在矿块内创造行人、凿岩、放矿、通风等条件的工作。矿床开采步骤和三级矿量⑵矿块切割工作:在进行或已完成了采准工作的矿块里，开辟自由面和自由空间，为大规模回采矿石创造良好的爆破和放矿条件并把漏斗颈扩大成漏斗等工作。⒊回采工作在进行或已完成切割工作的矿块中，进行的大量采矿工作。※常用采切系数和采切工作比重两项指标衡量采切工程量的大小。※采切工作量是比较采矿方法优劣的一个重要指标。矿床开采步骤和三级矿量⑶地压管理：对采矿形成的采空区，引起矿柱和上下盘围岩发生变形、破坏、移动等地压现象，采取技术措施控制地压和管理地压，消除地压产生的不良影响。⑴落矿：以切割空间为自由面，借助凿岩爆破方法来崩落矿石。⑵矿石运搬：指在矿块内把崩下的矿石，运搬到阶段运输巷道，并装入矿车。矿床开采步骤和三级矿量二、三级矿量将生产矿量按开采准备程度划分为开拓矿量、采准矿量和备采矿量三级，称为三级储量。⒈开拓矿量指凡开掘完成设计规定的开拓系统中的井巷，形成完整的提升、运输、通风、排水系统和采准以前需进行的生产探矿工程，在此范围内所控制的矿量。矿床开采步骤和三级矿量指在开拓矿量的基础上，全部完成采矿方法所规定的采准巷道工程，在此范围内的矿量。※三级矿量是保证矿山正常生产的一项重要指标。⒉采准矿量⒊备采矿量指在采准矿量的基础上，全部完成采矿方法所规定的切割工程，可以立即进行回采的矿量。矿床开采步骤和三级矿量⒋三级矿量的计算我国现行规定三级矿量用生产保有期限来表示。三级矿量保有期限定额三级矿量类别黑色金属矿山有色金属矿山开拓矿量3～5年3年采准矿量1.5～2年1年左右备采矿量6～12个月6个月左右根据上表所列三级矿量保有期限，可以算出各级矿量。矿床开采步骤和三级矿量矿床开采强度:指矿床开采的快慢程度。常用的矿床开采强度指标为回采工作年下降深度和开采系数。地下金属矿