金属矿床地下开采

1下盘围岩上盘围岩夹石矿石金属矿床地下开采的基本概念§1、金属、矿床的工业特征一、矿石和废石的概念（1）矿物——在地壳中，由于地质作用形成的自然元素和自然化合物，统称为矿物。（2）矿石——凡是在地壳中遇到矿物集合体，在现在技术经济水平条件下，能以工业规模从中提取国民经济必须的金属或矿物产品的都叫矿石。（3）矿体——矿石的聚集体叫矿体。（一个矿体是一个独立的地质体，具有一定的几何形状，具有一定的空间位置等）。（4）矿床——矿床是矿体的总称。（对于某一矿区而言，一个矿床由一个或几个矿体组成，矿床又可分为工业矿床和非工业矿床）。①工业矿床——在当前技术经济条件下，符合开采和利用要求的矿床叫工业矿床。②非工业矿床——与上述情况反之，叫非工业矿床。（5）围岩——矿体周围的岩石叫围岩。①上盘围岩——指矿体上部围岩。②下盘围岩——指矿体下部围岩。（6）夹石——夹在矿体中的岩石叫夹石。（7）废石的概念在采矿过程中所采出的围岩或夹石，一般称为废石。（或者说废石是：矿床2周围的围岩以夹石、根本不含有用成分或者含量过少，当前不宜作为矿石开采的称之为废石）。【注意】应当指出，矿石与废石的概念是相对的，它与一个国家的社会制度，一个国家的科学技术发展水平，已经掌握的资源情况，以及对某种金属的需要量都存有关系。例如，锡和铜，过去锡品位达到期0.8%，才算矿石可以开采，而现在锡品位只要达到0.2～0.3%，就作为矿石开采，过去铜的品位只有达到1.0%，才开采，而现在达到0.4～0.6%，即可作为矿石开采。过去废石，而现在却变成了可开采的矿石。（黄金品位达8～10克/吨就是富矿）二、矿石的种类在自然界中的矿物很多，现在已经知道的矿物有3000多种，而有用矿物约有二百余种。在地壳中，以自然金属形式存在的矿石是很少的，大量的矿石是以氧化矿，硫化矿等形式存在的。（含金属成份的矿石，叫金属矿石）。（一）金属矿石按其所含金属矿物的性质，化学成份，矿物组成可以分为以下几类（1）自然金属矿石——它是以单一元素形式存在的，如金、铂银等。（2）氧化矿石——指矿石的成分为氧化物。如：赤铁矿（Fe2O3），赤铜矿（Cu2O）等。（3）硫化矿石——指矿石的成份为硫化物。如黄铜矿（CuFeS2）、方铅矿（PnS）、辉铜矿（MOS2）、闪锌矿（ZMS）等（4）混合矿石——是前三种的混合物。（二）根据所含金属种类的不同，矿石又可分为以下几种（1）黑色金属矿石——如铁、锰、铬（2）有色金属矿石——如铜、铅、锌、铝等（3）稀有金属矿石——如铌、钽等（也是相对概念）（4）放射性矿石——如铀、钍等（5）贵重金属矿石——如金、锒、泊等3（6）非金属矿石——如建筑石材、石膏、滑石等。三、矿石品位的概念（一）矿石品位的概念通常我们把矿石中凡是可供利用的元素或矿物称为有用成份。矿石中所含有用成分的多少用品位来表示。所谓品位就是：矿石中有用成份的重量与矿石重量之比，常用百分数（%）表示。品位=×100%（或克/吨）一般金属品位是指矿石中该种金属元素含量的百分数。对于贵重金属（金铂等）矿石的品位是用克/吨表示。这是因为这些贵重金属在矿石中含量很少。（二）边界品位这是指可采矿石有用成份含量和最低界限。它是矿体边界上矿石上最低品位，是划分矿石和废石，圈定矿体范围的标准。在圈定的矿本范围内，任意取样点的品位，一般都不应当小于边界品位。（三）最低工业品位是指在边界品位圈定的矿体范围内，合乎工业开采要求的平均品位的最低值。这意思是说，根据目前工业技术水平，当矿石的品位低于某个数值时，便没有利用的价值，则这一数值的矿石品位叫最低工业品位，或者产，用边界是品位圈定的矿体或矿体中某个块段的平均品位，必须高于最低工业品位才有开采价值，否则无开采价值。【注意】①边界品位和最低工业品位也是相对概念，是可以变化的。②品位的表示方法实例：綦江铁矿赤铁矿品位大于30%，金岑铁矿，磁铁矿品位56.24%；辉铜山铜矿品位2.04%，湘西金矿品位3～5克/吨，秦岑金矿品位15克/吨，红花沟金矿品位14.46克/吨（平均）。四、矿石和围岩的性质矿石和围岩的性质主要包括有：硬度、坚固性、投固性、碎胀性、结块性、矿石中有用成份重量矿石重量4氧化性、自燃性及含水性等。（一）矿岩的硬度矿岩的硬度是指矿岩抵抗工具侵入的性能。矿岩的硬度取决于矿岩的组成，即取决于矿岩颗粒的硬度，形状，大小，晶体结构以及颗粒间胶结构的情况等，矿岩的硬度除了对凿岩有很大影响外，往往影响矿岩的坚固性和较固性。（二）矿岩的坚固性人们在长期的实践中认识到，有些岩石不容易破坏，有一些则难于破碎。难于破碎的岩石一般也难于凿岩，难于爆破，则它们的硬度也比较大，概括的说就是比较坚固。因此，人们就用岩石的坚固性这个概念来表示岩石在破碎时的难易程度。坚固性的大小用坚固性系数来表示，（许多书中硬度系数，也叫普氏系数f值）。坚固性系数100Rf(R单位kg/cm2)式中R——为岩石标准试样的单向极限抗压强度值。通常用的普氏岩石分及法就是根据坚固性系数来进行岩石分级的。如：①极坚固岩石f=15～20（坚固的花岗岩，石灰岩，石英岩等）②坚硬岩石f=8～10（如不坚固的花岗岩，坚固的砂岩等）③中等坚固岩石f=4～6（如普通砂岩，铁矿等）④不坚固岩石f=0.8～3（如黄土、仅为0.3）矿岩的坚固性也是一种抵抗外力的性质，但它与矿岩的强度却是两种不同的概念。强度是指矿岩抵抗压缩，拉伸，弯曲及剪切等单向作用的性能。而坚固性所抵抗的外力却是一种综合的外力。（如抵抗锹，稿，机械碎破，炸药的综合作用力）。（三）矿岩的稳固性（1）矿岩稳固性的概念：稳固性是指在一定暴露面积下和在一定时间内不自行垮落的性能。或者说较固性是指矿岩在空间允许暴露的面积大小和允许暴露的时间长短的性能。影响稳固性的因素十分复杂，高于矿岩的成份，结构，构造节理状况，风化5程度，以及水高地质条件都有关系，还与矿岩在开采过程中形成的实际情况有关，（如巷道的方向，开采深度等）。稳固性对于采矿方法的选择，及支护方法的选择，掘进方式等都有很大影响。（2）稳固性与坚固性的关系二者既有联系，又有区别。一般在节理发育，构造破碎的地带，矿岩的坚固性虽然可能好，但稳固性大为下降。因此，稳固性与坚固性不能混同起来，（坚固性不好的，不一定就不稳固）。（3）矿岩稳固性分类：大致可分为五类①极不稳固的不允许有暴露面积。要求在掘进及开采中必须超前支护。否则会昌落。（非金属矿条件）；②不稳固的允许暴露的面积在50米2以内。也即允许有较小的暴露面积，随着回采，要立即进行支护。③中等稳固的允许有一定的暴露面积，即50m2——200m2，一般不支护，或作临时支护，即可安全地进行生产。④较稳固的允许有较大的暴露面积，为200——500m2，一般不支护。⑤极稳固的允许有很大的暴露面积，即800m2以上。不必支护，可以长期时不垮落。【注】稳固性不仅与暴露面积和时间有关，而且与地压，大小，节理发育程度，节理方向，暴露面积形状等有关。（四）矿岩的碎胀性矿岩的碎胀性是指矿石和围岩破碎之后的面积比原体积增大性质。碎胀性可用碎胀系数来表示（又叫松散系数））原体积（被碎前的体积破碎后的体积碎胀系数＞1对于一般坚硬矿岩石松散系数为1.4——1.6（或1.2——1.6）。松散系数的大小主要取决于破碎之后，矿岩的粒度组成和块度的形状。初装6入容器（矿车、箕斗等）内的矿岩块，因矿岩块之间空隙较大，则松散系数值可达1.8——2.0（产生了二次松散）。（五）矿岩的结块性结块性是指采下的矿岩遇水受压，经过一定的时间，又结成整块性质。我们通常见到的是粘土矿物、滑石、或高硫矿遇水受压，经过一段时间后，易出现结块现象。结块性对于放矿，装卸，运输等生产环节造成困难，甚至于影响到某些采矿方法的顺利使用。具有结块性的矿石在采坊中，在凿井中存放时间不宜过长。（六）矿石的氧化性矿石的氧化性是指硫化矿石在水和空气的作用下，变成了氧化矿石的性质。在硫化矿石中渗杂入氧化矿石后，降低了选矿的回收率。（选矿用的药剂不同）。因而硫化矿与氧化矿石切记不要混在一起。（七）矿岩的自燃性自燃性是指高硫化矿石（含硫量在18——20%以上），当其透水性及透气性良好的条件下，具有自燃发生的性能。高硫化矿在井下氧化时，放出大量的热，经过一段时间，温度升高，会引起井下火灾，特别粉状的高硫化矿与空气接触的面积大，更容易引起火灾。由于上述原因，对于高硫化矿床必须要采取快采快处理的办法来开采，以减少矿石的损失。具有自燃性的矿石，在采矿方法选择上有特别要求。（例如：小饧林矿在文革中曾进行过一次大炸破，由于矿石未能及时放出来，时间一长，温度升高，产生了自燃，烧了很久而未灭，只好封闭起来，暂时不采）。至今封闭未采。（八）含水性含水性是指矿岩裂缝和孔隙中含水的性质。矿岩含水性直接影响到矿石的提升，运输，矿仓内储矿。矿岩含水过多，会使排水费用增加。对于此方案寒冷地区的矿山，由于含水性会造成结冰河。（九）其他的（1）容重——容重是指单位体积中原岩的重量。一般岩石的容重为2.3——3.0T/m3之间。有色金属矿石中金属含量较少，其容重与岩石差不多或稍大些。黑色金属矿石中金属含量较高，容重可达3.5T/m3左右。（或更大）7（2）块度——原所崩落后则形成矿块，或岩石块，其尺寸的大小称为块度。块度通常用三个相互垂直方向的平均尺寸来表示。（或用最大方向的尺寸）即B、L、H的平填值。（一般按三度算，用方格法测定时，用二度定，有时用二度时采用一个效正系数）。对于一定的装运，破碎等设备，对矿岩的最大块度有一定的要求。为了保证矿山持续生产，必须使矿石的最大块度与装运等设备的要求相应。通常用合格块度来表示限制采出矿石的块度，矿石块度超过合格块度时，则要求进行二次破碎。合格块度——即允许的矿石最大块度。通常合格块度为250——500mm之间，也有600mm。它是根据开采及加工的工艺和设备要求来确定的。随着机械化水平的提高，合格块度有增大的趋势。（3）自然安息角——松散矿岩自燃烧堆积时，其四周将形成倾斜的堆积坡面，我们把自然堆积坡面与水平面相交的最大角度，称为该矿岩的自然安息角。装石巷道自然安息角运输巷边五、金属矿床分类及其工业特征（一）金属矿床分类金属矿床的矿体形状厚度及倾角，对于矿床开拓和采矿方法的选择，有直接的影响，因此，金属矿床的分类，一般按其矿体形状倾角和厚度三个因素进行分类。（此三个要素习惯上称为矿体三要素）。（1）按矿体形状分类1）层状矿体——这种矿体是一层一层的。多源于沉积或变质沉积矿床。特点是：①层状矿床的品位，倾角和厚度BLH8变化不大，比较稳定。②矿床规模比较大。③多见于黑色金属矿床。（乱矿多见）2）脉状矿体这类矿床主要是由于热液和气化作用，将矿物充填于地壳的裂隙中生成的矿床。特点是：①矿脉与围岩接触处有蚀变现象②矿床赋存条件不稳定；③有用成分含量不均匀；（品位变化大）。（有色金属，稀有金属及贵重金属硫矿床多属此类）。3）块状矿床这类矿床主要是充填，接触高代分离和氧化作用形成的。特点：①形状很不规则。呈不规则的透镜状，矿株等形；②矿体大小不一；③矿体与围岩的界限不明显；某些金属矿床（铜、铅、锌等）属此类。我国的南京梅山铁矿也属此类矿床。（2）按矿体、厚度分类1）矿体厚度的概念：矿体厚度是指矿体的上盘与下盘之间的垂直距离或水平距离。前者称为矿体的真厚度，后者称为矿体的水平厚度。b——为垂直厚度；a——为水平厚度；φ——a与b夹角；α——矿体倾角；对于急倾斜矿体，常用水平厚度，对于缓倾斜矿体，水平或倾斜矿体常用垂直厚度。（也即真厚度。若文中不加说明时，一般指真厚度）。αφab92）分类：可分五类①极薄矿脉矿体厚度在0.8米以下。（一个肩宽）开采时要采一部分围岩，才能保证正常的工作宽。（用浅孔凿岩开采的方法）②薄矿脉矿体厚度为0.8——4.0米之间。考虑近似水平矿床，用木支护时支护高度不得超过4米，超过4米，支护作业困难很大。用浅孔回采。③中厚矿体矿体厚度为4.0——10米之间。一般此时矿块没走高布置，多用浅孔回采。④厚矿体矿体厚度为10——30米，（此时30米为