金屬礦床地下開采總論

第一章金屬礦床的工業(yè)特征

第一節(jié)礦石與廢石和金屬礦石的種類第二節(jié)礦石和圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)第三節(jié)金屬礦床的分類第四節(jié)

金屬礦床的特性第一節(jié)礦石與廢石和金屬礦石的種類

一、礦石與廢石礦石：礦物集合體工業(yè)規(guī)模礦體：礦石的聚集體礦床：礦體總稱廢石：無(wú)品位或含量少礦石與廢石的概念是相對(duì)的：技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策賦存條件采礦和礦石加工水平地區(qū)經(jīng)濟(jì)；最低工業(yè)品位Cu0.6%→0.4～0.6%地質(zhì)品位、邊界品位、最小工業(yè)品位金屬礦石的最低工業(yè)品位邊界品位的確定

邊界品位是區(qū)分礦石與廢石(或稱巖石)的臨界品位，礦床中高于邊界品位的塊段為礦石，低于邊界品位的塊段為廢石。50403020103210邊界品位（g/t）礦量(Mt)第一節(jié)礦石與廢石和金屬礦石的種類

邊界品位為25％時(shí)礦體圈定示意圖30150000183425302324261930341910012181420191428211716232324251623232332273530232433292028262718312225193329263014182130261626282123182526251521第一節(jié)礦石與廢石和金屬礦石的種類

第一節(jié)礦石與廢石和金屬礦石的種類

從品位－礦量曲線可知，邊界品位的選擇直接影響到礦石儲(chǔ)量，進(jìn)而影響礦山的生產(chǎn)規(guī)模、最終開采境界、設(shè)備選型和礦山生產(chǎn)壽命。因此，邊界品位是一個(gè)對(duì)礦山總體經(jīng)濟(jì)效益有重大影響的技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)。投資一個(gè)礦床開采項(xiàng)目，首先必須估算其品位和儲(chǔ)量。一個(gè)礦床的礦量、品位及其空間分布是對(duì)礦床進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、可行性研究、礦山規(guī)劃設(shè)計(jì)以及開采計(jì)劃優(yōu)化的基礎(chǔ)，是礦山投資決策的重要依據(jù)。因此，品位估算、礦體圈定和儲(chǔ)量計(jì)算是一項(xiàng)影響深遠(yuǎn)的工作，其質(zhì)量直接影響到投資決策的正確性和礦山規(guī)劃及開采計(jì)劃的優(yōu)劣。礦石與廢石的概念是相對(duì)的：技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策、賦存條件、采礦和礦石加工水平、地區(qū)經(jīng)濟(jì)、最低工業(yè)品位。二、金屬礦石的種類按所含金屬種類劃分貴重金屬礦石：金、銀、鉑等有色金屬：銅、鉛、鋅、鋁、鎳等黑色金屬：鐵、錳、鉻等稀有金屬：鉭、鈮等放射性礦石：鈾、釷等按礦物成分劃分自然礦石：砂金氧化礦石：氧化物、碳酸巖、硫酸巖；硫化礦石：硫化物混合礦石：含有前三種礦物中兩種以上的混合物按礦石品位劃分富礦貧礦第一節(jié)礦石與廢石和金屬礦石的種類

第二節(jié)礦石和圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)

一、堅(jiān)固性：是一種抵抗外力的性能。礦山廣泛采用破碎與穩(wěn)固的矛盾、巖石破碎的難易程度、巖石分級(jí)強(qiáng)度：石承受載荷的能力，即開始破壞的極限臨界應(yīng)力值。巖石的強(qiáng)度有抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度。 巖石的抗壓強(qiáng)度介于20-300Mpa的范圍內(nèi)，抗剪強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的1/12到1/18，抗拉強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度1/50-1/15彈性、塑性和脆性：彈性是巖石出去外力后，恢復(fù)其原來形狀和體積的性能。彈性大的巖石，鑿巖爆破時(shí)，不易破壞。 在破壞前具有明顯殘余變形的巖石稱為塑性巖石，幾乎沒有殘余變形的巖石叫脆性巖石。金屬礦山大多數(shù)屬于脆性巖石。第二節(jié)礦石和圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)

二、穩(wěn)固性：是指礦石或巖石在空間允許暴露面積的大小和暴露時(shí)間長(zhǎng)短的性能。巖石的穩(wěn)定性分級(jí)：

極不穩(wěn)固不穩(wěn)固中等穩(wěn)固穩(wěn)固極穩(wěn)固第二節(jié)礦石和圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)

三、結(jié)決性：是指采下的礦石，在遇水和受壓并經(jīng)過一段時(shí)間后，又連結(jié)成整塊的性質(zhì)。四、氧化性及自燃性：礦石的氧化性是指硫化礦石在水和空氣的作用下，變?yōu)檠趸V石的性質(zhì)；高硫礦石(含硫在18%~20%以上)具有自燃性。硫化礦石在空氣中氧化，并放出熱，時(shí)間長(zhǎng)了可能造成地下火災(zāi)。第二節(jié)礦石和圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)

五、含水性：礦石或巖石吸收和保持水分的性能，隨礦巖的孔隙度和節(jié)理而變化。對(duì)放礦、運(yùn)輸、箕斗提升及礦倉(cāng)貯存等均有很大的影響。六、碎脹性：巖在破碎后，碎塊之間有較大的空隙，其體積比原巖體積要增大的性質(zhì)。破碎后的體積與原巖體積之比，稱為碎脹系數(shù)(或松散系數(shù))。第三節(jié)金屬礦床的分類

礦體形狀層狀礦床脈狀礦床塊狀礦床傾角水平礦床:α<5o緩傾斜礦床:α=5o~30o傾斜礦床:30o

~55o急傾斜礦床:α>55o

厚度極厚礦床(>40m)薄礦體(0.8~4m)厚礦床(10-15~40m)中厚礦體(4~10-15m)極薄礦體(<0.8m)第四節(jié)金屬礦床的特性

對(duì)金屬礦床開采有較大影響的因素：礦體賦存條件不穩(wěn)定；礦石品位變化大；地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜；礦石和圍巖的堅(jiān)固性大；礦床的含水性。第二章礦床回采單元的劃分及其開采順序

第一節(jié)礦田和井田第二節(jié)階段和礦塊第三節(jié)盤區(qū)和采區(qū)第四節(jié)礦床的開采順序

第一節(jié)礦田和井田劃歸—個(gè)礦山企業(yè)開采的全部礦床或其一部分叫礦田，在一個(gè)礦山企業(yè)中劃歸一個(gè)礦井(坑口)開采的全部礦床或其一部分叫井田。礦田有時(shí)等于井田，有時(shí)包括數(shù)個(gè)井田（如圖）。第一節(jié)礦田和井田第一節(jié)礦田和井田當(dāng)?shù)V床范圍不大，礦體又比較集中時(shí)，為了生產(chǎn)管理方便，可以用一個(gè)井田開采。當(dāng)?shù)V體范圍很大，或礦體比較分散，如果仍然用一個(gè)井田開采全部礦床的話，則所開掘的巷道工程量大，生產(chǎn)地點(diǎn)過于分散，因而會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上的不合理，此時(shí)可劃分幾個(gè)井田開采。第一節(jié)礦田和井田當(dāng)開采—個(gè)很大的礦床時(shí)，確定合理的井田范圍，須考慮下列因素：一、國(guó)家對(duì)礦山基本建設(shè)時(shí)間和年產(chǎn)量的要求二、礦床的勘探程度三、礦床的埋藏特征四、礦區(qū)地表地形條件五、最好的經(jīng)濟(jì)效果第二節(jié)階段和礦塊一、階段和階段高度在開采緩傾斜，傾斜和急傾斜礦床時(shí)，在井田中每隔一定的垂直距離，掘進(jìn)與走向一致的主要運(yùn)輸巷道，將井田在垂直方向上劃分為礦段，把這個(gè)礦段叫做階段。階段高度：階段高度是指上、下兩個(gè)階段運(yùn)輸平巷之間的垂直距離。階段高度變化范圍：階段高度變化范圍很大，對(duì)于緩傾斜礦體，階段高度通常小于20～30米；急傾斜礦體，階段高度通常為50～60米，個(gè)別也有達(dá)到80～120米左右的。但是，對(duì)于不同的采礦方法，則所需求的階段高度是不同的。第二節(jié)階段和礦塊影響階段高度主要因素：礦體的賦存條件（傾角、厚度、走向長(zhǎng)度）；采用的開拓方法和采礦方法；只要條件許可，適當(dāng)?shù)脑黾与A段高度，可以減少階段數(shù)目，降低開拓、采準(zhǔn)工程量，減少礦石損失和貧化。近年來受鑿巖設(shè)備的進(jìn)步影響，階段高度有增加的趨勢(shì)。第二節(jié)階段和礦塊二、礦塊在階段中沿走向每隔一定距離，掘進(jìn)天井連通上、下兩個(gè)相鄰的階段運(yùn)輸平巷，將階段再劃分為獨(dú)立的回采單元，我們把這樣的回采單元叫做礦塊。礦床的賦存條件不同，則開采礦塊的方法也不同。第二節(jié)階段和礦塊第三節(jié)盤區(qū)和采區(qū)一、盤區(qū)當(dāng)開采水平和微傾斜礦床時(shí)，（即礦體傾角<5°的礦床）如果礦床的厚度不超過允許的階段高度，此時(shí)，在井田內(nèi)不再劃分為階段。為了工作上的方便，將井田用盤區(qū)運(yùn)輸巷道劃分為長(zhǎng)方形的礦段。我們把這礦段稱為盤區(qū)。（當(dāng)?shù)V體厚度很大時(shí)，仍然劃分為階段來開采，如梅山鐵礦）。第三節(jié)盤區(qū)和采區(qū)第三節(jié)盤區(qū)和采區(qū)二、采區(qū)1）在盤區(qū)中沿走向每隔一定距離，掘進(jìn)回采巷道連通相鄰兩個(gè)盤區(qū)運(yùn)輸巷道，將盤區(qū)再劃分為幾個(gè)獨(dú)立的回采單元，把這個(gè)獨(dú)立的回采單元稱為采區(qū)。2）采區(qū)范圍：上、下以階段平巷為界，其高度為階段高度，長(zhǎng)度以采區(qū)天井（或上山）為界。長(zhǎng)度根據(jù)采礦方法不同，可變化在10～40為至30～60米之間。第四節(jié)礦床的開采順序一、井田中階段的開采順序（1）下行式——即自上而下進(jìn)行開采。即先采上階段，而后開采下階段。也可以同時(shí)開采幾個(gè)階段。下行式開采的優(yōu)點(diǎn)是：可以節(jié)省初期投資，縮短基建時(shí)間；在逐步向下的開采過程中，能進(jìn)一步探清深部礦體，避免浪費(fèi)；生產(chǎn)安全條件好；適用的采礦方法范圍廣。在生產(chǎn)實(shí)際中，一般多采用下行式開采順序。第四節(jié)礦床的開采順序一、井田中階段的開采順序（2）上行式——與下行式相反。上行式開采順序，僅在開采緩傾斜礦床時(shí)的某些特殊情況下使用。例如地表無(wú)廢石場(chǎng)（存放廢石的場(chǎng)地），必須將上部的廢石充填于下部的采空區(qū)，或者以深部采空區(qū)做為蓄水池用等優(yōu)點(diǎn)：有利于廢石不出坑；減輕地表的沉降變形；第四節(jié)礦床的開采順序二、階段中礦塊的開采順序階段中礦塊的開采順序，按照回采工作對(duì)主要開拓巷道（主井、平硐及出礦巷道）的位置關(guān)系，可分為三種：（1）前進(jìn)式回采（2）后退式回采（3）混合式回采第四節(jié)礦床的開采順序（1）前進(jìn)式回采：當(dāng)階段運(yùn)輸平巷掘進(jìn)一定距離后，從靠近主要開拓巷道的礦塊開始回采，向井田邊界依次推進(jìn)。【優(yōu)點(diǎn)】礦井初期基建時(shí)間短，投產(chǎn)快。【缺點(diǎn)】增加了采準(zhǔn)巷道的維護(hù)費(fèi)用。（2）后退式回采——階段運(yùn)輸巷道掘進(jìn)到井田邊界后，從井田邊界的礦塊開始，向主要開拓巷道方向依次回采。這種開采順序也可分為三種：雙翼、單翼和側(cè)翼回采。【優(yōu)點(diǎn)】巷道維護(hù)費(fèi)用低。【缺點(diǎn)】礦井初期基建時(shí)間長(zhǎng)，投產(chǎn)慢。

第四節(jié)礦床的開采順序第四節(jié)礦床的開采順序（3）混合式回采——混合式回采是指初期采用前進(jìn)式開采，當(dāng)階段運(yùn)輸平巷掘進(jìn)完畢后，再改為后退式開采，或既前進(jìn)，又后退同時(shí)開采?！緝?yōu)點(diǎn)】兼顧了前兩種的優(yōu)點(diǎn)【缺點(diǎn)】生產(chǎn)管理比較復(fù)雜三、相鄰礦體的開采順序一個(gè)礦床如果有許多彼此相距很近的礦體，那么在開采其中一個(gè)礦體時(shí)，將會(huì)影響鄰近的礦體。在這種情況下，確定合理的開采順序，對(duì)于生產(chǎn)的安全和資源的回收都有很重要的意義。第四節(jié)礦床的開采順序第四節(jié)礦床的開采順序（1）當(dāng)?shù)V體傾角（α）小于或等于圍巖的崩落角（β）時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取從上盤向下盤推進(jìn)的開采順序。這樣的開采順序是：先采礦體Ⅱ，（后采礦體Ⅰ）使采空區(qū)的下盤圍巖不會(huì)移動(dòng)，固而不會(huì)影響下盤礦體Ⅰ的開采。若反之，就會(huì)影響礦脈Ⅱ的開采。（2）當(dāng)?shù)V體傾角大于圍巖崩落角，兩礦體又相距很近，此時(shí)無(wú)論先采那條礦脈，都會(huì)因采空區(qū)圍巖移動(dòng)而相互影響。在這種情況下，相鄰礦體的開采順序，應(yīng)當(dāng)根據(jù)礦體之間夾石層的厚度，礦石和圍巖的較固性，所選取的采礦方法和技術(shù)措施而定。一般是用先采上盤礦體，后采下盤礦體的開采順序。如果夾石層不大，采用充填結(jié)成鑿礦法時(shí)，也可以采用由下盤向上盤的開采順序。

在同一個(gè)井田的數(shù)個(gè)礦體，往往有貧富不均，厚深不均，大小不一及開采條件難易不同復(fù)雜條件。在這種條件下，應(yīng)遵循以下原則未開采，即：貧富兼采，深厚兼采，大小兼采，難易兼采。

否則，將會(huì)破壞合理的開采順序，將會(huì)造成嚴(yán)重的資源損失。第四節(jié)礦床的開采順序第一節(jié)礦床開采步驟金屬礦床地下開采的步驟可以分為：開拓、采準(zhǔn)、切割與回采四個(gè)步驟，這些步驟反映了不同的工作階段。（一）開拓工作（二）采準(zhǔn)工作（三）切割工作（四）回采工作一、礦床開拓從地面掘進(jìn)一系列巷道達(dá)到礦體，使礦體連通地面，形成人行、通風(fēng)、運(yùn)輸、排水、供電、供風(fēng)、供水等系統(tǒng)。第一節(jié)礦床開采步驟開拓的目的①把井下將要采出的礦石廢石運(yùn)到地表②把廢水和污濁的空氣排到地表③把人員、材料高級(jí)設(shè)備運(yùn)到井下進(jìn)行生產(chǎn)開拓巷道為了達(dá)到上述開拓目的而掘進(jìn)的巷道，稱為開拓巷道。例如井筒（豎井、斜井）、平硐、石門、井底車場(chǎng)、井下大的硐室、主要階段運(yùn)輸巷道、主溜礦井，充填井等，都屬于開拓巷道。第一節(jié)礦床開采步驟第一節(jié)礦床開采步驟二、采準(zhǔn)工作在已經(jīng)開拓完畢的礦床里，掘進(jìn)采準(zhǔn)巷道。將階段劃分成礦塊作為獨(dú)立的回采單元。并在礦塊內(nèi)創(chuàng)造人行、鑿巖、放礦、通風(fēng)等條件。①劃分礦塊——即將階段再劃分成礦塊，作業(yè)獨(dú)立的回采單元。②創(chuàng)造條件——它為下一步回采工作創(chuàng)造條件（行人、通風(fēng)、鑿巖、出礦等條件）。第一節(jié)礦床開采步驟采準(zhǔn)系數(shù)衡量采準(zhǔn)工作量的大小指標(biāo)。采準(zhǔn)系數(shù)（K1）：是指每一千噸礦塊采出礦石總量所需要掘進(jìn)的采準(zhǔn)巷道切割巷道的米數(shù)。即K1=（ΣL/T）×1000米/千噸式中：

ΣL指一個(gè)礦塊中采切巷道的決長(zhǎng)度(米）。

T指一個(gè)礦塊的采出礦石總量（即為T總出）（噸）第一節(jié)礦床開采步驟第一節(jié)礦床開采步驟三、切割工作指在已經(jīng)采準(zhǔn)完畢的礦塊里，為大規(guī)?；夭傻V石開辟自由面和自由空間的工作。如：拉底巷道、開辟拉底空間、開掘切割天井，形成切割立槽，在漏斗頸基礎(chǔ)上把漏斗辟開等第一節(jié)礦床開采步驟四、回采工作當(dāng)切割工作完成以后，就可以進(jìn)行大量的采礦叫回采工作。包括：落礦、運(yùn)搬和地壓管理三個(gè)主要工作。（1）落礦工作：以切割空間為爆破自由面，用鑿巖炸破的方法崩落礦石。落礦方式：一般是根據(jù)礦床的賦存條件，所采用的采礦方法及鑿巖設(shè)備，選用淺孔、中深孔、深孔及藥室等落礦方法。淺孔落礦：孔深不大于3～5米，孔徑30～46mm中深孔落：孔深在15米以下，孔徑50～70mm深孔落礦：孔深在15米以上，孔徑90～110mm

（2）礦石運(yùn)搬工作在礦塊內(nèi)，把爆破崩下來的礦石運(yùn)到運(yùn)輸巷道，并裝入礦車中的工作，運(yùn)搬工作僅僅限于礦塊內(nèi)（即采場(chǎng)內(nèi)，）采場(chǎng)之外的叫運(yùn)輸。礦石運(yùn)搬方式：1．重力運(yùn)搬：例如用普通漏斗放礦的淺孔鑿礦法就是重力運(yùn)搬。2．機(jī)械運(yùn)搬——如用電耙、裝運(yùn)機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)、汽車、皮帶動(dòng)輸機(jī)等設(shè)備運(yùn)搬礦石。3.爆力運(yùn)搬：利用爆破動(dòng)能，拋擲礦石到受礦巷道。礦體傾角在30~35o4.水力運(yùn)搬：薄和中厚傾斜礦體，處理底板殘留。在礦塊回采中，采用那一種運(yùn)搬方式比較合適，這主要取決于選用的采礦方法和礦床的賦存條件以及所選用的運(yùn)搬機(jī)械等。第一節(jié)礦床開采步驟第一節(jié)礦床開采步驟（3）地壓管理

礦石采出來以后，在地下形成采空區(qū)，經(jīng)過一段時(shí)間后，礦柱和上、下盤圍巖就發(fā)生變形、破壞、崩落等現(xiàn)象。我們把這種現(xiàn)象叫地壓。在回采過程中，必須要控制地壓和管理地壓，并且要清除地壓產(chǎn)生的不良影響，以保證生產(chǎn)的安全性，我們把這些工作算為地壓管理工作。地壓管理的方法①留礦柱支撐采空區(qū)；②用充填料充填采空區(qū)；③用崩落的圍巖來管理地壓；

第一節(jié)礦床開采步驟第二節(jié)礦床開采步驟間的關(guān)系礦床開采步驟間的關(guān)系彼此超前

開拓要超前于采準(zhǔn)采準(zhǔn)要超前于切割切割超前于回采

而究竟超前多少，這是由三級(jí)礦量來決定的，一般礦山遵循的三級(jí)礦量是“316”，即開拓三年，采切1年，待采礦量半年。①開拓礦量開拓礦量。在礦床中，已經(jīng)形成了主要井筒、中段運(yùn)輸巷道、通風(fēng)及排水等巷道，形成完整的開拓通風(fēng)排水系統(tǒng)所圈定的礦量叫做開拓礦量。②采準(zhǔn)礦量采準(zhǔn)礦量是開拓礦量的一部分。在開拓礦量的基礎(chǔ)上，全部完成了采礦方法所規(guī)定的礦房、礦壁和礦柱內(nèi)采準(zhǔn)巷道后所圈定的礦量叫采準(zhǔn)礦量。③備采礦量備采礦量是采準(zhǔn)礦量的一部分。在采準(zhǔn)礦量的基礎(chǔ)上，全部完成了采礦方法所規(guī)定的切割工程量，能立即回采的礦塊中的礦量，叫待采礦量。第三節(jié)三級(jí)儲(chǔ)量第四章礦石損失和貧化礦石損失：凡在開采過程中造成礦石在數(shù)量上的減少，叫做礦石損失。（1）開采過程中損失的工業(yè)儲(chǔ)量與工業(yè)儲(chǔ)量之比率叫損失率（2）采出的礦石量與工業(yè)儲(chǔ)量之比率，叫礦石回采率礦石貧化：凡在開采過程中造成礦石質(zhì)量的降低，叫做礦石貧化。（1）混入采出礦石中的廢石量與采出礦石量之比率，叫廢石混入率（2）因混入廢石量和在個(gè)別情況下高品位粉礦流失而造成礦石品位降低的百分率，叫礦石貧化率直接法間接法礦床開采強(qiáng)度:是指礦床開采的快慢程度。一、年下降深度h條件：礦體厚度5~15m，礦體傾角60o二、開采系數(shù)：用每1m2礦體的水平面積每年（或月）采掘頓數(shù)所表示的單位生產(chǎn)能力來評(píng)價(jià)礦床的開采強(qiáng)度，這個(gè)指標(biāo)叫做開采系數(shù)CkCk＝A/S礦井生產(chǎn)能力是在正常生產(chǎn)時(shí)期，單位時(shí)間內(nèi)采出的礦石量一、確定礦井生產(chǎn)能力的依據(jù)根據(jù)礦床地質(zhì)條件、資源條件、技術(shù)