1、采矿基本知识,采矿基本知识,采矿工程简介矿床开发过程采矿生产过程采矿场生产实例矿产的分类影响采矿方法选择的主要因素金属矿床的工业特征采矿发展趋势,岩体力学、工程力学、采矿学、矿井通风与安全、电工与电子技术、采矿机械、矿山企业管理与技术经济分析等。,采矿基本知识/采矿工程简介,主干课程,招收采矿工程专业的大学,就业方向工程技术人员：在煤矿、金属矿场、石油和天然气的开采、宝石的开采、矿务局、矿山管理处、特殊地下工程建设公司（隧道、蓄水坝等）、采矿设备配件供应公司、矿山测量工程所等作技术工作。公务员：在国土规划、环保和河道管理等与城市基础有关的政府机关工作。开设学院 一本院校：中国矿业大学、中国地质
2、大学、东北大学、重庆大学、中南大学、太原理工大学、武汉理工大学、西安建筑科技大学、湖南科技大学、武汉科技大学、新疆大学、贵州大学等。二本院校：山东科技大学、河北工程大学、广东工业大学、西安科技大学、江西理工大学、昆明理工大学、华北科技学院、黑龙江科技学院等。三本院校：山东科技大学泰山科技学院、河北理工大学轻工学院、西安科技大学高新学院等。,采矿基本知识/采矿工程简介,毕业生应获得以下几方面的知识和能力：1掌握采矿学科的基本理论和基本知识；2掌握矿区开发、矿井开采、巷道开拓的设计方法；3掌握矿山压力及岩体工程监测、矿井通风与空调、矿山安全以及矿井灾害预防等技术；4具有先进的生产组织和技术管理基本
3、能力以及新工艺、新技术研究和开发的初步能力；5熟悉国家有关采矿工业的基本方针、政策和法规；6.掌握文献检索、资料查询的基本方法，具有一定的科学研究和实际工作能力。,采矿基本知识/采矿工程简介,采矿基本知识/采矿工程简介,采矿工程（或采矿）是自地壳内或地表开采矿产资源的技术和科学，是从地壳中将矿产资源开采出来并运输到加工地点或使用地点的行为、过程或工作。一般指金属或非金属矿床的开采，广义的采矿还包括煤和石油的开采及选矿。其实质是一种物料的选择性采集和搬运过程。采矿工业是一种重要的原料采掘工业，如金属矿石是冶金工业的主要原料，非金属矿石是化工原料和建筑材料，煤和石油是重要的能源。多数矿石需经选矿富
4、集，方能作为工业原料。,特点采矿的生产环境和生产过程与其他工业相比较，具有以下特点：（1）采掘加工的主要原料是自然赋存的矿体。矿址不能自由选择，矿床的工业储量不能输入，也不能再生。矿山的生产能力、服务年限和经济效益密切相关。每个矿山都要经历建矿、投产、正常生产、减产和闭矿的历程。（2）采矿设备和人员经常随采矿进程和加工对象转移，没有固定的加工车间。被开采的矿体必须掘进一系列巷道，进行采矿准备工作（采准），才能开始回采。开拓、采准和回采工作互相协调，才能保证矿山正常生产。否则就会造成采剥失调或采掘失调，迫使矿山减产。（3）开采工作总的趋势是采掘条件愈来愈差，采出矿石的品位逐渐降低，随之成本可能增
5、高。由于岩石的混入会使矿石贫化，降低质量，还有部分矿石不能采出，而损失于地下。因此要不断改进采矿和选矿技术，开展综合利用，以降低成本。降低贫化率和损失率是采矿生产中重要的质量管理工作，具有很大的经济潜力。,采矿基本知识/采矿工程简介,西伯利亚最大钻石矿采矿场生产实例,（4）矿体赋存条件和形状复杂，品位分布不均。工业储量在开采过程中可能会有较大变化，使采矿设计难于标准化，加之建矿周期长，基建投资大，故投资风险性也大。（5）采矿工作在露天或地下采场。劳动量大，工作条件差，安全性差，不易实现综合机械化和自动化，故需特别重视改善劳动保护和环境条件。（6）一个矿山的经营效果，在很大程度上决定于所开采矿石
6、的市场供求和价值高低。因此对矿山管理水平的评价，不能像其他工业一样，单纯地以绝对经济效益为准。,采矿基本知识/采矿工程简介,采矿分为普通机械化开采和特殊采矿。机械化又分为普通机械化和综合机械化。普通机械化开采：绝大部分矿床用普通机械化方法开采。机械化开采又分为露天开采（包括矿石和砂矿）和地下开采两大类。露天开采方法：将矿体上覆的岩层剥离，然后自上而下顺次开采矿体。露天矿敞露地表，可以使用大型采矿机械，作业较安全，矿石损失少，贫化率低，生产能力大，采矿成本低，大型贫铁矿床和建筑材料矿床多用此法。地下开采方法：当矿体赋存深度大，矿体厚度小，剥离工作量很大，其经济效益低于地下开采或需要保护地表和景观
7、时，则用。地下采矿方法根据地压管理大致分为三类即：空场法、崩落法、充填法。其中三种大类中又可分为近三十多种采矿方法。例如常见的空场法有全面空场，阶段空场、分段空场、浅孔留矿法等方法。地下矿山应用尾砂胶结充填采矿法，可有效地保护地表和处理尾矿污染。在一些国家大量发展露天开采后，随着开采深度增大和环境保护要求提高，地下开采有增加的趋势。,采矿基本知识/采矿工程简介,特殊采矿法：包括地下物理化学采矿和海洋采矿和月球采矿。物理化学方法是浸取、溶解或熔融有用成分，将溶液或熔融体自地下举升至地面提取。这类方法投资省、见效快、工作条件好，只适用于铜、铀等某些金属矿物和盐、碱、自然硫等。滨海大陆架上和洋底蕴藏
8、着大量有用矿藏，但洋底的锰结核尚处于试采阶段。整个特殊采矿法开采的矿产所占比例极小。月球采矿是人们对太空资源开发的一种理想，还没有此类技术，仅限于交流。,采矿基本知识/采矿工程简介,开发和开采过程矿床开发步骤见图示。矿床开采包括基建开拓工程和生产采矿工程两大项。矿山地下开拓要掘进一系列巷道或沟道以通达矿体，建成完整的采矿生产系统，交付生产使用。采矿生产过程有两类：主要生产过程（采矿），辅助生产过程。,采矿基本知识/矿床开发过程,主要生产过程（采矿）采矿包括：采准、切割，为回采准备生产条件。回采，将矿石崩落破碎，装入运输容器。地下回采包括落矿、出矿作业（见地下采矿方法）；露天回采包括穿孔、爆破和
9、采装作业(见露天采矿方法)。运输，将装入运输容器的矿石运交选矿厂或矿仓（见矿井提升、矿井运输、露天矿运输）。管理巷道地压、立井地压、采场地压以及露天矿边坡。在矿石运输过程中，通过矿仓、堆栈，将矿石混匀，保证生产的矿石质量稳定。将巷道掘进和剥离产出的废石排弃至废石场。,采矿基本知识/采矿生产过程,辅助生产过程包括：人员、材料和设备运送；电和压气等动力供应；通风、防尘等劳动保护；排水、供水；设备维修安装；安全和环境保护；地质、测量以及仓库管理等其他辅助工作。,采矿基本知识/采矿生产过程,西伯利亚最大钻石矿采矿场生产实例,西伯利亚东部发现一处全球最大钻石矿米尔矿，这处矿藏估值约为130亿英镑（约11
10、11亿人民币），是目前最昂贵的钻石矿。当地管理部门要求直升机不得近距离飞过矿坑上空，以免被吸进矿洞内。,西伯利亚最大钻石矿采矿场生产实例,西伯利亚最大钻石矿采矿场生产实例,采矿场生产实例,马鞍山采矿场生产实例,采矿基本知识,采矿基本知识/矿产的分类,矿产的分类 矿产分为固体的、液体的和气体的三种。目前能为国民经济所利用的矿产已有165种以上。按工业利用的不同，可将矿产分为如下四类： 一 金属矿产 在工业上能从中提取金属元素或化合物的矿产，称为金属矿产。按金属特性和工业利用的不同，可分以下几类： 1 .有色金属矿产 包括铜、铅、锌、铝、镁、锡、铋、锑、汞等。其中铝、镁等又可称轻金属矿产。 2.
11、黑色金属或铁合金金属矿产 是钢铁的基本原料，包括铁、锰、铬、钛、钒、镍、钴、钨、钼等。 3贵金属矿产 金、银、铂及铂族金属。 4放射性金属矿产 铀、镭、钍等。 5稀有、稀土和分散金属矿产 除部分元素可形成独立矿物外，一般不成独立矿物。 （1）稀有金属矿产 钽、铌、铍、锂、锆、铯、铷、锶等；（2）稀有金属矿产 包括铈族元素（镧、铈、镨、钕、钜、钐、铕）及钇族元素（钇、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥）；（3）分散元素矿产 锗、镓、铟、铊、铪、铼、镉、钪、硒、碲等。按其所含金属矿物的性质、矿物组成及化学成分，可分为：自然金属矿，氧化矿，硫化矿及混合矿。,采矿基本知识/矿产的分类,二 非金属矿产 能从
12、中提取非金属、化合物、矿物及矿物集合体的矿产，称为非金属矿产。其中只有少部分用以提取非金属元素或化合物（如硫、磷、硼、砷等），大部分是利用非金属矿物或矿物集合体的某些物理性质、化学性质和工艺性质。例如，金刚石利用其高硬度、云母利用其绝缘性等。按工业利用的不同可把非金属矿产分为： 1矿物原料矿产 如金刚石、石墨、石棉、云母、刚玉、水晶、冰洲石、光学萤石等。 2冶金辅助原料矿产 包括熔剂（如石灰岩、萤石等）和耐火材料（耐火粘土、菱镁矿等）。 3化工与肥料原料矿产 如硫、磷、硼、砷、盐类（岩盐、钾盐）等。 4玻璃、陶瓷原料矿产 长石、石英、高岭土等。 5水泥和建筑材料矿产 包括水泥砖瓦原料（粘土、石
13、灰岩等）、铸石原料（玄武岩、辉绿岩等）以及各种天然建筑石材（如大理岩、花岗岩、砂、砾石等）。 6压电及光学结晶原料 压电石英、光学石英、冰洲石等。 7宝石及工艺美术原料矿产 如金刚石、硬玉、软玉、翡翠、玛瑙、绿松石、绿柱石、叶腊石、蛇纹石、孔雀石、电气石、大理岩等。,采矿基本知识/矿产的分类,三 水资源矿产 地下水和地下热水、矿泉及矿泉医疗水等。 四 . 燃料矿产（可燃性有机岩） 能用作工农业和民用燃料的矿产。是重要、最普遍的能源。依其存在的状态，分为以下三类： 1固体燃料矿产 煤、油页岩、地腊及地沥青等。 2气体燃料矿产 天然气。 3液体燃料矿产 石油。,采矿基本知识/影响采矿方法选择的主要
14、因素,影响采矿方法选择的主要因素影响采矿方法选择的主要因素有两个方面，即矿床地质条件和开采技术经济条件。(一)矿床地质条件(1)矿石和围岩的物理力学性质。其中矿石和围岩的稳固性对选择采矿方法有非常重要的影响。它决定着采场地压的管理方法和采场结构参数。例如，矿石和围岩都稳固时，可以采用采场地压管理简单的空场采矿法，并可以选用较大的矿房尺寸与较小的矿柱尺寸；如果矿石稳固、围岩不稳固，用空场法围岩易产生冒落，这时用崩落法、充填法较为有利；相反，如果矿石稳固性较差而围岩稳固，并且其他条件如厚度与倾角又合适时，则采用阶段矿房法较为有效，因为这种方法可以避免直接在较大的暴露面下工作；如果矿石和围岩都不稳固
15、，可考虑采用崩落法或下向分层充填法。,(2)矿体产状。矿体产状主要指倾角、厚度和形状等。矿体的倾角主要影响矿石在采场内的运搬方法，而且倾角对运搬的影响还与厚度有关。只有当矿体倾角大于50。55。时，才有可能利用矿石自重运搬；而采用留矿法时， 倾角则应大于60。，但厚度较大的矿体则不受这些限制。通过开掘下盘漏斗， 矿石仍可靠自重运搬。当矿体倾角不够大，如30。50。左右，在其他条件允许时，可以考虑爆力运搬或借助溜槽进行自重运搬。而30。以下的矿体，用 电耙运搬往往较为有效。当采用崩落法但矿体倾角小于65。时，则应考虑开凿下盘漏斗或矿块底部开掘部分下盘岩石，以减少矿石损失。,采矿基本知识/影响采矿
16、方法选择的主要因素,(3)矿石品位及价值。开采品位较高的富矿、价值较高的贵金属和稀缺金属(如镍、铬等)矿石，则应采用回采率较高的采矿方法，例如充填法；反之，宜采用成本低、效率高的采矿方法，例如分段或阶段崩落采矿法。(4)矿体内有用成分的分布及围岩矿物成分。矿体内有用成分分布不均匀而又差别很大时，应考虑使用分采的采矿方法，同时还可以将品位低的矿石或岩石留下作为矿柱。如果围岩有矿化现象，则回采过程中围岩混入的限制可以适当放宽，这时就可以采用深孔落矿的崩落采矿法。当围岩的矿物成分对选矿和冶炼不利 时，应选用废石混入率小的采矿方法。,采矿基本知识/影响采矿方法选择的主要因素,巨大的“人造天坑”-金堆城
17、露天钼矿,巨大的“人造天坑”-金堆城露天钼矿,(5)矿体赋存深度。当矿体埋藏深度很深(500600m以上)时，地压增大，会产生冲击地压，这时不宜采用空场法，以采用崩落法或充填法较为适宜。(6)矿石与围岩的自燃性与结块性。开采硫化矿石时，须考虑有无自燃危险的问题。高硫(含硫超过30%40%)矿石发生火灾的可能性很大(含硫量在20%左右的硫化矿，也有发生自燃的)，此时不宜采用积压矿石量大和积压时间长的采矿法，如留矿法和阶段崩落法等。,采矿基本知识/影响采矿方法选择的主要因素,(二)开采技术经济条件(1)地表是否允许陷落。在地表移动带范围内，如果有河流、铁路和重要建筑物，或者由于保护环境的要求等，地
18、表不允许陷落，此时不能选用崩落法和采后崩落采空区的空场法；必须采用维护采空区不会引起地表岩层大规模移动的采矿方法，如胶结充填法，或当矿体不厚时用水砂充填法，或在 厚矿体中留有一定数量的矿柱和同时充填采空区的方法。(2)加工部门对矿石质量的技术要求。如加工部门规定了最低出矿品位， 从而限制了采矿方法的最大贫化率；又如粉矿允许含量(富铁矿)、按矿石品级分采等要求，都影响到采矿方法的选择。,采矿基本知识/影响采矿方法选择的主要因素,(3)技术装备与材料供应。选择某些需要大量特殊材料(如水泥、木材) 的采矿方法时，需事先了解这些材料的供应情况。应尽量选择不用或少用木 材的采矿方法。如果选择胶结充填采矿
19、法，应考虑水泥和充填料的来源。采矿方法的工艺和结构参数等与采矿设备有密切关系。在选择采矿方法 时，必须考虑设备供应情况。如选用铲运机出矿和深孔落矿的采矿方法时， 需事先了解有关的设备、备品备件的供应情况及设备的性能。,采矿基本知识/影响采矿方法选择的主要因素,(4)采矿方法所需要的技术管理水平。选择的采矿方法应力求技术简单， 易于掌握，管理方便。这对中小型矿山、地方矿山特别重要。当选用一些技术复杂、矿山人员不熟悉的采矿方法时，应积极组织采矿方法试验。例如，壁式崩落法要经常放顶，较难掌握；空场法中，留矿法比分段凿岩阶段矿房法容易掌握。在这两种方法都可用的情况下，如果系小型矿山，技术力量薄 弱时，
20、采用留矿法可能会收到较好的效果。上述影响采矿方法选择的因素，在不同的条件下所起的作用也不同，必 须针对具体情况作具体分析，全面、综合地考虑各种因素，选出最优的采矿 方法。,采矿基本知识/影响采矿方法选择的主要因素,金属矿床的工业特征1 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，
21、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）。 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。 非工业矿床与上述情况反之，叫非工业矿床。,采矿基本知识/金属矿床的工业特征,采矿基本知识/金属矿床的工业特征,（5）围岩-矿体周围的岩石叫围岩。上盘围岩-指矿体上部围岩。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-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
22、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。,2 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）。A 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
23、铜矿（MOS2）、闪锌矿（ZnS）等（4）混合矿石-是前三种的混合物。,采矿基本知识/金属矿床的工业特征,B 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（6）非金属矿石如建筑石材、石膏、滑石等。,采矿基本知识/金属矿床的工业特征,3 采矿技术指标A、矿石品位的几种概念（1）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，
24、常用百分数（%）表示。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g/t表示。这是因为这些贵重金属在矿石中含量很少。,采矿基本知识/金属矿床的工业特征,（2）边界品位边界品位：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。是可采矿石有用成分含量的最低界线是矿体边界上矿石质量的最低品位 是划分矿石和废石、圈定矿体边界的标准是矿与非矿的界线 边界品位工业品位品级：考虑矿产中有益和有害元素的含量或有用矿物的物理性质。,采矿基本知识/金属矿床的
25、工业特征,（3）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】 边界品位和最低工业品位也是相对概念，是可以变化的。矿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。,采矿基本知识/金属矿床的工业特征,春季的永铜采矿场,露天采场,春季的永铜采矿场生产实例,B 开采工艺有较大影响的矿岩物理力学
26、性质：容重、块度、碎胀性、含水性、结块性、稳固性以及强度、坚固性等。容重:一般岩石的容重约在2.33.0 tM3之间 黑色金属矿石中金属含量较高，可达3.5t/m3 块度:一般矿石的合格块度在200250mm之间 随着机械化水平的提高，合格块度有增大趋势 结块性:给放矿、装矿和运矿（运输、搬运）等带来困难含水性：巷道支护、采矿、放矿、运输、提升有较大影响。碎胀性：给爆破补偿空间带来影响。一般坚硬矿岩的碎胀 系数为1.21.5。,采矿基本知识/矿床,C 生产能力概念与计算(1）矿井生产能力与服务年限矿井生产能力 正常生产时期，单位时间内（年或月）矿井采出的矿石量。一般按年产矿石量计算，即矿井设计
27、的年产量。矿井实际产量可以低于或高于矿井生产能力。矿井生产初期和末期实际产量小于矿井生产能力矿井生产正常期矿井实际产量可能大于矿井生产能力,采矿基本知识/金属矿床的工业特征,矿井生产能力，是矿床开采的主要技术经济指标之一，它决定矿井基建工程量主要生产设备的类型技术构筑物的规模和类型辅助车间和选冶车间的规模、职工人数等，从而影响基本建设投资和投资效果、企业的产品成本和生产经营效果。露天矿生产能力，用矿石生产能力（即每年采出的矿石量）和矿岩生产能力（即每年采剥总量）两种指标来表示。矿岩生产能力是露天矿生产能力的重要指标。,采矿基本知识/金属矿床的工业特征,确定矿井生产能力的基本条件矿床地质条件 工
28、业储量的大小 技术经济因素 市场需求量,采矿基本知识/金属矿床的工业特征,矿井服务年限矿井服务年限和矿井生产能力应相适应，它们之间保持一个技术、经济上都比较合理的关系。矿山生产能力大，服务年限长实际服务年限计算服务年限考虑露天矿正常服务年限的基本原则是：露天矿的合理服务年限应与其主要设备的磨损时间相适应。,采矿基本知识/金属矿床的工业特征,(2）计算（均为生产能力和服务年限的关系）a 地下开采 煤矿 金属矿和非金属矿 式中：A矿井生产能力，Mt/a； ZK矿床可采储量，Mt； T矿井服务年限，a； K储量备用系数，一般取1.4； Q矿床工业储量，Mt； Hk矿石总回采率，%； y废石总混入率，
29、%。,采矿基本知识/金属矿床的工业特征,b 露天开采 AkP（1）/T 式中：Ak矿石生产能力，t/a； P露天矿境界内矿石的工业储量，t； 矿石回收率，%； 矿石混入率，%； T露天矿正常服务年限，a。,采矿基本知识/金属矿床的工业特征,(3）井型分类（大、中、小）,煤矿井型：大型120万t/a， 30万t/a中型6m。,采矿基本知识/金属矿床的工业特征,不同矿产矿体厚度的分类标准不同。,C 按矿体倾角分类 （与矿石运搬方式有关）矿体倾角是指矿体中心面与水平面的夹角。常指平均倾角。1）水平矿体矿体倾角小于5（包括微倾斜矿体）。可使用有轨或无轨运搬设备直接进入采坊运搬矿石。,采矿基本知识/金属矿床的工业特征,2）缓倾斜矿体矿体倾角在530之间。可采用人力或电力，运输机等机械设备运搬矿石。3）倾斜矿体矿体倾角在3055之间。可借助于溜槽，溜板或外力抛掷等方法，进行自重运搬矿石。4）急倾斜矿体矿体倾角应大于55。可利用矿石自重的重力运搬方法。【注】以上分类方法是相对的，随着其他无轨机械设备的发展，分类界线将会变化。,
