采矿工培训教案一

一、矿山地质基础1.1 概述1.1.1 矿山地质的概念矿山地质是指矿床经过勘探以后，在矿山基建和矿山生产过程中，为保证矿山基建与生产工作的顺利进行，而对矿床所进行的一系列地质工作的总称。按其性质和任务的不同分为：基建地质、生产地质、闭坑地质和矿区勘察（深部、边部及外围）四部分。1.1.2 矿山地质的任务矿山地质的任务是进行矿床的开发勘探和研究工作，提高储量级别，扩大矿山资源远景，延长矿山服务年限，监督矿产资源的合理开发利用。1.1.3 矿山地质在矿山生产中的地位与作用1.2 地质作用所有引起矿物、岩石、矿床的产生和破坏，从而使地壳面貌发生变化的自然作用，统称地质作用。按自然力的来源分为;内力地质作用；外力地质作用。1.2.1 内力地质作用由地球转动能、重力能和放射性元素蜕变的热能产生的动力所引起的地质作用，主要是在地壳中和地幔中进行的，故叫内力地质作用。状态趋势：使地面产生起伏不平，形成山岳、盆地。表现方式：地壳运动、岩浆运动、变质作用、地震。形成产物：侵入岩、喷出岩、变质岩。1.2.2 外力地质作用由地球范围以外的能源（太阳辐射热、地球及月球引力、地球重力等）所引起的地质作用。状态趋势：削高补低，使地面趋于平坦。表现方式：风化、剥蚀、搬运、沉积、成岩。形成产物：沉积岩、外生矿床。1.2.3 内外力地质作用的相互关系1.2.3.1 地壳上升与剥蚀作用。1.2.3.2 地壳下降与沉积作用。1.2.3.3 地壳物质组成的相互转化。1.3 地质构造地质构造是指岩层、岩体和矿体存在的空间形式、状态及相互关系，是地壳运动所造成的岩石或矿体发生了倾斜、弯曲和断裂等现象。基本形式：褶皱（背斜、向斜）和断裂（节理、断层）。研究目的：为矿山开采中的开拓设计、采矿方法选择、采场合理布置及解决水文地质、工程地质问题提供依据。1.3.1 岩层产状（如图 1-1）岩层产状三要素：走向、倾向、倾角。 47水 平 线 走 向倾 斜 线 倾 向倾 角图 1-1.3.2 褶皱构造褶皱构造是层状岩石经过变形后，形成弯弯曲曲的形状，但岩层的连续完整性基本没有遭到破坏的地质构造。褶皱是一系列皱曲组成的，皱曲是褶皱岩层的一个弯曲，是褶皱构造的基本单位。1.3.2.1 皱曲的几何要素（如图 2）1.3.2.2 皱曲的基本形态（如图 1-2）背 斜 向 斜背 斜 向 斜BACFED皱 曲 要 素 与 形 态 -翼F核 AB轴 面轴 线枢 纽弧 尖 节 理图 1-21.3.2.2 皱曲的类型根据皱曲产状，分四种：直立、倾斜、倒转、平卧。（图形以教科书做演示讲解）1.3.3 断裂结构断裂结构是指岩石受力后发生变形并达到一定程度，产生各种大小不一的断裂面，使岩石的连续完整性遭到破坏产生的构造。断裂结构包括节理和断层两种。1.3.31 节理（如图 1-2）节理是岩石发生断裂时，沿断裂面两侧的岩块没有显著位移的断裂构造，有时也称裂隙。按成因分三类：原生节理、风化节理、构造节理。构造节理按力学成因分为张节理和剪节理。1.3.32 断层（如图 1-3）AD、 BC断 层 线图 1-3正 断 层 逆 断 层平 移 断 层 旋 转 断 层下 盘 上 盘断 层 面 、 位 移断层是指岩层的连续性受到破坏，并发生了明显相对位移的断裂构造。1、断层要素：断层面、断层线、断盘、位移。2、断层类型：按两盘岩块相对位移的方向分四种；正断层、逆断层、平移断层、旋转断层。1.3.4 地质构造与成矿关系即影响成矿的地质条件，又决定矿产资源的分布规律。1.3.5 地质构造对矿山开采的影响1.3.51 褶皱构造与矿山采掘工作的关系1.3.52 节理（裂隙）与矿山采掘工作的关系1.3.53 断层与矿山采掘工作的关系二、地下采矿概述2.1 矿床基本特征2.1.1 基本概念矿石；矿体；矿床；围岩；上、下盘围岩；顶板；底板；夹石；废石；品位；工业品位；边界品位。2.1.2 矿石种类按存在形态分：固相、气相、液相。按属性分：金属矿石、废金属矿石。金属矿石按所含矿物性质、组成及化学成分分：自然金属矿石、氧化矿石、硫化矿石、混合矿石。盐类矿床按化学组成分：氯化物盐类矿物、硫酸盐类矿物、碳酸盐类矿物、硝酸盐类矿物、硼酸盐类矿物。按有用成分多少分：富矿、中矿、贫矿。按有用成分价值分：高价矿、中价矿、低价矿。2.1.3 矿岩力学性质矿岩物理力学特性：硬度、坚固性、稳固性、结块性、氧化性、自燃性、含水性、膨胀性。2.1.31 硬度：抵抗工具侵入的性能。2.1.32 坚固性：矿岩抵抗外力的性能。岩石坚固性大小用坚固性系数 f 表示。2.1.33 稳固性：矿岩采掘空间允许暴露面积的大小和允许暴露时间长短的性能。按稳固程度分五种：极不稳固、不稳固、中等稳固、稳固、极稳固。2.1.34 结块性：矿石从原矿体中分离、解体、破碎后，在遇水或受压后重新结成整体的性能。2.1.35 氧化性、自燃性：硫化矿石在水和空气作用下变为氧化矿石的性能叫氧化性。有些硫化矿石在与空气接触发生氧化并产生热量，当其热量不能向周围介质散发时，局部热量就不断聚集，温度升高到着火点时，会引起矿石自然，叫氧化性。2.1.36 含水性：矿石吸收和保持水分的性能。2.1.37 碎胀性：矿石从原矿体上被崩落破碎后，因碎块之间有间隙，体积比原岩体积增大的性能。坚硬岩石碎胀系数为 1.21.6，一般为 1.5。2.1.4 矿床赋存要素2.1.4.1 走向及走向长度：矿体层面与水平面交线方向。2.1.4.2 矿体埋深及延深（图 2-1）2.1.4.2 矿床形状：1、按矿体形状分类：A、层状矿体：大多是沉积和沉积变质矿床（赤铁、硫铁、锰、磷、石膏） 。B、脉状矿床：大多是在热液和汽化状态下矿物质充填在岩体的裂隙中而形成的矿体（有色、稀有金属） 。C、块状矿床：主要是热液充填，接触交代，分离和汽化作用形成的（铜、铅、锌、大型铁矿和硫铁矿） 。D、其它：网状矿床、透镜状矿床、巢状矿床。2、按矿体倾角分类：矿体中心面与水平面夹角叫倾角。（1） 、水平和微倾斜矿体；倾角 0 5。（2） 、缓倾斜矿体；倾角 5 30。（3） 、倾斜矿体；倾角 30 55。（4） 、急倾斜矿体；倾角 55。3、按矿体厚度（图 2-1）分类：（1） 、极薄矿体；矿体厚度 40m。45水 平 线 倾 角图 2-1HhH延 伸 深 度h埋 藏 深 度矿 体 3ba矿 体 上 盘矿 体 下 盘a垂 直 厚 度水 平 厚 度2.1.5 矿床工业特性2.1.5.1 矿床赋存条件不确定2.1.5.2 品位变化大2.1.5.3 地质构造复杂2.1.5.4 矿床和围岩坚固2.1.5.5 矿岩含水2.2 矿床开采基本知识2.2.1 开采单元的划分2.2.1.1 矿区的划分（图 2-2）图 2-矿 区 、 矿 田 、 井 田夹 皮 沟 黄 金 矿 业 公 司北 沟 矿 二 道 沟 矿矿 区矿 山矿 田井 田 本 区 矿 八 家 子 矿二道沟坑 庙岭坑 立山矿坑 下戏台坑 东山青坑 洪沟坑北沟矿 八家子矿阶 段盘 区 中 段 中 段 中 段 中 段公司、矿区-矿山、矿田- 坑口、井田-中段、阶段井田的划分应考虑矿床地质条件及矿井的规模和经济效益。2.2.1.2 矿段的划分矿段的划分应将其沿倾斜方向，按一定高度，再划分成若干个条带来开采，这个条带称为阶段，也叫中段。阶段范围：沿倾斜以上下两个相邻阶段的阶段运输平巷为界，沿走向则以井田边界为界。阶段高度：上下两个相邻阶段运输平巷底板之间的距离，对于缓倾斜矿体也已相邻阶段运输平巷底板之间的斜长来表示，称阶段斜长。阶段高一般为 3050 米。阶段沿走向很长，根据采矿方法的要求，将矿体沿走向每隔一定距离划分成一个块段，称为矿块。2.2.1.3 分区的划分：开采近水平矿体采用盘区开拓。在矿体倾斜方向的中部，沿走向方向开掘一条主运巷， ；如主运巷采用中央并列式通风，还应平行开掘一条主要回风平巷，并与主井、风井相通。两条平巷将矿体划分为上山、下山两部分。在分别将上山、下山两部分矿体沿走向每 200400m 划分成一个盘区，盘区边界是井田的上下边界和主要运输平巷（主要回风平巷） 。盘区沿走向很长时，要将盘区沿倾斜方向划分成若干个条带，称为采区。2.2.2 金属矿地下开采的顺序2.2.2.1 矿田内井田的开采顺序应遵循先近后远、先浅后深、先易后难、先富后贫、综合治理的原则。2.2.2.2 井田内阶段的开采顺序阶段的开采顺序通常采用下行式，即由上向下、由浅部向深部依次开采的顺序，这样可减少初期的开拓工程量和初期投资，缩短基建时间。特殊情况采用上行式。一个矿井中，同时回采的阶段数最好 12 个，最多不超过 34 个。2.2.2.3 阶段中矿块间的开采顺序前进式、后退式、混合式三种。1、 前进式：从主井（主平硐）附近的矿块开始，向井田边界方向的矿块依次回采的开采顺序。2、 后退式：从井田边界的矿块开始，向主井（主平硐）方向依次开采的顺序。3、 混合式：井田走向较长，初期急于投产，先采用前进式开采，待阶段运输平巷开掘到井田边界后改用后退式开采，或者两种方式同时进行。2.2.2.4 相邻矿体间的开采顺序（图 2-3）急倾斜矿体开采后，上下盘围岩都可能发生垮落和移动，其移动界限以移动角来表示，即上盘移动角 和下盘移动角 ，当矿体倾角 小于或等于下盘岩石移动角 时，下盘岩层就不移动。这种岩层移动对地表影响应从矿体最深部算起，而对相邻矿脉间开采的影响，则局限于一个阶段高度。 崩 落 角 =60移 动 角 5移 动 角 65崩 落 角 70移 动 带 L崩 落 带表 土 层 塌 落 后 表 土 层 表 土 层表 土 移 动 角 5塌 落 线 崩 落 角 =60移 动 角 5矿 体 倾 角 40移 动 带 L崩 落 带表 土 层 塌 落 后 表 土 层 表 土 层塌 落 线 移 动 角 50崩 落 角 6上 盘沿 走 向 崩 落 角 =80沿 走 向 移 动 角 75 沿 走 向 移 动 角 75沿 走 向 崩 落 角 80移 动 带 L崩 落 带表 土 层 塌 落 后 表 土 层 表 土 层塌 落 线上盘750“表 土 移 动 角 5 表 土 移 动 角 65表 土 移 动 角 5表 土 移 动 角 5 表 土 移 动 角 崩落带及移动带界线 图 2-3根据岩层移动规律，在开采近距离矿脉群时，当矿体倾角 小于或等于下盘岩石移动角 时，采用先采上盘矿脉，后采下盘矿脉的下行开采顺序，对下盘矿脉开采不会造成影响。若采用先采下盘矿脉，后采上盘矿脉的上行开采顺序，就会对上盘矿脉的开采造成影响和破坏。当矿体倾角 大于下盘岩石移动角 时，或矿脉层间距较小的情况下，无论先采上盘矿脉还是先采下盘矿脉都会影响另一层矿脉的开采。如两条矿脉同时合采，则采取先采下盘矿脉后采上盘矿脉，即下盘矿脉采高超前上盘矿脉采高 2-3 层的方法。2.2.3 金属矿地下开采的步骤按照开拓、采准、切割、回采的步骤进行。1、 开拓、采准、切割、回采的概念。2、 三级矿量：开拓矿量、采准矿量、回采矿量的概念及保有年限。2.3 矿石损失与贫化2.3.1 矿石损失与损失率矿石损失是指在开采生产过程中，由于地质条件复杂、采矿方法不当或放矿、运输问题造成工业矿石未被全部采下或采下矿石丢失的现象。分为开采损失和非开采损失。设计采区的工业矿量 Q 与开采后所得到的净矿石量Q之差叫矿石的损失或损失量。损失量与工业矿量的百分比叫损失率，用 q 表示。q = （Q - Q） Q 100%开采后所得到的矿石量 Q与矿石工业矿量 Q 的百分比叫回收率，用 表示。= Q Q 100%2.3.2 矿石贫化与贫化率矿石贫化是指在开采生产过程中，由于地质条件和采矿技术等方面的原因，使采下的矿石中混入废石，或部分有用组分溶解和散失而引起工业矿石品位降低的现象。采下矿石的品位降低数与原矿体平均品位之百分比叫矿石贫化率。它表示矿石贫化的程度，有实际贫化率和视在贫化率之分。实际贫化率也叫废石混入率，是指混采下来的废石量 R 与采下的矿石量 Q（包括混入的废石）的百分比，用 表示。= R Q 100%视在贫化率是指采下后的矿石品位降低的百分数。 用 表示。= （a - a） a 100%a 原生工业矿石品位；a采下后矿石的品位。凡可直接进入采场进行管理工作的矿山采用实际贫化率，难以进入采场进行工作的采用视在贫化率。2.3.3 降低采矿贫化与损失的措施在采矿过程中，为实现最好经济效益，必须采取措施降低采矿贫化与损失。三、地下矿床开拓地下矿床开拓的概念及方法：开拓方法分两大类单一开拓法和联合开拓法。凡在一个开拓系统中只有使用一种主要开拓井巷的开拓方法叫单一开拓法。在一个开拓系统中，同时采用两种或多种主要开拓井巷的开拓方法称为联合开拓法。3.1.1 竖井开拓法（早期庙岭矿）主要开拓巷道的开拓方法叫竖井开拓法。当矿体倾角大于 45或小于 15且埋藏较深时，采用竖井开拓。根据竖井与矿体位置的不同有下盘竖井、上盘竖井、侧翼竖井和穿过矿体的竖井四种。提升容器是罐笼或箕斗或二者混合。3.1.11 下盘竖井开拓法3.1.11 上盘竖井开拓法3.1.11 侧翼竖井开拓法3.1.11 穿过矿体竖井开拓法3.1.2 斜井开拓法用斜井作为主要开拓巷道的开拓方法叫斜井开拓法。主要适用于倾角大于 1545的矿体，埋藏深度不大，表土不厚的中小型矿山。提升容器为胶带运输机、串车、箕斗、台车。根据斜井与矿体的相对位置，分为下盘斜井、脉内斜井、侧翼斜井三种。3.1.21 脉内斜井开拓法3.1.22 下盘斜井开拓法3.1.33 侧翼斜井开拓法3.1.3 平峒开拓法（四道岔一坑、四道岔二坑）以平峒为主要开拓巷道的开拓方法叫平峒开拓法。平峒开拓法只能开拓地表侵蚀基准面以上的矿体。3.1.31 穿脉平峒开拓法3.1.32 沿脉平峒开拓法3.1.4 斜坡道开拓法斜坡道是一种无轨设备的倾斜巷道，用斜坡道为主要开拓巷道的开拓方法叫斜坡道开拓法。斜坡道一般宽 48m，高 35m，坡度 10%15%。3.1.5 联合开拓法联合开拓法根据井筒类型的不同分为：平峒与盲井（盲竖井、盲斜井）联合开拓、竖井与盲井（盲竖井、盲斜井）联合开拓、斜井与盲井（盲竖井、盲斜井）联合开拓、斜坡道联合开拓。3.1.51 平峒与盲井（盲竖井、盲斜井）联合开拓法。矿体部分赋存在地平面以上，矿部分赋存在地平面以下，或全部赋存在地平面以下，因受地表地形限制，故采用地平面以上矿体用平硐开拓，平峒以下矿体用盲竖井或斜井开拓。 （北沟、三道、二道、八家子）3.1.52 竖井与盲井（盲竖井、盲斜井）联合开拓法。矿体埋藏深度较大，或井田深部发现矿体，矿体深部倾角改变，或石门长度大大增加，或者现有井筒在深部开拓对提升能力不能满足要求时，采用这种方法。 （如庙岭矿、立山矿）3.1.53 斜井与盲井（盲竖井、盲斜井）联合开拓法。原因同竖井与盲井（盲竖井、盲斜井）联合开拓方法相同。3.1.54 斜坡道联合开拓法。以斜坡道作为主井或副井与其它开拓巷道或斜坡道联合开拓。3.2 主要开拓巷道3.2.1 各种主要开拓巷道的特点3.2.1.1 平峒与井筒的比较3.2.1.2 竖井与斜井的比较3.2.1.1 斜坡道与井筒的比较3.2.2 主要开拓巷道类型选择1、地形条件2、矿井规模及开采深度3、矿体倾角4、围岩物理力学性质3.2 辅助开拓工程辅助开拓工程主要是提供矿井的通风、上下人员、设备和材料、提升矿石。包括副井(平硐)、通风井、溜井、充填井、石门、井底车场、井下硐室等。3.3.1 副井硐指副井与副平峒，作用是辅助主井硐完成一定量的提升任务，并作为矿井的通风和安全通道。用罐笼作提升井时，一般不开副井。3.3.2 风井硐风井硐是指通风井与通风平峒，每个矿井必须有入风井和回风井。副井及罐笼提升的主井均可作入风井，也可作回风井。箕斗井不得作为入风井，但可作为回风井。按进风井和出风井的关系，风井布置有中央并列式、中央对角式、侧翼对角式三种。现我公司各矿整体采用中央对角式，局部盲井地段因只有北沿（或南沿）为侧翼对角式。3.3.3 阶段运输巷道按运输方式的不同分为一般运输水平和主要运输水平。采用分散运输，即从每个阶段内采场放出的矿石直接经运输平巷运往井底车场，有独立运输功能的属一般运输水平。主要运输水平是指上部个阶段的矿石通过其他运输方式（如溜井）集中运往此运输水平，而后运往井底车场。3.3.3.1 单一沿脉布置分为脉内布置和脉外布置。按线路布置形式分为单轨会让式和双轨渡线式。优点：能起探矿作用、装矿方便，并能顺利采出矿石，减少掘进费用。多用于薄和中厚矿体。3.3.3.2 下盘双巷加联络道布置分为下盘环形式和折返式优点：行车巷道平直，方向随矿体走向而变化有利于行车、装车和探矿。多用于中厚和厚矿体。3.3.3.3 沿脉平巷加穿脉（环形）布置优点：阶段运输能力大，穿脉装车安全、方便、可靠还可起探矿作用。缺点是掘进工程量大。多用于厚矿体。3.3.3.4 上下盘沿脉巷道加穿脉布置优点：生产能力可以很大，穿脉装车生产安全方便，也可起探矿作用。缺点是掘进工程量很大。适用于规模大的厚和极厚矿体。3.3.3.5 平底装车布置可采用高效率的装车设备。3.3.4 溜井溜井是指利用自重从上往下溜放矿石的巷道。3.3.4.1 溜井的结构形式按其开掘的倾角、溜放阶段的数目以及溜放过程中能否控制等不同，有多种形式。3.3.4.2 溜井与阶段水平的接口溜井根据与上下阶段水平的接口分：上口、中口、下口。 ，下口专供装矿，中口通过斜溜道供中间阶段卸矿。1、溜井的上口结构溜井与它所服务的上部阶段水平的连接口叫溜井上口。上口为卸矿石的卸矿口有喇叭形与直筒形两种。喇叭口倾斜坡度 5055，卸矿口格筛坡度 1520格筛两侧留出 0.6m 的工作平台。2、溜井的中口结构多阶段溜井与所服务的中间阶段水平的连接口叫溜井中口。中口的卸矿室与溜井间为斜溜道，长度由溜井与卸矿峒室应保持 4-8m 岩柱来决定，倾角 45-55。2、溜井的下口结构溜井下部与装矿峒室或箕斗装载相连接处的出口结构称为溜口。溜口按形状分筒形溜口和楔形溜口，按数目分单溜口和双溜口。溜口下安有闸门，闸门结构有木板和金属闸门、扇形闸门、指状闸门和链状闸门。3.3.4.3 溜井的检查巷道溜井的检查巷道布置在储矿段的变坡处、溜井断面变化处以及溜井容易发生赌塞的地方，用于观察溜井的储矿状况和处理溜井堵塞。3.3.5 井底车场井底车场是井下生产水平连接井筒与运输大巷间的一组近似水平的开拓巷道，它担负井下矿石、废石、设备、材料及人员的转运任务，是井下运输的枢纽。3.3.5.1 竖井井底车场按矿车运行系统分为尽头式、折返式和环形式。1、尽头式井底车场：用于罐笼提升。其特点是井筒单侧进、出车，空、重车的储车线和调车场均在井筒一侧，从罐笼拉出空车后，再推进重车。车场能力小，适用于小型矿井。 （北沟矿）2、折返式车场：特点是井筒或卸车设备两侧均铺设铁路，一侧进重车，另一侧出空车。优点：提高了井底车场的生产能力，车在直线段运行，安全性高、速度快。3、环形式车场: 特点是与折返式相同，矿车首位方向不变（如八家子矿、三道岔矿） 。3.3.5.2 斜井井底车场斜井井井底车场有折返式和环形式两种。环形式用于箕斗和胶带提升，串车提升的斜井多用折返式车场。井筒与车场连接：竖井通过马头门连接，斜井与井底车场连接方式有三种，分别是甩车道、平车场、吊桥。3.3.6 峒室3.3.6.1 水仓水泵房其设置由矿井总的排水系统决定，矿井的排水系统分直接式、分段式、主水泵式。3.3.6.2 机车检修硐室：扩帮型、专用型、尽头型。3.3.6.3 无轨自行设备检修硐室：3.3.6.4 医疗站3.3.6.5 调度室3.3.6.6 侯罐峒室3.3.6.7 防火材料峒室四、提升4.1 罐笼井提升4.1.1 罐笼提升概述4.1.1.1 罐笼的应用罐笼可作为提升矿石的主井，也可作为提升废石、升降人员、运送材料的副井，副井只能应用罐笼。分类：从提升钢丝绳数量上分单绳和多绳，从罐笼层数上分单层和双层，从提升平衡配置上分单罐笼平衡锤提升和双罐笼互为平衡配置两种。4.1.1.2 提升设备1、罐笼：由罐体、吊挂装置、导向装置（罐耳） 、断绳防坠装置(安全卡)、罐笼承载装置组成。2、钢丝绳：按股分为单股钢丝绳、多股钢丝绳、多层股（不旋转）钢丝绳三种。单股钢丝绳又分为普通捻钢丝绳和密封型钢丝绳两种。3、提升机及天轮提升机分单绳缠绕式和多绳摩擦式两种。单绳缠绕式提升机按卷