第二讲 非煤固体矿床开采概述fgm

1,第一节基本概念第二节矿床赋存特点第三节矿床地下开采概述,2,第一节基本概念补充：矿产资源矿物是指地壳中由各种地质作用所形成的天然化合物或单质，是组成岩石或矿石的基本单位。矿产是指一切埋藏在地壳中的可供人类利用的天然矿物资源。人类已知约160种，我国已发现了158种，已探明130多余种。按可利用和用途分为：能源矿产、金属矿产、非金属矿产和水气矿产四类。（1）能源矿产10种：煤、石油、天然气、天然沥青、油页岩、石煤、铀、钍与地热等。（2）金属矿产54种：铁矿、锰矿、铬矿、钛矿、铜矿、铅矿、锌矿、铝土矿。（3）非金属矿产91种：金刚石、石墨、自然硫、硫铁矿、水晶、刚玉、蓝晶石。（4）水气矿产3种：矿泉水、地下水、二氧化碳,3,第一节基本概念一矿石、矿体和矿床（一）矿石（ore）1定义在目前的技术经济条件下，能以工业规模从中提取的金属或非金属矿物的集合体。人类已知约160种，我国已发现了158种，已探明130多余种。其中：锑、钨、钼、汞、重晶石、稀土金属，石墨等20余种矿产的储量居世界前列。2命名一般以所用元素或直接利用的矿物命名。如：铁矿石、铜矿石、磷矿石、云母矿石等。,4,第一节基本概念一矿石、矿体和矿床（一）矿石（ore）3分类1）按有用成分用途和性质(工业用途)，可分为：金属矿石（铁矿石、铜矿石）非金属矿石（硫矿石）2）按矿石品位高低，可分为：富矿和贫矿；如：磁铁矿矿石品位超过50%为富矿，30%50%为贫矿；而铜矿石的品位大于1%为富矿，小于1%则为贫矿。3）按金属矿物成性质、化学成分分：自然金属矿石、氧化矿、硫化矿与混合矿等。自然金属矿石：金属以单一元素存在于矿床中的矿石，如金、银、铂等。硫化矿是氧化率在10%以下的矿石；氧化矿是氧化率在30%以上矿石；混合矿是氧化率在10%30%之间矿石。,矿石中有用成分(元素、化合物或矿物)的单位含量。称为品位，常以百分数表示。,5,补充：氧化矿、硫化矿与混合矿例子贫矿，也称低品位矿，是相对于高品位的富矿而言的。什么品位才算是贫矿，世界各国并没有统一的划分标准。即使同一个国家，同一个地区，也没有绝对统一的划分标准。实际上，一个国家贫、富矿品位标准的确定，主要取决于矿产资源状况和采、选、冶技术水平。贫矿既是一个技术上的概念，又是一个经济上的概念。在技术上，贫矿指因矿石品位低，现行采、选、冶技术尚不太成熟，还不能充分利用的矿产资源。在经济上，贫矿可以理解为因矿石品位低，导致开发利用经济效益差的矿产资源。什么样的经济效益算是经济效益差呢？这也是一个相对的经济学概念。所谓经济效益差，是指矿产资源开发利用后，矿山在经济上盈利能力较差，达不到行业基准收益率，或者达不到商业银行的长期贷款利率。在目前，我国商业银行的5年期长期贷款利率约为5-6%。也就是说，我们可以把开发利用后的盈利水平不高，盈利率一般在6-8%及其以下的矿产资源视为贫矿。我国的矿产工业要求参考手册规定，铅矿床的一般工业要求是：硫化矿的边界品位为0.3-0.5%，最低工业品位为0.7-1.0%；氧化矿的边界品位为0.5-1%，最低工业品位为1.5-2%；混合矿的边界品位为0.5-0.7%，最低工业品位为1-1.5%；锌矿床的一般工业要求是：硫化矿的边界品位0.5-1%，最低工业品位1-2%；氧化矿的边界品位为1.5-2%，最低工业品位3-6%；混合矿的边界品位为0.8-1.5%，最低工业品位为2-3%。根据国土资源部2001年所作的一项调查，我国的生产铅矿山中，边界品位最低的0.3%，最高的为3%，平均为0.82%，而以0.5%的矿山最多，占43.75%；实际最低工业品位，最低的为0.5%，最高的为4%，平均1.39%，而以0.7%1%之间的矿山最多，占47.27%；在生产锌矿山中，边界品位最低的为0.2%，最高为3%，平均为0.66%，而以0.20.5%之间的矿山最多，占87.5%；实际最低工业品位，最低的矿山为0.7%，最高的矿山为18%，平均为2.95%，而实际最低工业品位在1%3%之间的矿山最多，占73.17%。根据这项调查，我们将铅矿床中铅的品位在0.32%之间,锌矿床中锌的品位在0.23%之间,铅锌矿床中,铅锌品位之和在0.5%以上，但一般不高于6%的资源统称为贫矿资源。如果考虑到铅锌市场价格的大幅度上扬的具体情况，铅锌贫矿资源的品位上、下限实际上还可以再适当降低一些。,6,第一节基本概念一矿石、矿体和矿床（一）矿石（ore）4金属矿产1）金属矿产是国民经济、日常生活及国防工业等必不可少的基础材料与战略物资。钢铁等产量常被认为是一个国家国力的体现。我国钢产量突破亿吨大关，跃居世界第一；有色金属处于世界第二。我国也是稀土生产大国。2）金属矿一般可分为三大类(可以进一步细分)：以铁矿为代表的黑色金属矿以铝、铜、铅、锌、镍为代表的有色金属矿以金、银为代表的贵金属矿和铀矿,7,第一节基本概念一矿石、矿体和矿床（一）矿石（ore）4金属矿产黑色金属（钢铁、冶金金属）铁及炼制各种钢的附加金属、锰钢。铬、不锈钢、钒、镍、钴等。有色金属（非钢铁）：可单独冶炼成金属、也可炼制合金。贵金属：在地壳中稀少而性质独特，金、银、铂及铂族金属。放射性金属：钍、铀、镭等。具有天然放射性。稀有金属：在地壳中稀少、富集程度差，如锂、铍、铌、钽等。稀土金属：不单独形成矿物，共生在其它矿物中包括39(钇“Y”)、5771（镧系）的16个元素。分散元素：地壳中含量很低、不单独成矿，存在于其它矿物中（锗、镓等）。,8,第一节基本概念一矿石、矿体和矿床（一）矿石（ore）5非金属矿产资源是指除燃料与金属矿产外，在当前技术经济条件下，可供工业提取非金属化学元素的矿物或可直接利用的矿物。非金属矿产资源是应用历史悠久、应用领域广泛。对非金属矿产资源从冶金辅助原料、化工原料、建筑原料与其他等方面进行分类如下：,9,非金属矿产分类冶金辅助原料非金属矿产菱镁矿；耐火粘土；白云岩；硅石（石英砂岩、石英岩、脉石英）；石灰岩（冶金灰岩、化工灰岩）；萤石；铸型用砂；铸型用粘土；铁矾土化工原料非金属矿产磷；硫（硫铁矿、自然硫）；钾盐；盐（湖盐、岩盐、天然卤水）；镁盐；硼；天然碱；钠硝石；芒硝；碘；溴；含钾岩石；蛇纹岩、橄榄石；砷；重晶石、毒重石；明矾石；地腊建筑原料与其他非金属矿产石棉；石墨；石膏；滑石；水泥原料（石灰岩、粘土等）；玻璃原料（石英砂岩、石英砂等）；陶瓷原料、填料、涂料（高岭土、长石、石英等）；大理岩；耐酸石材、耐碱石材；铸石原料（辉绿岩、玄武岩等）；膨胀珍珠岩原料（珍珠岩、松脂岩、黑耀岩）；陶粒原料；叶腊石；蛭石；白垩；膨润土、漂白土；硅藻土；凹凸棒石；海泡石；沸石；浮岩（浮石）；天然沥青；石榴石；刚玉；天然油石；宝石、玉石、雕刻石料；金刚石；水晶；冰洲石；电气石；云母,10,第一节基本概念一矿石、矿体和矿床（二）矿体(orebody)1定义具一定形状和产状及一定数量和质量的矿石天然集合体。2有关概念1）围岩：矿体周围无开采价值的岩石。位于矿体上部的叫上盘围岩（顶板），位于矿体下部的叫下盘围岩（底板）。2）夹石：矿体中的岩石（或矿体内的），见下页图。3）废石：指围岩和夹石。3矿体与围岩的关系：相对的、有条件的例如：南票煤田、徐州夹河煤矿伴生粘土层，过去作为废石处理，现在作为耐火粘土矿床开采。,11,12,第一节基本概念一矿石、矿体和矿床（三）矿床（oredeposit）1定义一定区域内矿体的总称。一个矿床可只有一个矿体，也可能由若干个矿体组成。2分类（1）按矿床中有用成分性质和工业用途进行分类。金属矿床、非金属矿床、可燃有机岩矿床（石油、天然气和煤矿床等）。一个矿床是否具有开采价值，取决于矿石质量（品位）、数量和开采条件，以及国家对其的需求程度。,13,2分类（2）按矿体形状不同可分为层状、脉状和块状。（3）按矿体和围岩形成的先后不同分同生矿床与后生矿床。（4）按工业利用价值可分为工业矿床与非工业矿床。,14,第一节基本概念二矿石品位（一）矿石品位（oregrade）1定义:矿石中有用成分(元素、化合物或矿物)的单位含量。一般以百分数表示(有用成分的质量与矿石质量之比)，如：Cu：0.40.6%；Fe：50%；贵金属及少数非金属（金、铂等），则用g/t或mg/t表示，金刚石：mg/m3；黄金：克/t；云母：kg/m3。按品位高低，金属矿石又可以分为富矿和贫矿。磁铁矿品位50%为富矿，30%50%为贫矿；而铜矿石的品位1%为富矿，外生矿床；风化矿床、沉积矿床风化矿床中主要有锡、金、高岭土、金刚石等，矿石品位高，矿体埋藏浅，适合露天开采。沉积矿床的主要特点是，围岩为沉积岩，矿岩界限明显，矿体多呈层状，矿床规模较大，矿石矿物成分单一。,30,第二节矿床赋存特点一矿床形成2成矿作用成矿作用分类（按作用性质和能量来源）(3)变质成矿作用地壳内部的原岩或原矿床由于岩浆浸入或变质作用矿床或另一新矿床=变质矿床。工业用途并未改变（如沉积铁矿床变为变质铁矿床），称之为受变质矿床。原岩变质成为矿床，或成为具有另一种工业用途的矿床（如石灰岩变质成为大理岩，铝土矿变质成为刚玉），称之为变质矿床。主要特点是，围岩为变质岩，产状变化较大，矿体呈层状或似层状，矿石成分简单，品位一般不高。,31,刚玉分为天然刚玉和人造刚玉。天然刚玉是一种纯的氧化铝(Al2O3)。人造刚玉的主要矿物成分是物理刚玉。人造刚玉分为棕刚玉(A)、白刚玉(WA)、铬刚玉(PA)、锆刚玉(ZA)、黑刚玉(BA)、单晶刚玉(SA)、微晶刚玉(MA)等。棕刚玉主要是用铝矾土、铁屑、无烟煤在电弧炉内经熔融还原杂质制得；白刚玉是用铝氧粉在电弧炉中经熔融结晶制得；其它刚玉是以不同的氧化铝含量在熔融过程中加入一定量的其它氧化物派生的具有不同性能的物质。大量应用的刚玉为棕刚玉、白刚玉。刚玉具备相当的硬度和一定的韧性，能够被制粒加工成不同尺寸范围并且颗粒形状整齐均匀的粒状，具有高温稳定性和化学稳定性。棕刚玉的莫氏硬度为9，显微硬度为1800-2200kg/mm2；白刚玉的莫氏硬度为9，显微硬度为2200-2400kg/mm2，仅次于金刚石。棕刚玉、白刚玉是制造固结磨具和高级耐火材料及制品的主体材料，也可用于防滑、研磨、熔模铸造、高级陶瓷等方面。,32,第二节矿床赋存特点非煤矿床的分类总结,非煤矿床，按成矿作用，分为内生矿床、外生矿床和变质矿床。岩浆矿床内生矿床伟晶岩矿床内生成矿岩浆内力作用岩浆岩气水热液矿床风化矿床非煤矿床外生矿床外生成矿原岩或矿床外力作用沉积岩沉积矿床变质矿床变质成矿原岩或矿床变质作用变质岩,33,第二节矿床赋存特点二矿体形状矿体形状复杂多变，多种多样，上述为常见的。要求所采用的采矿方法应灵活、适应性强。探矿工作必须贯穿于矿床开采过程的始终。矿体形状与矿床开采非常密切，开拓与采矿必须考虑矿体形状。,34,第二节矿床赋存特点三矿体倾角和厚度近水平煤层：08；缓（倾）斜煤层：825；倾斜煤层（中斜煤层）：2545；急（倾）斜煤层：4590与煤层比较，矿体倾角如下表分类。,35,第二节矿床赋存特点三矿体倾角和厚度矿体厚度：指矿体上、下盘间的垂直距离（垂直厚度或真厚度）或水平距离（水平厚度）。按目前的开采技术条件，矿体按厚度分为五类：如下表。（金属矿床的划分标准）。,36,第二节矿床赋存特点埋藏深度（1）矿体埋藏深度小于800m，称浅部矿体；（2）矿体埋藏深度大于或等于800m，称深部矿体。,37,第二节矿床赋存特点四矿石“三性”及物理化学特性1.结块性指采下的矿石遇水和受压后重新粘结在一起的性质。含粘土成分的矿采下后遇水受压易结块。它对放矿、装矿和运输都有影响。2.氧化性指硫化矿石（化学成分为硫化物）采下后在水和空气的作用下变成氧化矿石（化学成分为氧化物）的性质。它降低选矿回收率，并使矿石结块或引起自燃。3.自燃性指硫化矿石氧化生热并自燃的性质。该类矿石采下后不能在采场堆放时间太长，影响采矿方法的选择。矿石的结块性、氧化性和自燃性简称矿石“三性”。4.物理化学特性具特殊物化性质的矿石，可采用物理或化学方法开采！,38,第二节矿床赋存特点五矿石与围岩的力学性质1矿石的坚固性是指矿岩抵抗外力的能力。按照矿岩普氏系数f的大小及其对回采工作的不同影响，矿岩的硬度可分为以下几种：1）软矿岩：f10。爆破开采（煤：f3；围岩：f10）2矿岩的稳固性是指矿岩的采掘空间允许暴露面积的大小和时间长短的性能。通常分为以下几种：1）极不稳固的，指不允许有不支护的暴露面积。2）不稳固的（10m2）（50m2），长时间暴露仍需要支护；3）中等稳固的(10200m2)；(50200m2)；4）稳固的(200500m2)；(200800m2)；5）极稳固的(5001000m2)；(800m2)。,39,第二节矿床赋存特点六非煤矿床的工业特点1矿床规模：除少数沉积矿床以外，矿床规模小;2矿体形状：复杂、多种多样；3矿岩界限：除沉积岩外，矿岩界限不确定；4矿体产状：复杂多变；5矿岩坚固性与稳固（定）性：一般较好；6矿石的“三性”：自燃性、氧化性和结块性；7矿石的物理化学特性：溶于水、稀酸；8地质构造：比较复杂。,40,第三节矿床地下开采概述同煤矿地下开采一样，非煤矿床地下开采也要在井田范围内进行一系列再划分，使之成为技术上可能的开采单元，并按一定的顺序开采；开采前要从地表开掘一系列巷道通达矿体，形成完整的矿井生产系统；然后在划分的开采单元内布置巷道，形成相应的生产系统并进行回采。接下来我们看下面图，非煤矿床开采示意图。,41,42,19,43,第三节矿床地下开采概述一、回采单元划分及开采顺序(一)回采单元划分视矿体倾角大小不同，回采单元划分有“井田阶段矿块”和“井田盘区矿壁”两种方式。1缓、倾倾和急倾斜矿体的划分：井田阶段矿块。,44,第三节矿床地下开采概述一、回采单元划分及开采顺序(一)回采单元划分1缓、倾倾和急倾斜矿体的划分：井田阶段矿块。1）阶段：上部为阶段回风平巷，下部为阶段运输平巷；阶段垂高：缓倾斜：2025m；倾斜与急倾斜：4060m。已采完阶段；回采阶段；开拓与采准阶段；开拓阶段。1主井；2石门；3天井；4风井；5阶段运输巷；6矿块；L井田走向长度；H矿体埋藏深度；h阶段高度。,45,天井是两个中段之间的巷道(倾斜或垂直的巷道)。它可把矿床分成块段(矿块)，同时作为工作人员进入采场(采区)以及作为供风、供水、供电、运输材料、通入新鲜空气等的通道。底盘天井掘在矿床下盘的天井叫底盘天井(底盘又称下盘)。,46,第三节矿床地下开采概述一、回采单元划分及开采顺序(一)回采单元划分1缓、倾倾和急倾斜矿体的划分：井田阶段矿块。2）矿块将阶段沿走向划分成独立的回采单元。矿块布置：走向布置中厚以下；垂直走向布置厚与极厚矿体。矿块长度：L=3050m。(a)沿走向布置矿块；(b)垂直走向布置矿块；1矿房；2矿柱；Lb矿块长；Bb矿块宽,47,第三节矿床地下开采概述一、回采单元划分及开采顺序(一)回采单元划分2水平和微倾斜矿体划分：井田盘区矿壁盘区尺寸较小:(200400m)(200400m)；（注：“矿壁”在有的文献上称采区！）开拓盘区;采准盘区;回采盘区；1主井；2风井；3主要运输巷；4主要回风巷；5盘区上山；6盘区下山；7矿壁运输巷；8矿壁；9切割巷道(注：5,6盘区运输巷道，8采区7采区巷道，2副井)P“金属矿床地下开采”,48,第三节矿床地下开采概述一、回采单元划分及开采顺序（二）开采顺序及特点1井田间的开采顺序：先近后远，先浅后深，先易后难，先富后贫，综合利用的原则。2井田内阶段间的开采顺序：一般采用下行式，只有少数采用上行式。矿床上贫下富，而国家急需该种矿产，或地表无废石场地，需要利用矿床下部的采空区堆放废石，从而不得不采用上行开采。,49,第三节矿床地下开采概述一、回采单元划分及开采顺序（二）开采顺序及特点3阶段中矿块的开采顺序：有前进式、后退式和混合式。一般采用后退式，原因：1）非煤矿床赋存条件复杂，矿体产状变化大，常常需要通过掘进巷道对矿床进行补充勘探；2）非煤井田尺寸一般较小，后退式的缺点(后退式开采初期工程量大、基建时间长)不突出。,50,第三节矿床地下开采概述一、回采单元划分及开采顺序4相邻矿体间的开采顺序1)开采缓倾斜及近水平矿脉群：一般采用下行式；2)急倾斜矿脉群：一般采用下行式或同时开采、降低阶段高度、充填开采矿体倾角；下盘移动角；上盘移动角；,矿体,51,第三节矿床地下开采概述二矿床开采步骤分为三个步聚：煤矿地下开采：井田开拓采区准备工作面回采非煤地下开采：矿床开拓矿块采准切割回采1矿床开拓1）矿床开拓：从地表掘进一系列巷道通达矿体，形成提升、运输、排水和动力供应等完整的生产系统。2）开拓巷道：为开拓矿床掘进的巷道，即为全矿或整个阶段开采服务的。如：主井、平硐、风井、阶段石门等。,52,53,54,第三节矿床地下开采概述二矿床开采步骤分为三个步聚：非煤地下开采：矿床开拓矿块采准切割回采2.采准、切割（简称采切）1）采准：在已经开拓的阶段掘进巷道，将阶段划分成矿块，并且形成矿块的生产系统（行人、通风、运料、凿岩和放矿等）的采矿准备工作。采准巷道：为矿块采准而掘的巷道。如：天井、联络巷等。在某种意义上可认为：矿块采准相当于煤矿的采区准备。,55,第三节矿床地下开采概述二矿床开采步骤矿床开拓矿块采准切割回采2采准、切割（简称采切）2）切割：指在已经采准完毕的矿块中开切自由面和自由空间，为回采创造爆破和放矿条件的工作。切割工作：辟漏、拉底和开掘切割立槽。切割巷道：凡是为形成自由面和自由空间而开掘的巷道。如：切割天井、切割上山、拉底巷道、斗颈等。不同的采矿方法有不同的采准巷道和切割巷道。1阶段运输巷2阶段回风巷3天井4电耙巷道5分段凿岩巷道6