金属矿地下开采课件

A1金属矿床地下开采东北大学资源与土木工程学院采矿工程研究所东北大学采矿工艺研究中心主讲教师：曹建立A2怎样学好采矿学？（1）在牢固掌握基本概念的基础上，深刻理解基本原理；（2）注重空间想象能力的培养，理论联系实际；（3）注重实践能力的培养，包括读图、画图、实验等。参考书：《金属矿床地下开采》解世俊，冶金工业出版社；《采矿学》王青、史维祥，冶金工业出版社A3第一章：金属矿床地下开采的基本概念第一节：金属、矿床的工业特征一、矿石和废石的概念矿物、矿石、矿体、矿床、围岩、夹石、废石二、矿石的种类（一）金属矿石按其所含金属矿物的性质，化学成份（二）根据所含金属种类的不同三、矿石品位的概念矿石品位的概念、边界品位、最低工业品位四、矿石和围岩的性质硬度、坚固性、稳固性、碎胀性、结块性、氧化性、自燃性及含水性等A4第一章：金属矿床地下开采的基本概念第二节：金属矿床地下开采概述一、井田、矿田和矿区的概念Ⅲ号矿田矿区Ⅰ号矿田矿区、矿田、井田2号井田Ⅱ号矿田1号井田A5二、走向线、走向、走向长、倾斜线、倾向、倾角水平面走向线倾斜角倾斜线岩层E（东）W西走向倾向（南西）SW（南东）SES（南）岩层（或矿层）厚度西北东60°南NW（北西）（北东）NEN(北）A6四、阶段、矿块和盘区采区的概念H

高L

走向线3开拓事项阶段开拓阶段4采完阶段回采阶段12Ⅰ矿块运输平巷1324L付井Ⅰ石门Ⅰ-Ⅰ天井付井(埋深）H主井延深：矿体在深度上的分布情况。埋藏深度：地表至矿体上部界限深度。赋存深度：矿体上部界限至下部界限的垂直距离或倾斜距离。三、关于延深、埋进深度和赋存深度的概念A7ⅡLB2付Ⅲ4Ⅰ4Ⅰ31主盘区5776盘区宽采区A8五、矿床的开采顺序（一）井田阶段的开采顺序（1）下行式——即自上而下进行开采。（2）上行式——与下行式相反（二）阶段中矿块的开采顺序（1）前进式回采（2）后退式回采（3）混合式回采阶段平巷A前进式开采回来方向采空区主井付井1付井A9第一章：金属矿床地下开采的基本概念第二节：金属矿床地下开采概述四、矿床的开采步骤金属矿床地下开采的步骤可以分为：开拓、采准、切割与回采四个步骤，这些步骤反映了不同的工作阶段。（一）开拓工作（二）采准工作（三）切割工作（四）四采工作回采工作包括：落矿、运搬和地压管理三个主要工作。（1）矿床开拓、采准、切割、回采的关系是彼此超前的关系（2）三级矿量的含意①开拓矿量②采准矿量③待采矿量A10第一章：金属矿床地下开采的基本概念第三节：矿石的损失、贫化和矿山年产量一、矿石的损失和贫化1、矿石的损失矿石损失量与矿石的工业储量的百分比，叫做矿石的损失率。2、矿石的贫化混采下来的废石量与采出矿石量的百分比，叫做矿石的贫化率二、矿山年产量矿山年产量是矿山每年生产的产品量。A11第二章：矿床开拓第一节：开拓方法分类一、开拓方法分类矿床开拓方法大致可分为单一开拓和联合开拓两大类。（一）单一开拓法：平硐开拓竖井开拓斜井开拓（二）联合开拓法平硐盲竖井开拓平硐盲斜井开拓竖井盲竖井开拓竖井盲斜井开拓斜井盲竖井开拓斜井盲斜井开拓A12第二章：矿床开拓第二节：开拓方法主要开拓巷道是决定一个矿床开拓方法的核心，其选择在矿山设计中是至关重要的。主要开拓巷道类型的选择由以下几个条件来决定：（1）地表地形条件（2）矿床赋存条件（3）矿岩性质（4）生产能力另外，开拓巷道施工的难易程度、工程量、工程造价和工期长短等，虽然不能作为确定开拓方案的重要依据，但决不可忽视。尤其是小型矿山，往往存在施工力量不足和技术素质较差、施工管理跟不上等情况。因此，当地的施工力量和特点，在巷道类型的选择上也应一并考虑。A13第二章：矿床开拓第二节：开拓方法一、平硐开拓法以平硐为主要开拓巷道，是一种最方便、最安全、最经济的开拓方法。但只有在地形有利的情况下，才能发挥其优点，即只有矿床赋予于山岭地带，埋藏在周围平地的地平面以上才能使用。A14A15第二章：矿床开拓第二节：开拓方法二、竖井开拓法竖井开拓法以竖井为主要开拓巷道。它主要用来开采急倾斜矿体（一般矿体倾角大于45o）和埋藏较深的水平和缓倾斜矿体（倾角小于20o）。这种方法便于管理，生产能力较高，在金属矿山使用较普遍。1.穿过矿体的竖井开拓方案A162.下盘竖井开拓方案A173.侧翼竖井开拓方案A18第二章：矿床开拓第二节：开拓方法三、斜井开拓法斜井开拓法以斜井为主要开拓巷道，适用于开采缓倾斜矿体，特别适用于开采矿体埋藏不太深而且矿体倾角为20o～40o的矿床。这种方法的特点是施工简便、中段石门短、基建少、基建期短、见效快，但斜井生产能力低。因此更适用于中小型金属矿山，尤其是小型矿山。A19第二章：矿床开拓第二节：开拓方法四、联合开拓法由两种或两种以上主要开拓巷道来开拓一个矿床的方法称为联合开拓法。其实质是因矿床深部开采或矿体深部产状（尤其是倾角）发生变化而采用的两种以上单一开拓法的联合使用，即矿床上部用一种主要开拓巷道，而深部用另一种主要开拓巷道补充开拓，成为一个统一的开拓系统。由于地形条件、矿床赋存情况、埋藏深度等情况的多变性，联合开拓法所包括的方案很多，这里介绍常用的几种联合开拓方案。（一）上部平硐下部盲竖井开拓方案A20（二）上部平硐下部盲斜井开拓方案适用条件：①地表地形为山岭地区，矿体上方无理想的工业场地；②矿体倾角为中等（倾角在45o～55o之间），为盲矿体且赋存于地平面以下；③如地平面以上有矿体，且形成许多老硐者。A21（三）上部竖井下部盲竖井开拓方案这种开拓方案一般适用于矿体或矿体群倾角较陡，矿体一直向深部延伸，地质储量较丰富的矿山。另外，因竖井或盲竖井的生产能力较大，所以中型或偏大型矿山多用这种方法。A22（四）上部竖井下部盲斜井开拓方案当上部地质资料清楚且矿体产状为急倾斜，上部采用竖井开拓是合理的，一旦得到深部较完善的地质资料，且深部矿体倾角变缓，则深部可采用盲斜井开拓方案，如图7-18所示。A23（五）上部斜井下部盲竖井开拓方案这种开拓方案一般适用于矿体倾角较缓，且沿倾斜方向延伸较长，或地质储量不大以及生产能力也不大的小矿山。A24第二章：矿床开拓第三节：中段高度的确定不管用什么方法对矿床进行开拓，主要开拓巷道都是经石门通过中段平巷来与矿体连通的，这就提出了阶段高度问题。在选择中段高度时，应考虑以下因素：1.矿体勘探类型勘探类型指矿体沿走向和倾向的连续程度和矿体厚度变化的复杂程序。一般说来，勘探类型越高，矿体越连续且产状越稳定，中段的高度可取高些。2、矿体厚度和倾角A25第二章：矿床开拓第四节：主要开拓巷道位置的确定确定主要开拓巷道（竖井或斜井）位置，就是确定其在垂直矿体走向方向的位置和沿矿体走向方向的位置。一、采空区引起的岩层移动及其对主要开拓巷道的影响二、按最小运输功确定开拓巷道位置三、选择主要巷道位置时的几项要求：1）有充足的工业场地，能容下有关建（构）筑物；2）有选厂距离较短且矿石运输方便，或有较好的外部运输条件；3）有排废石场地；4）有防洪条件（一般高出最大洪峰2m），且不受山岭岩石崩塌的影响；5）有较好的地质条件，尽量避免主要开拓巷道穿过断层、含水层等不利地层；6）尽量减少开拓工程量。A26第二章：矿床开拓第五节：中段平面开拓设计中段运输平巷一般有单轨、双轨和环形等形式。一、影响中段运输平巷布置的因素1、中段运输能力2、矿体和矿石围岩的稳固程度3、采矿方法4、通风系统二、中段运输平巷的布置形式1、单一沿脉平巷布置这种布置又可分为脉内布置和脉外布置，其轨道布置形式分为单轨会让式（加局部双轨会车段）和双轨轨过渡式两种。2、沿脉平巷加穿脉布置A27A28第二章：矿床开拓第六节：矿床开拓方案选择一、选择开拓方案的基本要求（1）确保工作安全，创造良好的地面与地下劳动卫生条件，具有良好的提升、运输、通风、排水等功能：（2）技术上可靠，并有足够的生产能力，以保证矿山企业均衡地生产；（3）基建工程量最少，尽量减少基本建设投资和生产经营费用；（4）确保在规定时间内投产，在生产期间能及时准备出新水平；（5）不留和少留保安矿柱，以减少矿石损失；（6）与开拓方案密切关联的地面总布置，应不占或少占农田。A29二、影响矿床开拓方案选择的因素（1）地形地质条件、矿体赋存条件，如矿体的厚度、偏角、走向长度和埋藏深度等；（2）地质构造破坏，如断层、破裂带等；（3）矿石和围岩的物理力学性质，如坚固性、稳固性等；（4）矿区水文地质条件，如地表水（河流、湖泊等），地下水、溶洞的分布情况；（5）地表地形条件，如地面运输条件、地面工业场地布置、地面岩体崩落和移动范围，外部交通条件、农田分布情况等；（6）矿石工业储量、矿石工业价值、矿床勘探程度及远景储量等；（7）选用的采矿方法；（8）水、电供应条件；（9）原有井巷工程存在状态；（10）选场和尾矿库可能建设的地点。A30第三章：采矿方法第一节：概述一、采矿方法定义采矿方法是研究矿块开采方法，它包括矿块的采准，切割和回采工作。也就是说，为了回采矿块中的矿石，在矿块中和在围岩中所进行的采准，切割、回采工作的总和，称为采矿方法。二、采矿方法的分类按回采时地压管理方法分分类法，共分成三大类。即：1、空场采矿法2、充填采矿法3、崩落采矿法A31第三章：采矿方法第二节：空场采矿法一、定义：在矿体中形成的采空区主要依靠围岩自身的稳固性和留下的矿柱来支撑的采矿方法称为空场采矿法。二、空场采矿法的特点①空场法在回采过程中，它是把矿块划分为矿房和矿柱两部分来开采。②在回采矿房时，采场以空场形式存在。③它是用矿柱和围岩体的稳固性来维护采空区。④矿房采完以后，要及时回采矿柱，并及时处理采空区。一般情况下，回采矿柱与采空区处理是同时进行的。有时为了改善矿柱回采条件，事先对矿房进行充填，然后用其他方法回采矿柱。⑤在回采过程中，采场主要依靠暂留的矿柱或永久矿柱进行自然支撑，有时辅以人工矿柱支撑。A32阶段高度顶柱高厚度矿房长底柱高度矿块长度阶段运输平巷底柱4矿房122人行通风天井拉底水平的底板3(A)图上阶段运输平巷顶柱向柱宽Ⅲ-Ⅲ俯视图ⅢⅢ侧视图ⅡⅠ主视图Ⅱ-ⅡⅡⅠⅠ-ⅠA33运输平巷矿体倾角矿体厚度上阶段运输平巷（回风巷）矿体厚度=矿体宽度（水平厚）A34三、空场采矿法的适用条件（1）适用于开采矿石和围岩都很稳固的矿床。（2）采空区在一定时间内，允许有较大的暴露面积。四、空场采矿法分类空场采矿法目前应用比较广泛的几种方法是：（1）房柱法（包括全面法）（2）浅孔留矿法（3）分段法（赞比亚方案）（4）阶段矿房法（包括⊥薄矿，水平薄矿的各方案）（5）其他采矿方法及其变形方案A35第三章：采矿方法第三节：充填采矿法一、充填采矿法定义：随着回采工作面的推进，逐步用充填料充填采空区的方法叫做充填采矿法。二、充填的目的（一）进行地压管理（二）杜绝内因火灾（三）为回采矿柱创造了条件（四）为深部、水下开采创造条件。三、充填材料及其充填料的输送方法。（一）充填材料来源①地表堆积的废石；②掘进坑边的废石；③选矿厂的尾砂；④冶炼厂的炉渣；⑤碎石、砂卵石、山砂、河砂等；⑥露天采石场采掘的废石。（二）充填材料的输送方法可以通过矿车或其他机械运输，也可用风力、水力输送。目前水力输送应用比较广泛。A36六、充填采矿法的适用条件（一）开采品位较高的富矿，并且要求有比较高的回采率和比较低的贫化率；或开采稀贵金属。（二）赋有条件件和开采技术条件比较复杂的矿床，如：①水文地质条件、矿体形状比较复杂；②矿体埋藏较深而且地压较大；③矿石或围岩有自燃发火的危险；④地表或围岩不允许有大面积沉陷或剧烈移动而需要特殊保护；⑤露天和地下同时进行开采。（三）适用于矿石稳固，围岩不稳固的矿床如果能采用特殊的支护方法或下向分层充填法，也可以用来开采矿石不稳固的矿体。（四）适用于开采急倾斜矿体因为急倾斜矿体便于向采场输送充填料，并且可以减少充填不到的空间及充填料接顶的面积。A373～107～8ⅡⅡ51隔墙7～8Ⅱ-Ⅲ隔墙Ⅰ36～6023Ⅰ2～3cm(30～60)43.5顶柱1-阶段运输平巷；8-底板；2-回风巷道；9-电耙胶车；3-充填天井；10-顶柱；4-放矿溜井11-底柱5-人行通风天井12-充填料6-联络道（间距4～6m）13-崩下矿石7-隔墙；14-炮孔<干式充填采矿法典型方案>A384Ⅰ<上向水平分层干式充填法>Ⅱ210Ⅱ3ⅢⅢ8210ⅢⅡⅡ30～603-50.2-0.25溜井倾角760°

1750°

～60°14131274Ⅰ56530-601.84-53-10Ⅲ拉底巷道2×2米内径1.5×1.822×2mA39第三章：采矿方法第四节：崩落采矿法一、崩落采矿法的概念崩落采矿法就是以崩落围岩来实现地压管理的采矿方法。即在崩落矿石的同时强制或自然崩落围岩，充填空区，用以控制和管理地压。二、崩落采矿法特点(1)崩落法不再把矿块划分为矿房和矿柱，而是以整个矿块作为一个回采单元，按一定的回采顺序，连续进行单步骤回采。(2)在回采过程中，围岩要自然或强制崩落，矿石是在复盖岩石的直接接触下放矿。因此，这种采矿方法对放矿进行科学管理是十分必要的。(3)崩落法的开采是在一个阶段内从上而下进行的。与空场采矿法不同。A40三、崩落采矿法分类

崩

落

法

有底柱崩落

分段崩落

水平深孔落矿的崩落法

上直深孔落矿的崩落法

阶段强制崩落法

水平落矿

上直落矿

阶段自然崩落法

药室崩落法

阶段崩落

无底柱崩落法

墙式崩落法

长墙式崩落法

短墙式崩落法

其他崩落法（分层崩落法）

A41四、崩落采矿法的适用条件一般地讲，崩落法对矿体赋存条件，矿岩的物理力学性质等都具有比较广泛的适应范围。理想的适用条件是——上盘围岩能呈块状自然崩落，矿石中等以上稳固的急倾斜原矿体。地表允许塌落是使用这种方法的必要前提。由于这种方法在开采时矿石损失贫化大，因而它不用于开采高价、高品位的矿床。A42A43第三章：采矿方法第五节：采矿方法选择一、对选择采矿方法的基本要求（一)工作安全(二)最大限度的回收国家资源(三)生产能力大，劳动生率高，材料消耗少，生产成本低二、影响采矿方法选择的因素。(一)地质因素A44

矿岩的物理力学性质

(1)

矿岩稳固性

自燃性

结块性

氧化性

稳固性好

稳固性差

可用空场法、矿柱尺寸可取小值

采用充、崩方法、矿柱尺寸可取大些

有此三性者，不得采用留矿法及阶段崩落法

矿体产状

(2)

矿体倾角

矿体厚度

矿体形状

矿岩接触情况

它影响到矿石采场内的运搬方式

影响落矿方式及采矿方法选择及矿块布置

影响落矿方法。不规则，接触面不明显，不宜用深孔落矿法

矿石品位

开采高品位，价值高的贵金属或国家稀缺金属矿石，宜选用回收率高的采矿方法。

开采低品位，价值低的一般金属矿石，宜选用成本低，效率高的采矿方法，不必过分考虑贫损指标

矿石赋存深度

矿体埋藏浓度在500～500米以上时，地压大，不宜选用空场法开采

矿体内有用成份的分布及围岩矿化情况

分布不均，且差别很大时，可考虑选别回采的采矿方法。

围岩有矿化现象可适当放宽，回采中围岩的混入限制，可用深孔落矿方法。

(3)

(4)

(5)

地质因素

A45(二)开采技术经济因素：(1)地表是不允许陷落

地表是否有河流，湖泊、铁路干线、主要建筑物、扬筑物等，若有,则不宜采用崩落法和采后崩落采空区的空场法，可用充填法。

(2)加工部门对矿石质量的要求

加工部门提出了最低工业品位时，就限制了采矿方法的贫化率数值，因而影响到采矿方法的选择，限制了采矿方法的选择范围。

(3)技术装备及材料供应

设备及材料直接影响到采矿方法选择，如选用无底柱就得有装运机、凿岩台车；如选用胶结充填法，就得有水泥。

(4)采矿方法要求的技术管理水平选择的采矿方法力求技术简单，工人易掌握，管理