金属矿床地下开采总论

第一章金属矿床的工业特征

第一节矿石与废石和金属矿石的种类第二节矿石和围岩的物理力学性质第三节金属矿床的分类第四节

金属矿床的特性第一节矿石与废石和金属矿石的种类

一、矿石与废石矿石：矿物集合体工业规模矿体：矿石的聚集体矿床：矿体总称废石：无品位或含量少矿石与废石的概念是相对的：技术经济政策赋存条件采矿和矿石加工水平地区经济；最低工业品位Cu0.6%→0.4～0.6%地质品位、边界品位、最小工业品位金属矿石的最低工业品位边界品位的确定

边界品位是区分矿石与废石(或称岩石)的临界品位，矿床中高于边界品位的块段为矿石，低于边界品位的块段为废石。50403020103210边界品位（g/t）矿量(Mt)第一节矿石与废石和金属矿石的种类

边界品位为25％时矿体圈定示意图30150000183425302324261930341910012181420191428211716232324251623232332273530232433292028262718312225193329263014182130261626282123182526251521第一节矿石与废石和金属矿石的种类

第一节矿石与废石和金属矿石的种类

从品位－矿量曲线可知，边界品位的选择直接影响到矿石储量，进而影响矿山的生产规模、最终开采境界、设备选型和矿山生产寿命。因此，边界品位是一个对矿山总体经济效益有重大影响的技术经济参数。投资一个矿床开采项目，首先必须估算其品位和储量。一个矿床的矿量、品位及其空间分布是对矿床进行技术经济评价、可行性研究、矿山规划设计以及开采计划优化的基础，是矿山投资决策的重要依据。因此，品位估算、矿体圈定和储量计算是一项影响深远的工作，其质量直接影响到投资决策的正确性和矿山规划及开采计划的优劣。矿石与废石的概念是相对的：技术经济政策、赋存条件、采矿和矿石加工水平、地区经济、最低工业品位。二、金属矿石的种类按所含金属种类划分贵重金属矿石：金、银、铂等有色金属：铜、铅、锌、铝、镍等黑色金属：铁、锰、铬等稀有金属：钽、铌等放射性矿石：铀、钍等按矿物成分划分自然矿石：砂金氧化矿石：氧化物、碳酸岩、硫酸岩；硫化矿石：硫化物混合矿石：含有前三种矿物中两种以上的混合物按矿石品位划分富矿贫矿第一节矿石与废石和金属矿石的种类

第二节矿石和围岩的物理力学性质

一、坚固性：是一种抵抗外力的性能。矿山广泛采用破碎与稳固的矛盾、岩石破碎的难易程度、岩石分级强度：石承受载荷的能力，即开始破坏的极限临界应力值。岩石的强度有抗拉强度、抗剪强度，抗压强度。 岩石的抗压强度介于20-300Mpa的范围内，抗剪强度只有抗压强度的1/12到1/18，抗拉强度只有抗压强度1/50-1/15弹性、塑性和脆性：弹性是岩石出去外力后，恢复其原来形状和体积的性能。弹性大的岩石，凿岩爆破时，不易破坏。 在破坏前具有明显残余变形的岩石称为塑性岩石，几乎没有残余变形的岩石叫脆性岩石。金属矿山大多数属于脆性岩石。第二节矿石和围岩的物理力学性质

二、稳固性：是指矿石或岩石在空间允许暴露面积的大小和暴露时间长短的性能。岩石的稳定性分级：

极不稳固不稳固中等稳固稳固极稳固第二节矿石和围岩的物理力学性质

三、结决性：是指采下的矿石，在遇水和受压并经过一段时间后，又连结成整块的性质。四、氧化性及自燃性：矿石的氧化性是指硫化矿石在水和空气的作用下，变为氧化矿石的性质；高硫矿石(含硫在18%~20%以上)具有自燃性。硫化矿石在空气中氧化，并放出热，时间长了可能造成地下火灾。第二节矿石和围岩的物理力学性质

五、含水性：矿石或岩石吸收和保持水分的性能，随矿岩的孔隙度和节理而变化。对放矿、运输、箕斗提升及矿仓贮存等均有很大的影响。六、碎胀性：岩在破碎后，碎块之间有较大的空隙，其体积比原岩体积要增大的性质。破碎后的体积与原岩体积之比，称为碎胀系数(或松散系数)。第三节金属矿床的分类

矿体形状层状矿床脉状矿床块状矿床倾角水平矿床:α<5º缓倾斜矿床:α=5º~30º倾斜矿床:30º

~55º急倾斜矿床:α>55º

厚度极厚矿床(>40m)薄矿体(0.8~4m)厚矿床(10-15~40m)中厚矿体(4~10-15m)极薄矿体(<0.8m)第四节金属矿床的特性

对金属矿床开采有较大影响的因素：矿体赋存条件不稳定；矿石品位变化大；地质构造复杂；矿石和围岩的坚固性大；矿床的含水性。第二章矿床回采单元的划分及其开采顺序

第一节矿田和井田第二节阶段和矿块第三节盘区和采区第四节矿床的开采顺序

第一节矿田和井田划归—个矿山企业开采的全部矿床或其一部分叫矿田，在一个矿山企业中划归一个矿井(坑口)开采的全部矿床或其一部分叫井田。矿田有时等于井田，有时包括数个井田（如图）。第一节矿田和井田第一节矿田和井田当矿床范围不大，矿体又比较集中时，为了生产管理方便，可以用一个井田开采。当矿体范围很大，或矿体比较分散，如果仍然用一个井田开采全部矿床的话，则所开掘的巷道工程量大，生产地点过于分散，因而会造成经济上的不合理，此时可划分几个井田开采。第一节矿田和井田当开采—个很大的矿床时，确定合理的井田范围，须考虑下列因素：一、国家对矿山基本建设时间和年产量的要求二、矿床的勘探程度三、矿床的埋藏特征四、矿区地表地形条件五、最好的经济效果第二节阶段和矿块一、阶段和阶段高度在开采缓倾斜，倾斜和急倾斜矿床时，在井田中每隔一定的垂直距离，掘进与走向一致的主要运输巷道，将井田在垂直方向上划分为矿段，把这个矿段叫做阶段。阶段高度：阶段高度是指上、下两个阶段运输平巷之间的垂直距离。阶段高度变化范围：阶段高度变化范围很大，对于缓倾斜矿体，阶段高度通常小于20～30米；急倾斜矿体，阶段高度通常为50～60米，个别也有达到80～120米左右的。但是，对于不同的采矿方法，则所需求的阶段高度是不同的。第二节阶段和矿块影响阶段高度主要因素：矿体的赋存条件（倾角、厚度、走向长度）；采用的开拓方法和采矿方法；只要条件许可，适当的增加阶段高度，可以减少阶段数目，降低开拓、采准工程量，减少矿石损失和贫化。近年来受凿岩设备的进步影响，阶段高度有增加的趋势。第二节阶段和矿块二、矿块在阶段中沿走向每隔一定距离，掘进天井连通上、下两个相邻的阶段运输平巷，将阶段再划分为独立的回采单元，我们把这样的回采单元叫做矿块。矿床的赋存条件不同，则开采矿块的方法也不同。第二节阶段和矿块第三节盘区和采区一、盘区当开采水平和微倾斜矿床时，（即矿体倾角<5°的矿床）如果矿床的厚度不超过允许的阶段高度，此时，在井田内不再划分为阶段。为了工作上的方便，将井田用盘区运输巷道划分为长方形的矿段。我们把这矿段称为盘区。（当矿体厚度很大时，仍然划分为阶段来开采，如梅山铁矿）。第三节盘区和采区第三节盘区和采区二、采区1）在盘区中沿走向每隔一定距离，掘进回采巷道连通相邻两个盘区运输巷道，将盘区再划分为几个独立的回采单元，把这个独立的回采单元称为采区。2）采区范围：上、下以阶段平巷为界，其高度为阶段高度，长度以采区天井（或上山）为界。长度根据采矿方法不同，可变化在10～40为至30～60米之间。第四节矿床的开采顺序一、井田中阶段的开采顺序（1）下行式——即自上而下进行开采。即先采上阶段，而后开采下阶段。也可以同时开采几个阶段。下行式开采的优点是：可以节省初期投资，缩短基建时间；在逐步向下的开采过程中，能进一步探清深部矿体，避免浪费；生产安全条件好；适用的采矿方法范围广。在生产实际中，一般多采用下行式开采顺序。第四节矿床的开采顺序一、井田中阶段的开采顺序（2）上行式——与下行式相反。上行式开采顺序，仅在开采缓倾斜矿床时的某些特殊情况下使用。例如地表无废石场（存放废石的场地），必须将上部的废石充填于下部的采空区，或者以深部采空区做为蓄水池用等优点：有利于废石不出坑；减轻地表的沉降变形；第四节矿床的开采顺序二、阶段中矿块的开采顺序阶段中矿块的开采顺序，按照回采工作对主要开拓巷道（主井、平硐及出矿巷道）的位置关系，可分为三种：（1）前进式回采（2）后退式回采（3）混合式回采第四节矿床的开采顺序（1）前进式回采：当阶段运输平巷掘进一定距离后，从靠近主要开拓巷道的矿块开始回采，向井田边界依次推进。【优点】矿井初期基建时间短，投产快。【缺点】增加了采准巷道的维护费用。（2）后退式回采——阶段运输巷道掘进到井田边界后，从井田边界的矿块开始，向主要开拓巷道方向依次回采。这种开采顺序也可分为三种：双翼、单翼和侧翼回采。【优点】巷道维护费用低。【缺点】矿井初期基建时间长，投产慢。

第四节矿床的开采顺序第四节矿床的开采顺序（3）混合式回采——混合式回采是指初期采用前进式开采，当阶段运输平巷掘进完毕后，再改为后退式开采，或既前进，又后退同时开采。【优点】兼顾了前两种的优点【缺点】生产管理比较复杂三、相邻矿体的开采顺序一个矿床如果有许多彼此相距很近的矿体，那么在开采其中一个矿体时，将会影响邻近的矿体。在这种情况下，确定合理的开采顺序，对于生产的安全和资源的回收都有很重要的意义。第四节矿床的开采顺序第四节矿床的开采顺序（1）当矿体倾角（α）小于或等于围岩的崩落角（β）时，应当采取从上盘向下盘推进的开采顺序。这样的开采顺序是：先采矿体Ⅱ，（后采矿体Ⅰ）使采空区的下盘围岩不会移动，固而不会影响下盘矿体Ⅰ的开采。若反之，就会影响矿脉Ⅱ的开采。（2）当矿体倾角大于围岩崩落角，两矿体又相距很近，此时无论先采那条矿脉，都会因采空区围岩移动而相互影响。在这种情况下，相邻矿体的开采顺序，应当根据矿体之间夹石层的厚度，矿石和围岩的较固性，所选取的采矿方法和技术措施而定。一般是用先采上盘矿体，后采下盘矿体的开采顺序。如果夹石层不大，采用充填结成凿矿法时，也可以采用由下盘向上盘的开采顺序。

在同一个井田的数个矿体，往往有贫富不均，厚深不均，大小不一及开采条件难易不同复杂条件。在这种条件下，应遵循以下原则未开采，即：贫富兼采，深厚兼采，大小兼采，难易兼采。

否则，将会破坏合理的开采顺序，将会造成严重的资源损失。第四节矿床的开采顺序第一节矿床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）回采工作一、矿床开拓从地面掘进一系列巷道达到矿体，使矿体连通地面，形成人行、通风、运输、排水、供电、供风、供水等系统。第一节矿床开采步骤开拓的目的①把井下将要采出的矿石废石运到地表②把废水和污浊的空气排到地表③把人员、材料高级设备运到井下进行生产开拓巷道为了达到上述开拓目的而掘进的巷道，称为开拓巷道。例如井筒（竖井、斜井）、平硐、石门、井底车场、井下大的硐室、主要阶段运输巷道、主溜矿井，充填井等，都属于开拓巷道。第一节矿床开采步骤第一节矿床开采步骤二、采准工作在已经开拓完毕的矿床里，掘进采准巷道。将阶段划分成矿块作为独立的回采单元。并在矿块内创造人行、凿岩、放矿、通风等条件。①划分矿块——即将阶段再划分成矿块，作业独立的回采单元。②创造条件——它为下一步回采工作创造条件（行人、通风、凿岩、出矿等条件）。第一节矿床开采步骤采准系数衡量采准工作量的大小指标。采准系数（K1）：是指每一千吨矿块采出矿石总量所需要掘进的采准巷道切割巷道的米数。即K1=（ΣL/T）×1000米/千吨式中：

ΣL指一个矿块中采切巷道的决长度(米）。

T指一个矿块的采出矿石总量（即为T总出）（吨）第一节矿床开采步骤第一节矿床开采步骤三、切割工作指在已经采准完毕的矿块里，为大规模回采矿石开辟自由面和自由空间的工作。如：拉底巷道、开辟拉底空间、开掘切割天井，形成切割立槽，在漏斗颈基础上把漏斗辟开等第一节矿床开采步骤四、回采工作当切割工作完成以后，就可以进行大量的采矿叫回采工作。包括：落矿、运搬和地压管理三个主要工作。（1）落矿工作：以切割空间为爆破自由面，用凿岩炸破的方法崩落矿石。落矿方式：一般是根据矿床的赋存条件，所采用的采矿方法及凿岩设备，选用浅孔、中深孔、深孔及药室等落矿方法。浅孔落矿：孔深不大于3～5米，孔径30～46mm中深孔落：孔深在15米以下，孔径50～70mm深孔落矿：孔深在15米以上，孔径90～110mm

（2）矿石运搬工作在矿块内，把爆破崩下来的矿石运到运输巷道，并装入矿车中的工作，运搬工作仅仅限于矿块内（即采场内，）采场之外的叫运输。矿石运搬方式：1．重力运搬：例如用普通漏斗放矿的浅孔凿矿法就是重力运搬。2．机械运搬——如用电耙、装运机、铲运机、汽车、皮带动输机等设备运搬矿石。3.爆力运搬：利用爆破动能，抛掷矿石到受矿巷道。矿体倾角在30~35º4.水力运搬：薄和中厚倾斜矿体，处理底板残留。在矿块回采中，采用那一种运搬方式比较合适，这主要取决于选用的采矿方法和矿床的赋存条件以及所选用的运搬机械等。第一节矿床开采步骤第一节矿床开采步骤（3）地压管理

矿石采出来以后，在地下形成采空区，经过一段时间后，矿柱和上、下盘围岩就发生变形、破坏、崩落等现象。我们把这种现象叫地压。在回采过程中，必须要控制地压和管理地压，并且要清除地压产生的不良影响，以保证生产的安全性，我们把这些工作算为地压管理工作。地压管理的方法①留矿柱支撑采空区；②用充填料充填采空区；③用崩落的围岩来管理地压；

第一节矿床开采步骤第二节矿床开采步骤间的关系矿床开采步骤间的关系彼此超前

开拓要超前于采准采准要超前于切割切割超前于回采

而究竟超前多少，这是由三级矿量来决定的，一般矿山遵循的三级矿量是“316”，即开拓三年，采切1年，待采矿量半年。①开拓矿量开拓矿量。在矿床中，已经形成了主要井筒、中段运输巷道、通风及排水等巷道，形成完整的开拓通风排水系统所圈定的矿量叫做开拓矿量。②采准矿量采准矿量是开拓矿量的一部分。在开拓矿量的基础上，全部完成了采矿方法所规定的矿房、矿壁和矿柱内采准巷道后所圈定的矿量叫采准矿量。③备采矿量备采矿量是采准矿量的一部分。在采准矿量的基础上，全部完成了采矿方法所规定的切割工程量，能立即回采的矿块中的矿量，叫待采矿量。第三节三级储量第四章矿石损失和贫化矿石损失：凡在开采过程中造成矿石在数量上的减少，叫做矿石损失。（1）开采过程中损失的工业储量与工业储量之比率叫损失率（2）采出的矿石量与工业储量之比率，叫矿石回采率矿石贫化：凡在开采过程中造成矿石质量的降低，叫做矿石贫化。（1）混入采出矿石中的废石量与采出矿石量之比率，叫废石混入率（2）因混入废石量和在个别情况下高品位粉矿流失而造成矿石品位降低的百分率，叫矿石贫化率直接法间接法矿床开采强度:是指矿床开采的快慢程度。一、年下降深度h条件：矿体厚度5~15m，矿体倾角60º二、开采系数：用每1m2矿体的水平面积每年（或月）采掘顿数所表示的单位生产能力来评价矿床的开采强度，这个指标叫做开采系数CkCk＝A/S矿井生产能力是在正常生产时期，单位时间内采出的矿石量一、确定矿井生产能力的依据根据矿床地质条件、资源条件、技术