铀矿山采矿工程

铀矿山采矿工程

目录第一章：铀矿山开采的基本概念第二章：铀矿地下开采方法第三章：铀矿露天开采方法第四章：铀矿原地浸出开采方法

前言

中广核铀业发展有限公司2006年8月成立，目前已控制国内外铀资源量数十万吨，其中罗辛南铀矿山（矿建阶段）采用露天开采；谢米兹拜伊铀矿山（建成）采用地浸开采；麻楼铀矿山（筹建）拟采用留矿法和充填法开采；萨瓦甫齐铀矿山（筹建）拟采用崩落法或原地爆破浸出法开采；因此全面了解铀矿山开采方法，对矿山运营有重要意义。第一章：铀矿山开采的基本概念

铀矿开采定义铀矿开采是自地壳内或地表开采铀矿产资源的技术和科学。铀矿采矿系统内容铀矿采矿是一项复杂的系统工程活动，自勘查至回采结束历经数十年的活动周期，且矿产资源的开采具有不可再生的特性。该系统活动涵盖的技术专业约20余个，主要有：工程地质、水文地质、采矿、测量、物探、井建、矿机、安全通风、尾矿、土建、给排水、暖通、环保、机修、电气、通讯、仪表自动化、非标设备等。矿石：指地壳内的各种矿物质。凡能用开采、洗选和冶炼等现代化技术提取国民经济和国防建设各部门所需的金属或矿物产品的，都叫矿石。

金属矿石包括：铀矿石、铁矿石、铜矿石等。非金属矿石包括：石灰石、云母、磷等。

矿床：在地质作用下形成的矿石天然集合体。工业矿床：在现有经济技术条件下，可开发利用的矿床。否则称为非工业矿床。矿床分类：(1)按矿体厚度分类:矿体的厚度：指矿体上盘与下盘间的垂直距离或水平距离。前者称垂直厚度或真厚度(图1-1中的a)。后者称水平厚度(图1-1中的b)。

图

矿体厚度1—矿体上盘；2—矿体下盘3—矿体；α—矿体倾角矿床分类：(1)按矿体厚度分类:

矿体按厚度的不同，可分成五类：⑴极薄矿体：厚度在0.8m以下。⑵薄矿体：厚度在0.8～2m之间。⑶中厚矿体：厚度为2～5m。⑷厚矿体：厚度为5～20m。⑸极厚矿体：厚度大于20m。※矿体的厚度大小对于采矿方法的选择和开拓工程布置有影响。矿床分类：(2)按矿体倾角分类:⑴水平矿床：倾角小于3°⑵缓倾斜矿床：倾角为3°～30°⑶倾斜矿床：倾角为30°～50°⑷急倾斜矿床：倾角大于50°

※矿体的倾角影响到采场中矿石的运搬方式和矿床开拓方法的选择。矿床分类：(3)按矿体形态分类:⑴层状矿床：由于沉积原因形成。⑵脉状矿床：由于热液作用，充填于缝隙中形成。⑶块状矿床：由于充填、气化形成。

矿床工业指标：指用来衡量地质体是否可作为矿床、矿体或矿石的指标，也就是当前工业水平所需求的最低界限。边界品位：划分矿石与废石的分界品位。若有用组分低于边界品位，均按照废石处理。工业品位：指在目前技术经济条件下能够为工业利用提供符合要求的矿石的最低平均品位。最小可采厚度：在当前开采技术水平和经济条件下，矿体可被开采的最低厚度。铀矿按照0.7米。夹石剔除厚度：矿体内矿化夹层应予剔除的最小厚度。小于此厚度的夹石并入矿体计算储量。最低米百分数：最小可采厚度与最低可采品位的乘积。

产状：指矿石或岩石的产出状态，常以走向、倾向和倾角来表示。

矿体的埋藏要素：指矿体埋藏的空间位置和状态，常用走向长度、倾角、厚度和延深表示。

矿岩的物理力学性质：主要有硬度、坚固性、稳固性、结块性、氧化性、自燃性、断层、涌水量、有毒有害气体和碎胀性等指标。工作制度：露天矿山主要受气候条件、设备作业率和采矿规模的影响，坑下矿山主要受设备作业率和采矿规模的影响。通常连续工作制为年工作330天，每天4班，每班6小时。矿井服务年限：矿床工业储量，矿井生产能力和矿井服务年限之间，有下列关系：

A=式中A──矿井生产能力，t／a；

Q──矿床工业储量，t；

T──矿井服务年限，a；

K──矿石总回收率，％；

r──废石总混入率，％。三级矿量：将生产矿量按开采准备程度划分为开拓矿量、采准矿量和备采矿量三级，称为三级储量。三级矿量的确定要根据生产能力、经济条件和管理水平综合确定。根据核工业铀矿冶工程设计规范（2009）规定。

铀矿三级矿量保有期

采掘比：表示坑下矿山开采单位矿石需要做的掘进工程量。它是反映矿山采矿与掘进作业比例关系的指标。(m/kt)

剥采比：指露天矿山开采单位矿石所需剥离的岩石量。有：平均剥采比、分层剥采比、境界剥采比、生产剥采比和经济合理剥采比之分。（废石t/矿石t)

贫化率：采矿过程中混入废石，造成采出的矿石品位降低，这个过程叫贫化；贫化的程度则用贫化率表示。贫化率有视在贫化率和实际贫化率之分。

损失率：矿石的损失量与矿石的工业储量的百分比，称为矿石的损失率。损失率也有实际损失率和视在损失率。第一节：地下开采基本概念

一、井田、矿田和矿区的概念第二章：铀矿地下开采二、走向线、走向、走向长、倾斜线、倾向、倾角三、阶段、矿块和盘区采区的概念四、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）回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第二节：矿山开拓一、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二：开拓方法介绍(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。（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

2.其他竖井开拓方案（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。1-斜井2－石门3-矿体侧翼岩石移动角4－矿体（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。（1）上部平硐下部盲竖井开拓方案（2）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。三：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、矿体厚度和倾角四：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。1、采空区引起的岩层移动及其对主要开拓巷道的影响2、按最小运输功确定开拓巷道位置3、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。五：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六：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。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、倾角、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。第三节：地下采矿方法介绍

一、地下采矿方法定义

地下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，称为地下采矿方法。二、地下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。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。四、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。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>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。三、崩落采矿法分类四、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。三：采矿方法选择

1、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2、影响采矿方法选择的因素。

(一)地质因素(二)、开采技术经济因素：

第三章：铀矿露天开采第一节：概述

一、定义

露天开采指依据矿体赋存条件，用采、装设备在敞露的空间从事开采工作。图露天矿场全貌二、露天开采的优、缺点比较优点：1、基建周期短。2-4年/大型3-4月/小型；2、开采空间大，劳动生产率高。比地下开采高2-10倍；

3、矿石损失、贫化率较小。损失率3%-5%贫化率5%-8%;4、开采成本低；5、劳动条件好，生产安全；缺点：1、开采受到气候影响大；2、基建投资大；3、矿山占地多，对地表环境破坏大；结论：露天开采在经济、安全等方面有明显优势，只要条件允许，应优先采用。图2台阶构成要素1－台阶上部平盘；2－台阶下部平盘；3－台阶坡面；4－台阶坡顶线；

5－台阶坡底线；h－台阶高度；a－台阶坡面角；第二节：露天矿床开拓一、露天矿床开拓露天矿床开拓就是指按照一定的方式和程序，建立地面与采矿场各工作水平之间的运输通道，一保证露天矿场正常生产的运输联系，并借助这些通道，及时准备出新的生产水平。二、露天矿床开拓分类

1、铁路运输开拓

2、公路运输开拓

3、平峒溜井开拓第三节露天开采程序

1、地面准备

2、矿床疏干和防排水

3、矿山基建工作

4、剥离和采矿

5、地表的恢复第四节：露天矿生产工艺过程

一、穿孔工作穿孔工作是开采坚硬矿岩的露天矿必不可少的生产环节，是露天矿采掘作业的直接准备。目前世界各国露天开采使用的穿孔设备，主要是牙轮钻机、潜孔钻机和回转式钻机，一些小露天矿也有采用凿岩台车。二、爆破工作利用炸药爆炸过程中产生的冲击波达到击碎和抛掷矿石的目的。三、采装工作四、运输工作目前我国大中型金属露天矿，主要采用铁道运输、汽车运输，也有采用胶带和箕斗运输。五、破碎工作

原地浸出采铀定义：将配制好的溶浸液，通过注液钻孔注入地下疏松砂岩型铀矿层中，在人工造成的液压驱动下沿矿层渗透，通过扩散和对流作用，与天然埋藏条件下的铀矿物发生化学反应，生成含铀元素的浸出液，浸出液通过抽液钻孔提升至地表后进行水冶的采铀工艺。原地浸出采铀工艺特点：原地浸出采铀主要包括矿床地质和水文地质评价、井型与共距的确定、钻孔结构和施工、溶浸液配制、溶浸范围控制、地下污水防治等方面内容。地浸采铀具有基建投资少，建设周期短，生产成本低，环境保护好，资源利用率高等优点。原地浸出采铀目前只适用于具有适宜的地质、水文地质条件的矿床；浸出结束后需要对地下水进行治理。

第四章：铀矿原地浸出开采方法地浸矿山生产现场

注液孔

抽液孔

产品液接受、溶浸液分配枢纽内部

水冶加工车间外景

水冶加工车间（局部）

黄饼装运车间

原地浸出采铀工艺流程：

地浸矿山开采动画：

适用范围原地浸出采铀不是对任何铀矿床都可以适用的，它必须具备一定的水文地质条件才能使用，其主要适用范围如下：①必须是疏松砂岩型铀矿床，矿石疏松，裂隙发育；②矿体须处于含水层中，含矿层上、下要有隔水顶、底板，即有承压水；③矿石具有一定的渗透性，且矿层的渗透性远大于围岩的渗透性；④矿物成份简单，容易浸出；⑤含矿层厚度与含矿含水层厚度的比值小于0.5；⑥矿体埋深最好小于300m，品位大于0.01%；⑦矿区最好远离城区（>15km），或处于居民生活区下游；⑧交通方便。

地浸采铀与常规采矿相比，具有如下优点：

(1)基建投资少，建设周期短，生产成本低，劳动强度小；

(2)不必建造和管理尾矿堆及尾矿库；

(3)环境保护好，基本不破坏农田和山林。环境污染大为减轻；

(4)从根本上改变了生产人员的劳动和卫生保护条件；

(5)使繁重的采矿工作“化学化