第一章金屬礦床的工業(yè)特點2015

第一章金屬礦床地下開采基本概念第二章金屬礦床地下開拓方法第三章主要開拓巷道與輔助開拓巷道第四章礦床開拓方案選擇第五章采準與切割第六章礦床開采過程與采礦方法概述第七章空場采礦法第八章充填采礦法第九章崩落采礦法地下開采第一章金屬礦床地下開采基本概念第一節(jié)金屬礦床的工業(yè)特點第二節(jié)礦石和圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)第三節(jié)礦床開采順序第四節(jié)礦床開采步驟和三級礦量第五節(jié)礦床開采強度第六節(jié)礦井生產(chǎn)能力第七節(jié)礦石損失與貧化第一節(jié)礦石與圍巖的工業(yè)特征一、礦體與圍巖、礦石與廢石（Oreandwaste）礦石：地殼里面的礦物集合體，在現(xiàn)代技術(shù)經(jīng)濟水平條件下，能以工業(yè)規(guī)模從中提取國民經(jīng)濟所需的金屬或礦物產(chǎn)品。礦體：礦石的聚集體。礦床由一個或幾個礦體組成。廢石：在礦體周圍的巖石（圍巖）以及夾在礦體中的巖石（夾石），不含有效成分或含量過少，當(dāng)前不宜作礦石開采。礦石與廢石的概念是可以發(fā)生改變的。礦石邊界品位：是對圈定礦體的單個樣本的有用組分含量的最低要求，是礦石與廢石的分界線。礦石品位：是礦石中的有用金屬（組分）含量，單位%或g/t或g/m3。原礦品位：是礦床中未開采時的礦石品位。采出礦石品位：采出的純礦石與混入的廢石的綜合品位。二、金屬礦石的種類

放射性礦石radioactiveore（鈾，釷等）。金屬礦石；作為提取金屬成分的礦石。根據(jù)金屬種類可分；貴重金屬礦石preciousmetallicore（金，銀等），有色金屬礦石Non-ferrousore（銅，鉛，鋅等），黑色金屬礦石ferrousore（鐵，錳，鉻），稀有金屬sparseore（鉭，鈮等）,硫化礦石sulfurousore，它的礦物化學(xué)成分為硫化物，（黃銅礦CuFeS2）。根據(jù)礦石所含金屬成分數(shù)目可分：單一金屬礦石singlemetal多金屬礦石。Multi-metals根據(jù)礦石的化學(xué)成分可分：自然金屬礦石naturalmetalore，它以單一元素存在于礦床中（如自然金，銀）。氧化礦石oxidativeore，它的礦物的化學(xué)成分為氧化物，（赤鐵礦Fe2O3等）。混合礦石mixedore，由前三種中的兩種或三種組成。三、金屬礦床的工業(yè)特性金屬礦床的主要特點表現(xiàn)為：

金屬礦床的地質(zhì)條件較復(fù)雜，對礦床開采影響較大。1、礦床賦存條件不穩(wěn)定2、礦石品位變化大3、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜4、礦石和圍巖的堅固性大5、礦床的含水性第二節(jié)礦石和圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)

堅固性strength，礦石和圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)對礦床開采影響較大的有。碎脹性swell。穩(wěn)定性stability，結(jié)塊性adhesion氧化性oxidizing,自然性flame，含水性watercontent,一、堅固性R——礦巖的極限抗壓強度，Mpa。堅固性：礦巖的堅固性是一種抵抗外力（綜合的外力）的性能，如在鍬，鎬，機械破碎，炸藥爆炸等的外力。堅固性的大小用堅固性系數(shù)f表示。它反映礦巖的極限抗壓強度，鑿巖速度，炸藥消耗量等的平均值。(1-1)二、礦巖穩(wěn)定性穩(wěn)定性可分為五種

穩(wěn)定性:礦石和圍巖在空間允許暴露面積的大小和暴露時間長短的性能。極穩(wěn)固：指不支護暴露面積在800m2以上。極不穩(wěn)固：是指掘進巷道或開辟采場時，不允許有暴露面積，否則可能產(chǎn)生片幫或冒落現(xiàn)象。不穩(wěn)固：是指掘進巷道或開辟采場時，允許有較小的不支護暴露面積，一般允許的暴露面積在50m2以內(nèi)。中等穩(wěn)固：指不支護暴露面積為50~200m2穩(wěn)固：指不支護暴露面積為200~800m2。三、結(jié)塊性(2)高硫礦石遇水后，由礦石表面氧化，形成硫酸鹽簿膜，受壓后連結(jié)在一起。結(jié)塊性:采下的礦石，在遇水和受壓并經(jīng)過一段時間后，又結(jié)為整塊的性質(zhì)。礦石結(jié)塊的因素有：(1)礦石中含有粘土質(zhì)物質(zhì)，受潮及受壓后粘結(jié)在一起。四、氧化性

高硫礦石（含硫在18~20%以上）具有自燃性。它對采礦不利。五、自燃性礦石的氧化性是指硫化礦石在水和空氣的作用下，變化為氧化礦石的性質(zhì)。氧化后的礦石將降低選礦回收率。六、含水性礦石和巖石吸收和保持水分的性能。它隨礦巖的孔隙度和節(jié)理裂隙而變化。對采礦有不利影響。七、碎脹性

礦巖在破碎后，碎塊之間有較大的空隙,，其體積比原礦巖的體積要增大，這種性質(zhì)叫碎脹性。

碎脹系數(shù)：破碎后的體積與原巖石的體積之比。（1.2~1.5）,當(dāng)?shù)V巖裝入運輸容器后，由于二次松散，其碎脹系數(shù)可達1.8~2.0。第三節(jié)礦床回采單元的劃分及開采順序miningblockandminingsequence1.礦田和井田劃歸一個礦山企業(yè)開采的全部礦床叫礦田。在一個礦山企業(yè)中劃歸一個礦井（坑口）開采的全部礦床或其中一部分叫井田。如圖1-1所示。

一、礦床回采單元的劃分OrebodyMainshaftVentilationshaftVentilationshaftSubsidiaryOrebodyOrebodyVentilationshaftVentilationshaftMainshaftSubsidiaryshaft礦田包括一個或數(shù)個井田。開采一個很大的礦床時，確定合理的井田范圍，需考慮以下因素：(1)國家對礦山基本建設(shè)時間和年產(chǎn)量的要求;constructionperiodandproductivityrequirement(2)礦床的勘探程度;explorationdegree(3)礦床的埋藏特點;featuresoforebody(4)礦區(qū)地表地形條件;topographyofminedarea(5)最好的經(jīng)濟效果。Besteconomics2.階段和礦塊1)階段和階段高度階段：在開采緩傾斜，傾斜和急傾斜礦床時，在井田中每隔一定的垂直距離，掘進一條或幾條與走向一致的主要運輸巷道，將井田在垂直方向上劃分為礦段，這個礦段叫階段。上下兩個相鄰階段運輸巷道底板之間的垂直距離，叫階段高度。如圖下中的h。上下兩個相鄰階段運輸巷道沿礦體的傾斜距離，叫階段斜長。StopeorblockHMainshaftSub-sideraryshaftOrepassdevelopmentlevel00H影響階段高度的因素有：礦體的傾角，厚度，沿走向的長度；礦巖的物理力學(xué)性質(zhì)；采用的開拓方法和采礦方法；階段開拓，采準，切割和回采時間；階段礦柱的回采時間；階段礦柱的回采條件；每噸礦石所攤的基建開拓和采準費用；每噸礦石所攤的提升，排水及回采費用；地質(zhì)勘探和生產(chǎn)探礦的要求，礦床勘探類型和礦體形態(tài)變化。階段高度的確定：1）階段高度的基建費和經(jīng)營費攤到一噸備采儲量的數(shù)額應(yīng)最??；2）保證能及時準備階段；3）保證工作安全。礦塊：在階段沿走向每隔一定距離，掘進天井連通上下兩個相連階段運輸巷道，將階段再劃分為獨立的回采單元，此獨立的回采單元叫礦塊。如下圖中的Block或stope.StopeorblockHMainshaftSubsidiaryshaftOrepassdevelopmentlevel3、盤區(qū)和采區(qū)

盤區(qū)：在開采水平和微傾斜礦床時，如果礦床的厚度不超過允許的階段高度，則在井田內(nèi)不再劃分階段。此時，將井田用盤區(qū)運輸巷道劃分為長方形的礦段，此礦段稱盤區(qū)。

采區(qū)：在盤區(qū)中沿走向每隔一定距離，掘進采區(qū)巷道連通相鄰兩個盤區(qū)運輸巷道，將盤區(qū)劃分為獨立的回采單元，這個單元稱采區(qū)，如圖2-3中。盤區(qū)采區(qū)haulage1、井田中階段的開采順序：上行式開采：先開采上部階段，后采下部階段。下行式開采：先開采下部階段，后采上部階段。大部分礦山用下行式開采。上行式開采僅在某些特殊條件下使用：如緩傾斜礦床，地表無足夠排棄廢石的場地，利用采空區(qū)作排廢。在開采金屬礦床時，不僅要將礦床從空間劃分成各級回采單元，而且還要在采掘時間上遵循一定的開采順序。2、階段中礦塊的開采順序：階段中礦塊的開采順序可分為三種：（如圖1-4）.1、前進式開采2、后退式開采3、混合式開采二、礦床的開采順序MainshaftMainshaft前進式：從主井附近的礦塊開始，逐個依次進行回采。優(yōu)點：初期基建時間短，投產(chǎn)快，缺點：開拓系統(tǒng)不夠完善，生產(chǎn)效率較低。后退式：當(dāng)階段運輸巷道掘進到井田邊界后，從井田邊界的礦塊開始，向主井方向依次進行回采，優(yōu)點：能較好探礦，系統(tǒng)完善，生產(chǎn)效率高，但基建時間長，投產(chǎn)慢。三.礦相鄰礦體的開采順序：

移動角移動范圍移動角移動范圍一般先采上盤礦體，后采下盤礦體的開采順序。貧富兼采，厚薄兼采，大小兼采，難易兼采。第四節(jié)礦床開采步驟和三級礦量一、礦床開采步驟(Miningsteps)金屬礦床地下開采可分為開拓，采準，切割和回采四個步驟。Oreminingincludesfoursteps.Itisdevelopment,miningpreparation,cutandrecovery.1、礦床開拓：從地面掘進一系列巷道通達礦體，以便把將要采出的礦石運至地面，同時把新鮮空氣送入地下，并把地下污濁空氣排出地表，把礦坑水排出地表，把人員，材料和設(shè)備等送入地下和運出地面，形成提升，運輸，通風(fēng)，排水以及動力供應(yīng)等完整系統(tǒng)，稱為開拓，為此目的而掘進的巷道，叫開拓巷道Development:Firstworkmanexcavatesaseriesofdrifttotheorebodyinordertodelivertheoreminedtothesurfaceandatthesametimedeliverthefreshairtothestopeandventilatethepollutedairfromthestopetothesurface,sendtheworkmantothestope,formulatetheintegralsystemofhoisting,delivering,ventilating,drainingandpowersupplyingandsoon.Thedriftexcavatedforthispurposeiscalleddevelopmentdrift.2、礦塊采準：采準工作：是指在已開拓完畢的礦床里，掘進采準巷道，將階段劃分成礦塊作為回采的獨立單元，并在礦塊內(nèi)創(chuàng)造行人，鑿巖，放礦，通風(fēng)等條件。采準系數(shù)K1：是指每一千噸采出礦石量所需掘進的采準，切割巷道米數(shù)，它用下式計算：K1=∑L/T∑L──一個礦塊中采準巷道和切割巷道的總長度，米；T──礦塊的采出礦石量，噸。采準工作比重K2:是礦塊中采準，切割巷道的采出礦石量T'與礦塊采出礦石總量T的比值，即:K2=(T'/T)×100%Long-holedrillingandblastingdrillingaccess1drillingaccess2UndercutfandrillingTransportdriftLoadingcrosscutDrawingpointSublevelstopingBig-holeopenstopingDevelopmentdriftLong-holedrillingChargingandblastingMuckingoutpillarroom-and-pillarstopingCavedhangingwallPreparationdrillingandblastingLong-holedrillingdrilledchargingDevelopmentofnewsublevelsublevelsFootwalldriftsOrepassHaulagelevelSublevelcavingBlockminingpreparation:Miningpreparationworkisdoneintheorebodyinwhichthedevelopmentworkisdone.Intheblockaseriesofdriftsareexcavated.Thesedriftsdividethelevelintoblocks.Theseblocksareindependentminingblocks.Thenintheblockthemanpassanddrawingdrift3、切割工作(cutting)切割工作是指在已采準完畢的礦塊里，為大規(guī)?；夭傻V石，而開辟自由面和自由空間（拉底或切割槽），有的還要把漏斗頸擴大成漏斗形狀（稱為劈漏），為以后大規(guī)模采礦創(chuàng)造良好的爆破和放礦條件。4、回采工作recovery切割工作完成后，就可以進行大量的采礦（有時切割工作和大量采礦同時進行），此工作稱為回采?；夭晒ぷ靼ǎ?）落礦，2）運搬,3）地壓管理三項主要作業(yè)工作(包括充填支護，噴錨網(wǎng)支護等工作)。落礦運搬采場回采工作循環(huán)包括落礦、礦石運搬、地壓管理三項主要工藝，此外還有移動設(shè)備、接風(fēng)水管、運送支護材料、處理浮石等。二、三級礦量

金屬礦床開采需要形成一定的儲備礦量，以保證礦山企業(yè)正常持續(xù)地進行生產(chǎn)。1、礦床開采步驟。金屬礦床地下開采一般分為開拓、采準、切割和回采四個步驟（采準和切割關(guān)系密切，也可以和為一個步驟，稱采切）。以上四個步驟在空間和時間上都必須密切配合。它們之間在基建時期可以是依次進行，在正常生產(chǎn)時期是下階段的開拓工作和上階段的采切工作同時進行。為了保證礦山能持續(xù)均衡生產(chǎn)，必須使開拓工作超前采準、采準超前于切割，切割超前于回采。各工作階段的超前時間應(yīng)符合行業(yè)標準。2、三級儲量將礦石儲量按開采準備程度劃分為開拓儲量，采準儲量和備采儲量三級，這就叫三級儲量。

1）開拓儲量：凡開拓所包括的開拓巷道，均已開掘完畢，構(gòu)成主要運輸和通風(fēng)系統(tǒng)（提升，放礦設(shè)施及主要運輸巷道鋪軌架線工程）并可掘進采準巷道者，則在此開拓巷道水平以上的設(shè)計儲量，稱為開拓儲量第1~3階段，即紅線以上部分的礦體儲量為開拓儲量。第4階段雖然已經(jīng)開拓，但沒有形成系統(tǒng)，不計入開拓儲量。2）采準儲量：在已開辟的礦體范圍內(nèi)，按設(shè)計規(guī)定的采礦方法所需掘進的采準巷道均已完畢，則此礦塊的儲量，叫采準儲量。它是開拓儲量的一部分當(dāng)分段巷道掘進完畢，則該分段以上的礦體可計入采準儲量。3）備采儲量：已做好采礦準備的礦塊，完成了拉底空間或切割槽，劈漏等切割工程，可立即進行采礦時，則此礦塊內(nèi)的儲量，稱為備采儲量。它是采準儲量的一部分。圖中，9——切割巷道，10——切割天井已經(jīng)完成，則該水平的礦體可計入備采礦量。3、三級儲量的計算

開拓儲量：Qk

Qk=A·tk·(1–r)/K式中：A──礦井年產(chǎn)量（選廠年處理原礦石能力），t/y；tk──開拓儲量的保有期限，y；（3~5年）r──廢石混入率（混入采出礦石中的廢石量與采出礦石量之比）%；K──礦石回收率（采出的純礦石與工業(yè)儲量之比率），%

采準儲量Qc:

Qc=A·tc·(1–r)/K式中：tc──采準礦量的保有期限，y（1~2年）備采儲量QB

QB=A·tB·(1–r)/(K×12)

式中：tB──備采儲量的保有期限，月。（6~12個月）

三級礦量

黑色金屬礦山有色金屬礦山

開拓礦量

采準礦量

備采礦量

3~5年

1．5~2年

6~12個月3年

1年左右

6個月左右

第五節(jié)礦床開采強度，礦井生產(chǎn)能力一、礦床開采強度礦床開采強度：礦床開采的快慢程度。常用的強度指標為：1）回采工作的年下降深度由礦山測量人員按年初及年終測定的數(shù)據(jù)，采出礦石量及礦體水平面積推算確定。它由公式確定：式中：h──年下降深度，m；A——礦井的生產(chǎn)能力，t/y;S——礦體的水平面積，m2,D——礦體的比重，t/m3,r——廢石的混入率，%K——礦石總回收率；%。2、開采系數(shù)：用每1m2礦體的水平面積每年（每月）采掘噸數(shù)所表示的單位生產(chǎn)能力來評價礦床的開采強度，這個指標叫開采系數(shù)Ck,

式中A──礦井年生產(chǎn)能力，t/a；S──礦體水平面積，m2。

二、礦井生產(chǎn)能力礦井生產(chǎn)能力是在正常生產(chǎn)時期，單位時間內(nèi)采出的礦石量。按年采出的礦石量叫礦井年產(chǎn)量。1、確定礦井生產(chǎn)能力的依據(jù)

礦井生產(chǎn)能力，是根據(jù)礦床地質(zhì)條件，資源條件，技術(shù)經(jīng)濟條件，綜合分析經(jīng)濟，技術(shù)，安全和時間因素等確定的。

2、礦井服務(wù)年限礦床工業(yè)儲量，礦床生產(chǎn)能力和礦井服務(wù)年限之間的關(guān)系：

式中:A──礦井生產(chǎn)能力，t/a；

Q──礦床工業(yè)儲量，t；

T──礦井服務(wù)年限，a；

K──礦石總回收率，%；

r──廢石總混入率，%。

經(jīng)濟上合理的礦井服務(wù)年限和生產(chǎn)能力如表所示。礦山規(guī)模黑色金屬礦井能力（萬噸/年）有色金屬礦井能力（萬噸/年）礦井服務(wù)年限（年）大型礦山

>100

>100>30中型礦山30~10020~100>20小型礦山<30<20>10~15三、對礦床開采的要求

1、基本要求

1）確保礦床開采工作的安全及良好的勞動條件

2）勞動生產(chǎn)率要高

3）不斷提高開采強度

4）礦石的損失貧化要小

5）降低礦石成本2、對環(huán)境保護的要求

1）保護大氣，樹林，水域和其他自然環(huán)境條件，以及永久重要建筑物不受開采影響，

2）消除生產(chǎn)廢料對環(huán)境的有害影響。3、對提高開采技術(shù)水平的要求1）實現(xiàn)或完善礦山基本生產(chǎn)過程的機械化或綜合機械化。2）實現(xiàn)工藝系統(tǒng)和主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動化。3）組織管理現(xiàn)代化。第六節(jié)礦石貧化和損失一、礦石損失和貧化概念

1、礦石損失：在礦床開采過程中，由于某些原因造成一部分工業(yè)儲量不能采出或采下的礦石未能完全運出地表而損失在地下。凡在開采過程中造成礦石在數(shù)量上的減小，叫礦石損失。2、礦石貧化：在開采過程中，不僅有礦石的損失，而且還會造成礦石品位的下降，這就叫礦石貧化。兩種表示法：(1)凡混入采出礦石中的廢石量與采出礦石量之比率，叫廢石混入率。(2)凡因混入廢石量和在個別情況下高品位礦粉的流失而造成礦石品位降低的百分率，叫礦石貧化率。二、礦石損失和貧化的原因礦石損失的原因：開采損失:在開采過程中與采礦方法、采礦和防礦作業(yè)質(zhì)量有關(guān)的礦石損失。包括：采下?lián)p失——已落礦但未能放出或運出采場的礦石損失。未采下?lián)p失——回采范圍內(nèi)未能采下和不能回收的殘礦體及各種礦柱的礦石損失。

(2)非開采損失(設(shè)計損失)：與開采方法及開采條件無關(guān)的礦石損失.主要包括：因地質(zhì)、水文條件、開采技術(shù)條件、安全條件等不能開采的礦石損失，如保安礦柱等

礦石貧化的原因

(1)采礦過程中，廢石混入；(2)采礦過程中，高品位礦粉的損失；(3)采礦過程中，有用成分氧化