非煤矿床地下开采讲义.doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上非煤矿床地下开采讲 义太原理工大学矿业工程学院采矿工程教研室 专心-专注-专业目 录绪论重点：1.掌握我国的矿产资源概况2.非煤矿床地下开采的特点概述一、我国的矿产资源概况在我国这块古老的大地上，蕴藏着十分丰富的矿产资源，我国是世界上储量丰富，矿产资源品种较齐全的少数几个国家之一。到目前为止，人类已知的矿产约160种，我国已发现了150多种，其中已经查明储量的有130余种。各国已经利用的矿产中，我国几乎都有分布，并且锑、钨、钼、汞、锡、钒、铁、稀土金属、萤石、重晶石、磷、硼、石墨、石膏、膨润土等20多种矿产的储量都居世界前列。以稀土金属为例，据文献记载，仅内蒙白云鄂博

2、一个矿床的储量即相当于国外总储量的三倍左右。我国也是世界上开创采矿业最早的国家之一。据历史记载，早在一万多年以前，我们的祖先就逐渐掌握了开采并利用石料的技术，而在4000多年以前已经能够开采铜、铁、金和煤等矿石。目前我国采矿工业的发展水平，与发达国家相比，虽然还有差距，但就近半个世纪以来的发展速度和矿物原料的产量而言，成就是举世公认的。目前社会经济的绝大多数部门，都直接或间接的需要采矿工业提供金属矿石、燃料、建筑材料、研磨材料、陶瓷和玻璃原料、盐类和矿物肥料等原材料，而且随着经济的发展，科学技术的进步，无论是需求的开采量还是开采品种都在迅速增长。例如，据近60年的统计，许多金属矿产的消耗量增长

3、了几倍至几十倍甚至上千倍。这清楚地表明，社会经济和人类文明的发展，与矿产资源开发利用的关系多么密切。因此，人们把采矿工业称作是社会经济的工业基础，是人类赖以生存和发展的重要物质保证。二、非煤矿床地下开采的特点概述非煤矿床开采是采矿工业的重要组成部分，其开采对象为除煤、石油和天然气以外的所有金属和非金属矿床。非煤矿床的开采方式，目前国内虽然有些尚以露天开采为主(90以上的黑色金属矿山以及建材矿山的绝大多数)，但随着工业和科学技术的发展，对矿物原料需求量的迅速增加，不仅现有的矿井开采深度越来越大，而且露天矿山也要陆续转为地下开采。非煤矿床地下开采，就其开采过程来讲，与我们熟悉的煤矿地下开采基本上是

4、相似的，也要经过矿床开拓，矿块采准(类似煤矿的采区准备)和工作面回采等程序。但由于多数非煤矿床，特别是金属矿床的形成条件、赋存状况、矿岩的力学和物理化学性质等方面与煤矿床有着明显的不同，因此也就自然形成了许多特点。非煤矿床的形成多与岩浆活动有关，矿体中有用组分的构成不仅比较复杂，而且分布也不均匀。矿床的规模，除沉积矿床外，一般都较小。非煤矿床中矿体的倾角，除沉积矿床外多为急倾斜，而且矿体多埋藏于山区或丘陵地区，所以矿床开拓方法主要为单一竖井和平硐开拓，斜井开拓相对不多。同时，由于无轨自行采矿设备的应用，还出现了无轨斜坡道开拓法。非煤矿床中联合开拓方法的应用比较广泛，但在阅读本书有关内容后，将会

5、发现它与煤矿的综合开拓方式也有区别。由于非煤矿床的规模一般较小，赋存条件复杂，开采对象多数属硬度较大的矿体，所以在井工开采的条件下，机械化回采的普遍性和机械化程度都不如煤矿高，而且一个开采单元往往只布置一个回采工作面，因而矿山的生产能力，就国内而言一般也较小，像煤矿那样年产数百万吨的矿山还不多。非煤矿床的赋存条件形形色色，矿体形状多种多样，产状复杂多变，矿石种类繁多，价值不一，因而采矿方法种类多，仅常用的采矿方法典型方案就有20多种。其中除少数与采煤方法有相似之处外，绝大多数与采煤方法不同。非煤矿床回采工艺的最大特点是普遍采用凿岩爆破法落矿和广泛利用矿岩自身的稳固性来维护采场。与采煤不同，矿石

6、的硬度决定了非煤矿床一般只能采用凿岩爆破法落矿。因此，工作面产量一般很低，日产仅12百吨甚至几十吨(采用直径大于90mm、孔深大于15m的深孔落矿时，工作面也可达到较高的生产能力)。机械落矿只能用于中硬以下的矿石，如锰矿、钾盐和天然碱矿等。除此之外，利用部分矿石特有的物理化学性质，还可以采用化工技术采矿，这是类似于煤的地下气化和液化的采矿工艺，目前已用于开采可溶性盐类矿床(水溶法)、自然硫矿床(热熔法)，以及铜、铀、金、银等金属矿床(溶浸法)。至于采场维护，则有强制或自然崩落围岩，充填采空区和利用矿岩自身的稳固性等方法来管理采场地压。与采煤一样，“采”与“控”也是采矿工艺的一对矛盾。坚硬的矿石

7、和稳固的围岩会给机械化落矿造成极大困难，但却为地压管理提供了有利条件，工作面内常常无需采用人工支护，从而使“顶板管理”大为简化。近几十年来，采矿技术的巨大发展，已经使非煤矿山的生产能力不断扩大，生产效率显著提高，回采工艺和采掘设备的革新不断得到发展。但随着矿床开采条件的日益复杂和困难，社会对矿产品需求的迅速提高，今后非煤矿山的采矿技术必须仍然以提高生产能力、效率和资源回收率为中心，力求在下述几方面获得尽快发展：作为采矿技术核心的采矿方法，应向落矿能力大、生产效率高、地压控制好、矿石损失贫化少的方向发展，研制机动灵活、适应性强、坚固耐用的无轨和液压设备，不仅应使其多样化和系列化，也应使其辅助设备

8、能够与之配套齐全，改革矿山管理方式，将信息设备、电子计算机及其软件等先进技术应用于矿山，使矿山管理现代化。非煤矿床地下开采虽有许多特点，但与煤矿地下开采毕竟同属一个学科门类，任务又都是开采地下矿产资源，所以，在诸如矿床开拓、运输、提升、排水、通风及安全技术等方面有着不少共同之处。非煤矿床覆岩下放矿的椭球体理论对厚煤层机械化放顶煤开采有一定参考价值，本书将作较系统的介绍。如上所述，非煤矿床地下开采既不同于煤矿地下开采，彼此间又有不少共同之处。因此，在阅读本书或在学习非煤矿床地下采矿方法的过程中，在尽可能加强实践和着重于空间概念理解的同时，如将分析问题的方法、解决问题的原则和途径与煤矿地下开采进行

9、互相对比，从中认识煤与非煤开采的共性和个性将有助于课程内容的理解、领会和掌握。第一章非煤矿床的形成及工业特点重点：1.掌握非煤矿床的各种地质成矿作用2.区别非煤矿床与煤矿床的不同成矿作用难点：1.岩浆矿床与气水热液矿床的成矿作用 2.非煤矿床地下开采方法受成矿作用的影响第一节基本概念一、 非煤矿床、矿产非煤矿床：指除煤、石油和天然气以外的其余矿床，包括金属和非金属矿床。矿产：指在各种地质作用下，形成于地壳内的能被国民经济利用的矿物资源，它们是人类社会重要的生产资料和劳动对象。矿产资源与一般生产资料的重要区别就在于它们是不能再生的。矿产资源的种类繁多，它们的成因、性质、用途等各不相同，根据其工业

10、用途目前一般分为金属矿产、非金属矿产和可燃有机岩矿产三大类。金属矿产：指可以从中提取金属元素的矿物资源。按照金属矿产的工业用途又可将其分为黑色金属矿产(如铁、锰、铬、钒、钛等)、有色金属矿产(如铜、铅、锌、锡、锑、汞、铝、镁等)、贵重金属矿产(如金、银、铂等)，放射性金属矿产(如铀、钍、镭等)，稀有金属和分散元素金属矿产(如钽、铌、铍、锂、锆等)。非金属矿产：指可以从中提取非金属元素或直接利用的矿物或矿物集合体。按照非金属矿产的工业用途可分为冶金辅助原料(如萤石、菱镁矿、耐火粘土等)、化学工业原料(如磷灰石、黄铁矿和钾盐等)、制造工业原料(如石墨、金刚石、云母、刚玉、石棉等)、陶瓷及玻璃工业原

11、料(如长石、石英砂、高岭土和粘土等)，建材及水泥工业原料(如砂石、浮石、白垩、石灰岩、石膏、花岗岩和珍珠岩等)，工艺美术原料(如硬玉、软玉、玛瑙、水晶、孔雀石、琥珀，蛇纹石等)，铸石和研磨材料(如辉绿石、石榴石和金刚石等)。可燃有机岩矿产：指能提供有机能源的地下资源，除我们所热悉的煤外，还有石油、天然气、油页岩、地沥清等。上述矿产资源中，在我国除其中少数几种外，都已探明了一定的储量，特别是稀土、钨、锡、铝、锑、铋、硫铁矿、菱镁矿、硼等20多种的储量都居世界前列。二、矿石矿石是指在目前的技术经济条件下，在质和量两方面都能为国民经济所利用的矿物集合体。根据矿石中有用成分的用途和性质，可将其分为金属

12、矿石和非金属矿石两大类，根据矿石品位高低，有富矿和贫矿之分，按化学成分，又有氧化矿和硫化矿等之分。矿石品位是指矿石中有用成分(元素、化合物或矿物)的单位含量。对于金属矿石一般是指其中的金属元素或指其氧化物、硫化物的含量，对于非金属矿石，是指其中的非金属元素或有用矿物的含量。矿石品位的表示方法因矿石类型的不同而不同，一般以矿石中有用成分重量的百分数来表示。一般情况下，矿体中矿石有用成分的分布是不均匀的，有些部分的含量高，有些部分的含量低，只有平均含量达到或超过工业品位(最低工业品位)的矿段才具有开采价值而计算其储量。所谓工业品位是指在当前的技术经济条件下可以开采利用的矿石中有用成分的最低平均含量

13、。三、矿体、围岩与废石矿体是具有一定形状和产状的矿石集合体。矿体周围无开采价值或尚无开采价值的岩石叫围岩。与煤矿不完全相同，通常将矿体上部的岩石统称为上盘围岩。同样，位于矿体下部的岩石统称为下盘围岩。矿体中矿石晶位达不到工业要求而无开采价值或尚无开采价值的部分称为夹石。围岩与夹石统称为废石，矿体与围岩的界线有些是明显的，有些是不明显而呈渐变型的，后一种情况中，矿石品位的分布是不均匀的，所以这种矿体不一定全部可供开采。因此，确定这种矿体的开采范围时，必须确定满足最低工业品位要求的块段边界，而确定这个边界的重要依据即边界品位。边界品位是划分矿石与废石的有用成分的最低含量标准。四、矿床矿体及其围岩的

14、集合体叫作矿床。矿床可由一个矿体组成，也可由多个矿体组成。自然界的矿床千差万别，种类繁多。对矿床有多种分类方法，除下一节要讨论的按矿床成因分成内生、外生和变质矿床外，还有同生矿床与后生矿床、工业矿床与非工业矿床、金属与非金属矿床和可燃有机岩矿床之分。同生矿床与后生矿床是一种按矿体与围岩形成的先后进行分类的方法。同生矿床是指矿体与其围岩是在同一地质作用下，于同一地质时期或近于同一地质时期形成的矿床，例如沉积矿床。后生矿床是指矿体与其围岩是在不同的地质作用下，且矿体的形成时期明显晚于围岩形成时期的矿床，例如：侵入沉积岩中或充填于岩石裂缝中的脉状矿床。工业矿床与非工业矿床是根据矿床的工业利用价值划分

15、的。工业矿床是在目前的技术经济条件下可以开采利用的矿床，而非工业矿床是目前不能开采利用或尚不能开采利用的矿床。但对于某些非金属矿床，工业上利用的往往就是岩石本身，所以工业矿床与非工业矿床的概念是相对的，随着科学技术水平的发展是可以改变的。根据矿床中有用成分的性质和用途，与矿产的分类方法相同，也可划分为金属矿床、非金属矿床和可燃有机岩矿床三大类。本书讨论的非煤矿床包括金属矿床和非金属矿床。第二节非煤矿床的形成一、概述任何一种矿床中的有用成分，在形成矿床之前都是分散于地壳中的元素，只是由于地壳运动过程中各种成矿作用，把分散的元素或有用矿物集中的结果，才形成了各种各样的矿床。所谓成矿作用是指把地壳中

16、的有用成分分离出来集中富集而形成矿床的地质作用。按照作用的性质和能量来源，成矿作用可分为依赖于地球内部热源的内生成矿作用和由地球表层获得的与太阳能有关的外生成矿作用，以及与内生成矿作用关系密切的变质成矿作用。内生成矿作用的热源主要来自地球内部物质产生的热能，包括岩浆热能、放射性元素的蜕变能、地球重力场内物质调整过程中释放出来的位能，以及地表表生物质转入地球内部后在高压下发生脱水、矿物变化和物质变相过程中释放出来的能量等等。上述作用称为内生成矿作用，形成的矿床称为内生矿床。除火山喷发形成的矿床外，内生矿床是在地球内不同深度、不同温度、不同地质构造条件下形成的。地壳表层裸露的原岩或原矿床，在太阳能

17、的影响下发生大规模风化，风化产物通过地表水、冰川、风力等运搬，然后在一定的地质条件下沉积，使其中的有用成分富集而成为矿床的地质作用称为外生成矿作用，形成的矿床称为外生矿床。外生成矿作用的能量除太阳能外，还有部分生物能和化学能，在火山地区，还可能有与火山活动有关的地球内部热能参加的外生成矿作用。外生矿床一般是在温度和压力都较低的条件下形成的。上述两种成矿作用形成的岩石或矿床，由于地质环境的改变，特别是在区域变质过程中，由于温度和压力的增高，会使原来的矿物组成、化学成分、物理性质、结构和构造等发生不同程度的变化，甚至可使原来的矿床(例如盐类矿床)消失，或者重新组合富集成为一种新矿床，这类矿床称为变

18、质矿床。形成变质矿床的地质作用称为变质成矿作用。变质矿床一般是在温度和压力都较高的条件下进行的。二、内生矿床内生矿床的成因与岩浆侵入活动有密切关系，成矿物质也来源于岩浆。按成矿的物理化学条件不同，可将内生矿床分为岩浆矿床、伟晶岩矿床和气水热液矿床三类。(一) 岩浆矿床岩浆是熔有丰富的金属成矿物质(如铬、镍、钴、铂族元素、钒、钛、铁、铜、铌、 钽等等)、水和其他挥发性组分的硅酸盐熔融体。这种熔融体处于地壳深处的岩浆房中 时，处于平衡状态，当它受到内外动力的作用时，平衡状态被破坏，因而在地壳中产生运移。岩浆在运移过程中，随着温度和压力的变化，其中的各种组分由于熔点不同而顺序结晶出来。早期结晶的矿物

19、受重力作用而在岩浆中下沉、富集成为矿床。这种作用称结晶分异作用，形成的矿床称为岩浆分结矿床。岩浆中的某些金属硫化物，随着岩浆温度和压力的降低，由均匀的混熔状态分离成成分不同而又不混熔的浆体，其中比重大的金属硫化物逐渐向岩浆底部沉降，形成含有金属矿物和硅酸盐矿物的矿床。这种作用称为岩浆熔离作用，形成的矿床称为熔离矿床。如果经强烈的结晶分异作用或熔离作用之后，形成的含矿岩浆或矿浆，沿一定的通道喷发(或爆发)至地表或挤入火山构造中，经冷凝而形成矿床，则称为岩浆喷发或爆发成矿作用，形成的矿床称为岩浆喷溢矿床。岩浆矿床的主要特点是矿体的围岩都为岩浆岩，矿体与围岩之间的界线，有些是明显的，有些则呈浸染状关

20、系。矿体的形状比较复杂，既有层状、似层状，又有透镜状、脉状和不规则状，喷溢矿床中的金刚石矿床主要为筒(管)状。岩浆矿床的类型很多，其中具有工业价值的有铬铁矿、钒钛磁铁矿、含铜镍的硫化矿、磁铁矿和铂族元素矿床等金属矿床，以及金刚石、刚玉和磷灰石等非金属矿床。应当指出，岩浆岩中很多岩石本身就是工业原料或材料，具有重要的工业价值而成为工业矿床，如花岗岩类、玄武岩类、闪长岩类、辉长岩类、辉绿岩类等岩石，以及正长岩、安山岩和斑岩等都可作为建筑材料或装饰材料开采而成为建材矿床。目前还不能利用的岩石(包括后面讨论的外生成矿作用和变质成矿作用中形成的各种岩石)，随着科学技术水平的发展，将会逐步得到开发利用而成

21、为工业矿床。(二) 伟晶岩矿床伟晶岩是岩浆岩中一种晶体特别粗大的岩石。伟晶岩的类型很多，但按成分的不同可分为花岗伟晶岩、碱性伟晶岩和基性-超基性伟晶岩三种。其中，以花岗伟晶岩分布最广泛，岩石中的成分也最具有工业价值。所以，通常所说的伟晶岩矿床主要是指与花岗伟晶岩有关的花岗伟晶岩矿床。伟晶岩的形成是在岩浆经过主要结晶阶段之后，温度下降，浆体中的硅酸盐成分大部分已形成为各种岩浆岩。剩余岩浆中的硅酸盐成分减少，挥发性成分相对集中，而且富集了许多金属物质，特别是稀有金属，导致岩浆的性质发生变化。这种残留下来并高度富集挥发性成分的岩浆称为残余岩浆。当其进一步冷却时，由于其中挥发性成分增多而粘度降低，增大

22、了岩浆的活泼性和流动性。同时，岩浆的凝固温度也大为降低，凝固时间延长，使其中的各种矿物有条件慢慢地结晶，形成为矿物晶体粗大的伟晶岩。伟晶岩的成分十分复杂，含有多种多样的化学元素，因而伟晶岩的矿物成分也非常丰富，其中尤以花岗伟晶岩最为典型，约含有300种以上的矿物。当伟晶岩中的有用成分富集到满足工业要求时，就成为伟晶岩矿床。伟晶岩矿床的主要特点是矿石中含有颗粒巨大的晶体，矿物的成分复杂，常常是矿床中多种矿物共生。矿体多形成于岩浆岩侵入体的顶部、边部或构造裂隙中，矿体的形状多为脉状或透镜状，少数为不规则形状。矿体规模的大小差别较大，其长度可从几米到几百米，厚可从几厘米到几十米，延深从几十米到几百米

23、不等。按照所含有用组分的不同，伟晶岩矿床可分为多种类型，其中具有重要工业价值的有含锂、铍、铌、钽、铯、铪等稀有金属的稀有金属伟晶岩矿床、白云母伟晶岩矿床和含有水晶、绿柱石、黄玉及萤石等晶体的水晶伟晶岩矿床。(三) 气水热液矿床气水热液是指在一定深度(几公里至几十公里)下形成，具有一定温度(几十至几百 摄氏度)和一定压力(几十万至几亿帕)的气态和液态的溶液，其成分以水为主，并含有 氟、氯、溴、碘、硫、碳等挥发性成分，以及钨、锡、钼、铌、钽、铜、铅、锌、金、银、汞等成矿物质。因其成分是以具有一定温度的水为主，并呈液态，故称为气水热液。含矿气水热液化学性质活泼，粘度小，流动性强，在运移过程中易侵入围

24、岩的裂缝或接触带，而且由于温度、压力和组分浓度的变化，不仅使其中的成矿物质发生沉淀、聚集而形成矿床。同时，热液作用于围岩，使其变软或变硬，这种作用称为围岩蚀变。又由于气水热液中富含成矿物质，特别是金属物质，因而形成种类繁多的工业矿床，其中尤以有色金属矿床最突出。气水热液矿床按成矿地质条件的不同，分为接触交代矿床和热液矿床两种。如果含矿气水热液侵入的围岩为中酸性岩类(如花岗岩、花岗闪长岩、石英闪长岩、闪长岩)或化学性质活泼的碳酸性岩类(如石灰岩、白云岩)，则在接触带处易发生化学作用，形成一种富含钙，镁，铝、铁的硅酸盐矿物和方解石组成的称为矽卡岩的新岩石。这种新岩石置换出部分围岩，并占据其空间的作

25、用称为交代作用。交代作用过程中，有用组分富集成矿床时，即称为接触交代矿床，又称为矽卡岩矿床。这种矿床的主要特点是，矿体多分布于侵入体与其围岩的接触带上或其附近，且成矿晚于围岩，而围岩主要为酸性或中酸性岩类。由于受成矿环境的影响，矿体形状复杂多变，连续性也差，多为似层状、透镜状、柱状和脉状等。矿体规模大小不一，除铁、铜、钨、钼等类矿床可达大型外，一般多为中小型。接触交代矿床的主要工业类型有铁矿、铜矿、钨矿、钼矿、以及锡、铅、锌、铍、硼、水晶、宝石、刚玉、金和金云母等矿床。如果含矿气水热液在活泼性差的围岩中运移时，由于热液自身酸碱度的变化，以及热液与围岩交代作用等因素的影响，使热液中的成矿物质在围

26、岩的各种构造缝隙中发生沉淀和充填作用而形成矿床，即称为热液矿床。热液矿床与接触交代矿床的主要区别是，成分与围岩区别较大，因而矿体与围岩间的界线明显。矿体内常共生多种矿物，可以综合利用。热液矿床的类型众多，工业价值巨大，它包括大部分有色金属矿床，稀有和放射性元素及硫，石棉，水晶，重晶石，冰洲石与明矾石等非金属矿床。其中重要的矿床工业类型有以钨为主，伴生有锡，钼等金属的云英岩型钨，锡石英脉矿床，含有锡、铜、金，铝，锌等金属的脉状多金属硫化物矿床，以及斑岩铜矿，玢岩铁矿、火山岩中的金铜多金属矿床，层状铅锌矿床，汞矿和锑矿等。三、外生矿床外生矿床可分为风化成矿作用形成的风化矿床和沉积成矿作用形成的沉积

27、矿床两大类。风化矿床和沉积矿床在煤矿地质学中已有论述，不再重复，本节仅就风化矿床的主要特点和工业类型作些补充。根据风化矿床的成矿环境和成矿作用，这类矿床的重要特点是晶位高、埋藏浅，适合于露天开采，但矿床的规模除铁矿、铌钽铁矿等少数几种外一般都不大。具有工业价值的风化矿床有砂金矿、砂锡矿、铁矿、铌钽铁矿、镍矿、铀矿、锰矿、铝土矿等金属矿床和粘土矿、磷块岩与水晶等非金属矿床。沉积矿床虽然成矿物质的来源、搬运方式和沉积方式多种多样而导致成矿类型复杂，但这类矿床的共同特点是矿体与围岩一般形成于同一地质时期，矿床赋存比较稳定，矿体与围岩的界线清楚，产状一致，矿体多呈层状，规模也较大，特别是海相沉积型的铁

28、矿，往往规模巨大。沉积矿床中具有重要工业价值的金属矿床类型主要是金矿、铂矿、锆和铌钽矿床、铁矿、锰矿和铝土矿等。重要的非金属矿床有金刚石、石膏、岩盐、天然碱、芒硝、磷灰岩、自然硫、硅藻土及硼酸矿床等。此外，作为建筑材料的砂砾矿床也属沉积矿床。四、变质矿床根据变质矿床成矿组分的不同变化，变质矿床可分为受变质矿床和变成矿床两种。受变质矿床是指原生矿床经受变质作用后，矿石的成分，结构构造、矿体的形态和产状等都发生了变化，但其工业用途并未改变的矿床。变成矿床是指岩石中的某些组分经变质作用后，变成为某种有工业价值的矿床，或者由于变质作用改变了工业用途的矿床。如富铝岩石经变质作用后形成为刚玉矿床，石灰岩变

29、质后成为大理岩等。根据变质成矿作用的类型，还可把变质矿床分为接触变质成矿作用形成的矿床和区域变质成矿作用形成的矿床。变质矿床的特点是，矿床的围岩都为变质岩，矿体形状多呈层状或似层状，且矿床的品种多、规模大、储量丰富，特别是变质型铁矿、金矿和铀矿，都是该类矿床中最重要的矿床类型。变质矿床在矿产资源中占有很重要的地位，如变质铁矿，约占世界铁矿总储量的60，占富铁矿石储量的70，在我国约占总储量的48和富铁矿石的27左右。而变质金矿床是世界产金量最大的一种矿床，由于其中伴生有铀，又称为金-铀砾岩型矿床。变质矿床除金属矿床外，还有大理岩、由粘土岩类在区域变质作用过程中形成的可作为宝石、高级耐火材料和高

30、级研磨材料的蓝晶石、矽线石、红柱石、刚玉等，以及可作为冶金辅助材料的菱镁矿和可用于纺织工业、橡胶、造纸、陶瓷等工业部门的滑石矿床等。第三节非煤矿床的工业特点非煤矿床，特别是内生矿床和变质矿床，由于成因和成矿的地质环境复杂，致使矿石的种类、矿体的形状，厚度、倾角、矿石和围岩的力学性质、物理化学性质等方面都与煤矿床有所不同，从而具有许多工业特点。一、矿体形状矿体形状是指矿体在空间的产出形态。矿体形状与矿床的成因，成矿地质环境关系密切。常见的矿体形状有以下几种：层状：多见于沉积和沉积-变质矿床中的黑色金属矿床和一些非金属矿床。脉状：主要是由于气水热液作用，使成矿物质充填于岩体的裂缝中而形成，其特点是

31、矿体的围岩有蚀变现象，且矿体的赋存条件不够稳定，有用成分的含量也不均匀。一般有色金属、稀有及贵重金属矿床多为这种矿体。透镜状与巢状矿体：这两种形状的矿体主要是充填、接触交代、液态分离等作用形成的，特点是矿体大小不一，形状不规则。铝、铜、锌等有色金属矿床多为这种形状。二、矿岩的稳固性稳固性是指矿岩允许暴露的面积大小和时间长短的性能。煤层在开采过程中，采场一般不允许有不支护的空间，而非煤矿床开采过程中，在矿岩稳固性好的条件下，允许有不支护的空间。矿岩按稳固性不同可分为五种类型： 1)极不稳固的矿岩 是指矿岩不允许有不支护的暴露面积；2)不稳固的矿岩 其允许的暴露面积在10m2以内，长时间暴露时仍需

32、支护；3)中等稳固的矿岩 矿岩允许的暴露面积在200m2内；4)稳固的矿岩 矿岩允许的暴露面积在500m2以内；5)极稳固的矿岩 矿岩允许的暴露面积可达5001000m2。 三、矿石的结块性 结块性是指采下的矿石遇水和受压之后又连结在一起的性质。多数非煤矿床的矿石采落后粘结性小或不易结块，但少数矿床(如粘土类矿床、石膏矿床、含有粘土成分的矿床和硫化物矿床)除外。矿石发生粘结，有些是其本身具有粘结性(如粘土矿和石膏矿)，而硫化物矿床的矿石是由于遇水后表面氧化，产生硫酸盐薄膜，受压后使矿石粘结在一起，矿石的结块性对开采的影响是限制了某些采矿方法的应用。四、矿石的氧化性在煤层开采过程中，不论是哪种牌

33、号的煤，在空气中氧的作用下都要发生不同程度的氧化，而矿石的氧化性是指硫化矿石在空气和水的作用下，转变为氧化矿石的性质。氧化后的矿石质量下降，给选矿工作造成不利，导致矿石中有用成分的回收率降低。五、矿石的自燃性在煤层开采过程中，如果氧化产生的热量得不到降低，有引起自燃而造成井下火灾的可能，而矿石的自燃主要是硫化矿石中的硫与空气中的氧发生氧化作用并放出热量，严重时可导致井下火灾。一般认为含硫量达1820以上时矿石具有自燃性。六、矿尘及有害物质的危害性非煤矿床井下采掘过程中，除少数矿床(钾、硫)外，一般没有瓦斯产生，矿尘中除硫化物矿尘外也没有易爆微粒存在，因而瓦斯与矿尘爆炸的危险性与煤矿明显不同。但

34、非煤矿床中的矿石多数都与硅酸盐有关，采掘过程中产生的矿尘内SiO2的含量一般都高于煤矿。因此，降低矿尘浓度，以保证职工健康的任务就显得更为重要。此外，矿床的含水性对矿床开采的影响，煤矿与某些非煤矿床也有不同。例如，在开采某些盐类矿床时，防水和排水问题非常突出，如果水的问题不能解决，即使储量大质量好的矿床有时也不得不予放弃。但有时也正是利用盐类易溶于水的特性，而专门向矿床中注水来溶解矿床中的盐，以获得盐的溶液，再从其中提取盐。再如，某些矿石中的金、银、铜、铀等金属元素可溶于酸性、碱性或中性溶液中，因而可向矿床中注入某种性质的溶液浸矿石，以获得某种金属。非煤矿床除上述一些工业特点外，矿石的品种繁多

35、也是一大特点。作业1名词解释：矿产，矿石，矿体，矿石品位。2怎样理解岩浆结晶分异成矿作用与熔离成矿作用?3气水热液在不同性质的围岩中运移时，其成矿作用有何不同？为什么说气水热液矿床有巨大的工业价值?4分析内生矿床中各类矿床的成因与矿体形状间的关系。第二章非煤矿床开拓及其特点重点：1.掌握非煤矿床的各种开拓方法2.比较非煤矿床与煤矿床在开拓方面的异同难点：1. 斜坡道开拓法2. 联合开拓法第一节概述图21是非煤矿床地下开采的一个典型开采方案示意图。同煤矿床一样，非煤矿床地下开采首先也要进行开拓，即从地表开掘一系列巷道通达矿体，形成提升、运输、通风、排水和动力供应等完整的生产系统。为开拓矿床掘进的

36、巷道，也称为开拓巷道。按开拓巷道在非煤矿床开采中所起的作用不同，将其分为主要开拓巷道和辅助开拓巷道两类，用于提升矿石的井筒(包括盲井，即暗井)以及运输矿石的平硐和斜坡道，称为主要开拓巷道，在矿床开采中只起辅助作用的开拓巷道，如副井、风井、充填井、矿石溜井、石门和阶段运输巷等，称为辅助开拓巷道。非煤矿床开拓要解决的主要问题与煤矿床基本相同，这些问题是：(1)合理划分井田、阶段和矿块(或盘区)，确定合理的开采顺序；(2)确定主要开拓巷道类型、数目和位置；(3)确定辅助开拓巷道类型、数目和位置；(4)确定矿床开拓的其他问题。 第二节非煤矿床地下开采的基本问题一、井田划分与矿井生产能力（一）井田划分及

37、其特点井田是指在一个矿山企业中划归一个矿井(坑口)开采的矿床或其一部分。与煤田划分为井田的原则相同，非煤矿床划分为井田时，也要考虑矿床自然条件和技术经济的合理性。可供作为井田境界的自然条件很多，除了大断层、背(向)斜轴、河流、湖泊、城镇、铁路等地质构造和地形地物以外，还有无矿带以及贫矿与富矿、氧化矿与硫化矿的分界线等矿床特征。以不同种类矿石的分界线作为井田境界，是因为它们的加工技术不完全相同。同煤矿一样，技术经济合理性是指井田划分要与矿井生产能力相适 应，要有经济合理的服务年限。通常，当矿床范围不大，矿体比较集中时，可划为一个井田开采，当矿床范围大，储量丰富或矿体比较分散时，划分为几个井田开采

38、。对于第二种情况，井田境界可以是自然边界，也可能是人为边界。一般认为，在我国目前的技术经济条件下，井田走向长10001500m，垂深500600m是合理的。除少数沉积矿床(如沉积石膏矿、磷矿、硫铁矿、钾盐矿等矿床)以外，大多数非煤矿床的范围都比较小。概括起来，非煤矿床划分为井田的主要特点是：通常按其自然生成范围划分，井田尺寸一般较小。(二) 矿井生产能力矿井生产能力是矿井生产与建设最重要的技术经济综合指标之一。在非煤矿山，它是指矿井正常生产期间，单位时间内采出的矿石量。矿井生产能力一般用年采出矿石量表示，称为年产量，有时(如有色金属矿山)也用日采出矿石量表示，称为日产量。按生产能力大小，非煤矿

39、山分为特大型、大型、中型和小型四类。A=QK/T（1-r）式中：A矿井生产能力，万t/a ； Q井田工业储量，万t/a ； T矿井服务年限，a； K矿石回收率，； r废石混入率，。矿床开采过程中，不可避免地要损失一部分矿石，同时要混入一部分废石，矿石回收率和废石混入率就是分别用来衡量矿石损失大小与废石混入多少的两个指标。它们的概念及计算方法将在后面介绍。二、回采单元划分与开采顺序（一）回采单元划分根据矿体倾角大小而定，有两种：开采缓倾斜、倾斜和急倾斜矿体时采用：井田阶段矿块。开采水平和微倾斜矿体时采用：井田盘区矿壁。(二) 开采顺序及特点非煤矿床地下开采需要确定阶段，矿块以及矿脉群的开采顺序。

40、一般说来，阶段和矿脉群的开采顺序与煤矿相同，但阶段内矿块的开采顺序有其特点。阶段的开采顺序一般也采用下行式，只有在极少数特殊情况下才采用上行式。例如，若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时，有可能采用上行式开采。阶段中矿块的开采顺序，也有前进式、后退式和混合式三种，但它们是以主要开拓巷道(主井或主平硐)的位置作为标准划分的。混合式开采有两种情况：一种是初期采用前进式，待阶段巷道掘完以后改为后退式，另一种是既前进式又后退式同时进行。与煤矿普遍采用采区前进式开采形成鲜明对比，非煤矿广泛采用矿块后退式开采顺序。这是因为：(1)非煤矿床赋存条件一般比较复

41、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)非煤井田尺寸一般比较小，后退式开采初期工程量大，基建时间长的缺点不突出。只有当井田尺寸大，矿体赋存条件简单和矿岩稳固时，才采用矿块前进式开采。与煤层群的开采顺序相同，开采近距离矿脉群时，一般也采用下行式开采。但应当注意的是，开采倾角大于下盘岩层移动角的急倾斜矿体时，将引起下盘岩层移动。因此，此时既使按下行顺序开采，对下盘的矿体也会造成影响。在这种情况下，可以通过适当降低阶段高度或选择适当的采矿方法(充填采矿法)减轻对下盘矿体的影响。三、矿床开采步骤与煤矿床地下开采要经过井田开拓、采区准备和工作面回采三个步骤相似，非煤矿床地下开采

42、的全过程可以划分为矿床开拓、矿块采准切割(采切)和回采三个步骤。采准是指在已经开拓的阶段掘进一系列巷道，将阶段划分为矿块，并在矿块内为行人、通风、运料、凿岩和放矿等创造条件的采矿准备工作。从某种意义上说，矿块采准类似于煤矿的采区准备，二者是互相对应的。为矿块采准而掘进的巷道，称为采准巷道。切割是指在已经采准完毕的矿块中开辟自由面和自由空间，为回采创造爆破和放矿条件的工作。采准与切割总体上都是回采的准备工作，因而统称采准切割，简称采切。切割工作大体上相当于煤矿长壁开采开掘开切眼。为进行切割工作掘进的巷道(如切割天井、拉底巷道等)，称为切割巷道。矿体赋存条件不同，所采用的采矿方法不同，需要掘进的切

43、割巷道类型和切割工作的内容也不同。回采是指在已经采切完毕的矿块中采出矿石的过程。开拓、采准切割和回采之间必须满足一定的关系，矿井才能正常均衡地持续生产。采矿工程工作地点不断迁移的特点决定了开拓必须超前于采准切割，采准切割必须超前于回采。因此，矿床开采步骤之间的关系实质上是采掘关系。同煤矿一样，在非煤矿山，正常的采掘关系是由一定保有期限的三级矿量开拓矿量、采准矿量和备采矿量来保证的。“三量”的划分原则和计算方法与煤矿基本相同，不赘述。四、矿石损失与贫化本章只介绍矿石损失与贫化的概念，有关指标的计算在第四章介绍。矿石损失指在矿床开采过程中造成矿石数量减少的现象。矿石贫化是指采出矿石晶位低于工业储量

44、平均晶位的现象。造成矿石贫化最常见的主要原因是矿床开采过程中混入废石，其次是高品位矿石损失或高品位粉矿流失。废石混入主要发生在回采过程中，矿体边界控制不好以及在覆盖岩石层下放矿等都可能混入废石，造成矿石贫化。矿石损失与贫化不仅造成矿产资源损失，影响矿山企业的经济效果和使矿井寿命缩短，而且(损失的资源)还会对矿山环境造成严重污染。一般说来，矿石损失与贫化是不可避免的，就像煤矿床地下开采必然要损失部分煤炭和采出的煤炭中要混入矸石一样。但是，通过加强地质勘探、采用合理的开拓部署、选择适当的采矿方法和回采工艺，减少矿石损失与贫化是完全可以作到的。第三节矿床开拓方法矿床开拓方法定义：首先，矿床开拓方法的

45、井筒(硐)形式仅指主要开拓巷道而言，不包括副井在内的辅助开拓巷道；其次，它指的是矿床整个开采深度范围内的主要开拓巷道形式而不仅仅是第一水平，即矿开拓方法已经包括了矿井“开拓延深”：我们可以说，矿床开拓方法指的是矿床(井田)范围内的主要开拓巷道形式，并且以主要开拓巷道来命名。非煤矿床开拓方法分为单一开拓法和联合开拓法两大类。凡用一种主要开拓巷道开拓旷床，称为单一开拓法。其中有竖井开拓法、斜井开拓法、平硐开拓法和斜坡道开拓法四种。用两种主要开拓巷道开拓矿床，称为联合开拓法。联合开拓有两种情况：同时用两种主要开拓巷道开拓矿床或深，浅部分别用不同形式的主要开拓巷道开拓矿床，以第二种情况较为常见。联合开

46、拓法的两种主要开拓巷道可以有多种组合形式，构成多种开拓方法，其中最常见的有明竖井与盲竖井联合开拓法和平硐与盲竖井联合开拓法。一、平硐开拓法用平硐作为主要开拓巷道开拓矿床的方法，称为平硐开拓法。当矿体或矿体的大部分赋存在地平面以上时，采用平硐开拓法。主平硐可以垂直矿体走向布置(位于矿体下盘或上盘)或沿矿体走向布置，视可以选择的工业场地而定。一般，只要条件允许，应优先考虑将主平硐布置在矿体下盘，以减少基建工程量和矿柱损失。平硐开拓的不同典型方法，除主平硐与矿体的相对位置不同以外，开拓系统构成都大同小异。二、斜井开拓法以斜井作为主要开拓巷道开拓矿床的方法，称为斜井开拓法。通常，赋存在地平面以下，表土

47、层不厚，埋藏不深且倾角为1545的缓倾斜和倾斜矿体，适于用斜井开拓法。按主斜井与矿体的相对位置不同，斜井开拓法可以分为脉内斜井开拓法和下盘斜井开拓法。脉内斜井开拓要求矿体赋存稳定，并且要在井筒两侧各留1015m保安矿柱，矿石损失较大。因此，当条件适于用斜井开拓法时，一般都采用下盘斜井开拓，脉内斜井开拓很少采用。仅当矿石价值不高、矿体厚度不大、倾角沿倾斜方向变化小且其他条件也适合时，有可能采用脉内斜井开拓。三、竖井开拓法以竖井作为主要开拓巷道开拓矿床的方法，称为竖井开拓法。当矿体赋存在地平面以下且埋藏较深，倾角大于45或小于15时，适合用竖井开拓法。根据主竖井与矿体的相对位置位于矿体下盘，上盘或侧翼，竖井有三种典型开拓法：下盘竖井开拓法、上盘竖井开拓法和侧翼竖井开拓法。四、斜坡道开拓法(一) 基本概念供无轨自行设备运行的倾斜巷道称为（无轨）斜坡道。按在矿床开采中所起的作用不同，斜坡道可以分为主斜坡道和辅助斜坡道，并分别归属于相应类别的开拓巷道。用斜坡道作为主要开拓巷道开拓矿床的方法，称为(无轨)斜坡道开拓法，简称“无轨开拓”。(二) 斜坡道形式斜坡道形式常见