金属矿床地下开采-地下开采基本概念.ppt
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1、金属矿床地下开采学习方法,1、这门课程的内容与数理化等基本课程的联系较少,逻辑推理较少,介绍性叙述性内容较多,所讲的各种方法、工艺、系统、设备等已经基本成熟定型,现在讲就是将这些成熟的东西讲一遍,因此学习这门课程时比较侧重于记,当然要在理解的基础上记。2、因为这门课需要讲很多图,无论是采矿方法,还是开拓方法,常就是讲几副图(三视图、立体图、剖面图等),因此希望大家注意训练自己的空间想象力和视图能力。,第一章 金属矿床地下开采基本概念,1、金属矿床的工业特征 一、矿石和废石的概念 二、矿石的种类 三、矿石品位 四、矿石和围岩的性质 五、金属矿床分类及其工业特征 2、金属矿床地下开采概述 一、井田
2、及其划分原则 二、阶段、矿块和盘区、采区的概念 三、矿床的开采顺序 四、矿床的开采步骤 五、三级矿量,1 金属矿床的工业特征,一、矿石和废石的概念(1)矿物在地壳中,由于地质作用形成的自然元素和自然化合物,统称为矿物。(2)矿石凡是在地壳中遇到矿物集合体,在现在技术经济水平条件下,能以工业规模从中提取国民经济必须的金属或矿物产品的都叫矿石。(3)矿体矿石的聚集体叫矿体。(一个矿体是一个独立的地质体,具有一定的几何形状,具有一定的空间位置等)。(4)矿床矿床是矿体的总称。(对于某一矿区而言,一个矿床由一个或几个矿体组成,矿床又可分为工业矿床和非工业矿床)。(工业矿床在当前技术经济条件下,符合开采
3、和利用要求的矿床叫工业矿床。非工业矿床与上述情况相反。),(5)围岩矿体周围的岩石叫围岩。上盘围岩指矿体上部围岩。下盘围岩指矿体下部围岩。(6)夹石夹在矿体中的岩石叫夹石。(7)废石的概念 在采矿过程中所采出的围岩或夹石,一般称为废石。(或者说废石是:矿床周围的围岩以夹石、根本不含有用成分或者含量过少,当前不宜作为矿石开采的称之为废石)。,(1)由于选矿技术的进步,低品位围岩中的有用矿物也能以工业规模提取,因而这部分围岩可划为矿体。(2)由于发现了某种矿物的新用途,而将含有这种矿物的岩石划为矿石。(3)由于社会的发展,经济条件的改善。矿石与废石的概念也是相对的,随着技术经济的发展而变化的。总的
4、来说,矿体、矿石的范围是不断扩大的。,矿体与围岩的概念是相对的,随着技术经济 的发展而变化,在地壳中,以自然金属形式存在的矿石是很少的,大量的矿石是以氧化矿,硫化矿等形式存在的。(一)金属矿石按其所含金属矿物的性质,化学成份,矿物组成可以分为以下几类(1)自然金属矿石它是以单一元素形式存在的,如金、铂银等。(2)氧化矿石指矿石的成分为氧化物。如:赤铁矿(Fe2O3),赤铜矿(Cu2O)等。(3)硫化矿石指矿石的成份为硫化物。如黄铜矿(CuFeS2)、方铅矿(PnS)、辉铜矿(MOS2)、闪锌矿(ZMS)(4)混合矿石是前三种的混合物。(二)根据所含金属种类的不同,矿石又可分为以下几种(1)黑色
5、金属矿石如铁、锰、铬(2)有色金属矿石如铜、铅、锌、铝等(3)稀有金属矿石如铌、钽等(也是相对概念)(4)放射性矿石如铀、钍等(5)贵重金属矿石如金、锒、泊等(6)非金属矿石如建筑石材、石膏、滑石等。,二、矿石的种类,(一)矿石品位的概念 通常我们把矿石中凡是可供利用的元素或矿物称为有用成份。矿石中所含有用成分的多少用品位来表示。所谓品位就是:矿石中有用成份的重量与矿石重量之比,常用百分数(%)表示。对于贵重金属(金铂等)矿石的品位是用克/吨表示。(二)边界品位 这是指可采矿石有用成份含量和最低界限。它是矿体边界上矿石上最低品位,是划分矿石和废石,圈定矿体范围的标准。在圈定的矿体范围内,任意取
6、样点的品位,一般都不应当小于边界品位。(三)最低工业品位 是指在边界品位圈定的矿体范围内,合乎工业开采要求的平均品位的最低值。这意思是说,根据目前工业技术水平,当矿石的品位低于某个数值时,便没有利用的价值,则这一数值的矿石品位叫最低工业品位,用边界是品位圈定的矿体或矿体中某个块段的平均品位,必须高于最低工业品位才有开采价值,否则无开采价值。,三、矿石品位的概念,矿石和围岩的性质主要包括有:硬度、坚固性、投固性、碎胀性、结块性、氧化性、自燃性及含水性等。(一)矿岩的硬度 矿岩的硬度是指矿岩抵抗工具侵入的性能。矿岩的硬度取决于矿岩的组成,矿岩的硬度除了对凿岩有很大影响外,往往影响矿岩的坚固性和稳固
7、性。(二)矿岩的坚固性 人们在长期的实践中认识到,有些岩石不容易破坏,有一些则难于破碎。难于破碎的岩石一般也难于凿岩,难于爆破,则它们的硬度也比较大,概括的说就是比较坚固。,四、矿石和围岩的性质,坚固性的大小用坚固性系数来表示,(许多书中硬度系数,也叫普氏系数f值)。坚固性系数(R单位 kg/cm2)式中R为岩石标准试样的单向极限抗压强度值。通常用的普氏岩石分及法就是根据坚固性系数来进行岩石分级的。如:极坚固岩石 f=1520(坚固的花岗岩,石灰岩,石英岩等)坚硬岩石 f=8 10(如不坚固的花岗岩,坚固的砂岩等)中等坚固岩石 f=4 6(如普通砂岩,铁矿等)不坚固岩石 f=0.83(如黄土、
8、仅为0.3)矿岩的坚固性也是一种抵抗外力的性质,但它与矿岩的强度却是两种不同的概念。强度是指矿岩抵抗压缩,拉伸,弯曲及剪切等单向作用的性能。而坚固性所抵抗的外力却是一种综合的外力。(如抵抗锹,稿,机械碎破,炸药的综合作用力)。,(三)矿岩的稳固性(1)矿岩稳固性的概念:稳固性是指在一定暴露面积下和在一定时间内不自行垮落的性能。或者说稳固性是指矿岩在空间允许暴露的面积大小和允许暴露的时间长短的性能。影响稳固性的因素十分复杂,矿岩的成份,结构,构造节理状况,风化程度,以及水文地质条件都有关系,还与矿岩在开采过程中形成的实际情况有关,(如巷道的方向,开采深度等)。,(2)矿岩稳固性分类:大致可分为五
9、类 极不稳固的 不允许有暴露面积。要求在掘进及开采中必须超前支护。否则会冒落。(非金属矿条件);不稳固的 允许暴露的面积在50米2以内。也即允许有较小的暴露面积,随着回采,要立即进行支护。中等稳固的 允许有一定的暴露面积,即50m2200m2,一般不支护,或作临时支护,即可安全地进行生产。较稳固的 允许有较大的暴露面积,为200500m2,一般不支护。极稳固的 允许有很大的暴露面积,即800m2以上。不必支护,可以长期不垮落。【注】稳固性不仅与暴露面积和时间有关,而且与地压,大小,节理发育程度,节理方向,暴露面积形状等有关。,(四)矿岩的碎胀性 矿岩的碎胀性是指矿石和围岩破碎之后的面积比原体积
10、增大性质。碎胀性可用碎胀系数来表示(又叫松散系数)1 对于一般坚硬矿岩石松散系数为1.41.6(或1.21.6)。松散系数的大小主要取决于破碎之后,矿岩的粒度组成和块度的形状。初装入容器(矿车、箕斗等)内的矿岩块,因矿岩块之间空隙较大,则松散系数值可达1.8 2.0(产生了二次松散)。,(五)矿岩的结块性(六)矿石的氧化性(七)矿岩的自燃性(八)含水性(九)其他(1)容重容重是指单位体积中原岩的重量。一般岩石的容重为2.33.0 T/m3之间。有色金属矿石中金属含量较少,其容重与岩石差不多或稍大些。黑色金属矿石中金属含量较高,容重可达3.5 T/m3左右。(或更大)(2)块度原所崩落后则形成矿
11、块,或岩石块,其尺寸的大小称为块度。块度通常用三个相互垂直方向的平均尺寸来表示。(或用最大方向的尺寸),即B、L、H的平填值。合格块度即允许的矿石最大块度。通常合格块度为250500mm之间,也有600mm。它是根据开采及加工的工艺和设备要求来确定的。随着机械化水平的提高,合格块度有增大的趋势。,(3)自然安息角松散矿岩自燃烧堆积时,其四周将形成倾斜的堆积坡面,我们把自然堆积坡面与水平面相交的最大角度,称为该矿岩的自然安息角。,五、金属矿床分类及其工业特征,(一)金属矿床分类 金属矿床的矿体形状厚度及倾角,对于矿床开拓和采矿方法的选择,有直接的影响,因此,金属矿床的分类,一般按其矿体形状、倾角
12、和厚度三个因素进行分类。(此三个要素习惯上称为矿体三要素)。(1)按矿体形状分类 1)层状矿体这种矿体是一层一层的。多源于沉积或变质沉积矿床。特点是:层状矿床的品位,倾角和厚度变化不大,比较稳定。矿床规模比较大。多见于黑色金属矿床。,2)脉状矿体 这类矿床主要是由于热液和气化作用,将矿物充填于地壳的裂隙中生成的矿床。特点是:矿脉与围岩接触处有蚀变现象;矿床赋存条件不稳定;有用成分含量不均匀;(品位变化大)。(有色金属,稀有金属及贵重金属硫矿床多属此类)。,3)块状矿床这类矿床主要是充填,接触高代分离和氧化作用形成的。特点:形状很不规则。呈不规则的透镜状,矿株等形;矿体大小不一;矿体与围岩的界限
13、不明显;某些金属矿床(铜、铅、锌等)属此类。我国的南京梅山铁矿也属此类矿床。,(2)按矿体、厚度分类1)矿体厚度的概念:矿体厚度是指矿体的上盘与下盘之间的垂直距离或水平距离。前者称为矿体的真厚度,后者称为矿体的水平厚度。极薄矿脉:矿体厚度在0.8米以下。(一个肩宽)开采时要采一部分围岩,才能保证正常的工作宽。(用浅孔凿岩开采的方法)薄矿脉:矿体厚度为0.84.0米之间。考虑近似水平矿床,用木支护时支护高度不得超过4米,超过4米,支护作业困难很大。中厚矿体:矿体厚度为4.010米之间。一般此时矿块没走高布置,多用浅孔回采。厚矿体:矿体厚度为1030米,(此时30米为使用没走向布置与垂直走向布置矿
14、块的界限,也可以用沿走向布置矿体)。一般用深孔回采。极厚矿体:矿体厚度在30米以上。采用深孔回采。矿块可垂直走向布置。,(3)按矿体倾角分类(与矿石运搬方式有关)1)水平矿体 矿体倾角小于5(包括微倾斜矿体)。可使用有轨或无轨运搬设备直接进入采场运搬矿石。2)缓倾斜矿体 矿体倾角在530之间。可采用人力或电力,运输机等机械设备运搬矿石。3)倾斜矿体 矿体倾角在3055之间。可借助于溜槽,溜板或外力抛掷等方法,进行自重运搬矿石。4)急倾斜矿体 矿体倾角应大于55。可利用矿石自重的重力运搬方法。,(二)金属矿床的特点(1)矿床赋存条件不稳定;(2)矿石品位变化大;(3)地质构造复杂;(4)矿石和围
15、岩的硬度较大;(5)矿床的含水性大。,2、金属矿床地下开采概述,一、井田及其划分原则(一)井田矿田和矿区的概念 实际在采矿企业中,在矿务局下面或在公司下面设一个或几个矿山;而在矿山下面设一个或几个坑口,而每一个坑口都是一个独立的开采系统,独立的生产单位。按照这种所属关系来划分井田,矿田和矿区,则:(1)划归一个坑口开采的矿体,叫井田;(2)划归一个矿山企业开采的全部矿床或者是一部分叫矿田;(如金岭铁矿、招远金矿等)(3)划归一个公司或矿务局开采的矿体,叫矿区。(西北区,中央区,东南区),一个矿田可以包括若干个井田,有时一个矿田就等于一个井田。,(二)井田的大小范围 井田的大小是矿床开采中的重要
16、参数。(1)对于倾斜和急倾斜矿床,井田尺寸一般用沿走向长度和沿倾斜长度或垂直深度H来表示。(2)对于水平和微倾斜矿床中,则用长度L和宽度B来表示。,(3)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。(4)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。(5)划分井田时应当考虑几个方面的问题 照顾到自然赋存条件,及地表地形条件。往往以地面的河流、湖泊、铁路干线,水库等来划分。照顾到生产管理上的方便。要考虑到国民经济的需要。考虑技术经济的合理性。总之,要进行综
17、合分析。,关于矿田与井田的说明,井田范围过大,会造成地下通风困难,运输不便,管理复杂;井田范围过小,则会使井筒的服务年限不足,矿石开采成本增加,因此,一个矿田内矿井的数量范围应根据具体情况按照技术上可行经济上合理的原则确定。在一般情况下,矿体走向长度在10001500米之间,倾斜长度在500600米之间这样一个范围内,用一个井田开采较合适。由于非金属矿床范围都不大,常用一个井田开采,矿田的范围和边界就是井田的范围和边界。,阶段与盘区 为了有计划的开采矿体,需要将井田划分为阶段和盘区。(1)在开采缓倾斜,倾斜、急倾斜矿体时,常将井田划分为阶段。(2)在开采水平微倾斜矿体时,常将井田划分为盘区。,
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