非煤矿山开采技术.ppt
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1、非煤矿山开采技术,第一章 非煤矿床的形成及工业特点 第一节 基本概念一、矿产(一)定义 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。根据其工业用途矿产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。,(二)矿产分类 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
2、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,除我们所熟悉的煤外,还有石油、天然气,油页岩,地沥清等。,二、矿石(一)矿石的概念及其种类 矿石在现有技术经
3、济水平条件下,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。,(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(PbS)(4)混合矿石是前三种的混合物。,例如,磁铁矿矿石品位超过50为富矿,介于3050时则为贫矿;而铜矿石的品位大于1为富矿,小于1则为贫矿。,(二)矿石品位矿石品位:矿石中有用成份(元素、化合物或矿物)的单位含
4、量 矿石品位的表示方法通常有三种:用百分数来表示 用来表示 用kgm3来表示注意: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。,工业品位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。边界品位指可采矿石有用成份含量的最低界限,是矿体边界上矿石最低品位。边界品位是划分矿石和废石,圈定矿体范围的标准。矿石品位达到或超过边界品位的部分视为矿体,否则视为围岩。,【注意】工业品位也是相对概念,是可以变化的,边界品位低于工业品位.品位的表示方法实例:山东金岑铁矿,磁铁矿品位56.24%;甘肃辉铜山铜矿品位2.04%,湘西金矿品位35,内蒙古红花沟金矿
5、品位14.46(平均),山东焦家金矿品位6.84(平均)。,部分矿石的边界品位和工业品位,三、矿体与围岩 矿体是指具有一定形状和产状的矿石的天然集合体。矿体有一定的空间位置和几何形状,具有一定数量和质量。围岩:矿体周围无开采价值的岩石叫围岩。位于倾斜至急倾斜矿体上方和下方的围岩,分别为上盘围岩和下盘围岩;位于水平或缓倾斜矿体顶部和底部的围岩,分别为顶板围岩和底板围岩。夹石:夹在矿体中间的称为夹石。废石:围岩和夹石,统称为废石。,【注意】应当指出,矿石与废石的概念是相对的,它与一个国家的社会制度,一个国家的科学技术发展水平,已经掌握的资源情况,以及对某种金属的需要量都存有关系。例如,锡和铜,过去
6、锡品位达到0.8%,才算矿石可以开采,而现在锡品位只要达到0.20.3%,就作为矿石开采,过去铜的品位只有达到1.0%才开采,而现在达到0.40.6%,即可作为矿石开采。过去废石,而现在却变成了可开采的矿石。(黄金品位达810就是富矿),四、矿床及其分类 1、矿床 矿床矿体及其围岩的集合体。一个矿床,可以只有一个矿体,也可能由若干个矿体组成。2、矿床分类(1)按照矿床中有用成分的性质和工业用途,矿床可分为金属矿床、非金属矿床和可燃有机岩矿床。,(2)按成因分:内生、外生、变质。(3)按矿体与围岩形成先后:同生、后生。(4)按工业利用价值:工业与非工业。一个矿床是否具有开采价值,取决于矿石质量(
7、品位)、数量和开采条件,以及国家对这种矿石的需求程度。,第二节 非煤矿床的形成 非煤矿床是由地壳中的化学元素在各种成矿作用下迁移、富集而成的。成矿作用指把地壳中的有用成分和其他成分分离开来,集中富集而形成矿床的地质作用。例:铁在地壳中的平均含量为5.00,铜仅为0.006,在目前的技术经济条件下均无开采价值。只是由于成矿作用使分散在地壳中的化学元素相对集中,从而形成了各种各样的矿床。,按照作用的性质和能量来源不同,地质作用可以分为内力地质作用、外力地质作用和变质作用。与此对应,成矿作用划分为内生成矿作用、外生成矿作用和变质成矿作用,形成的非煤矿床分别称为内生矿床、外生矿床和变质矿床。,一、内生
8、矿床 内生矿床与岩浆的侵入活动有密切关系,成矿物质也来源于岩浆。岩浆中含有丰富的金属成矿物质和挥发性成分,在其侵入地壳上部的过程中,所含的有用成分相对富集,冷凝结晶而形成内生矿床。岩浆演化的不同阶段岩浆阶段、残余岩浆阶段和岩浆期后阶段形成不同的内生矿床。,1岩浆矿床 岩浆矿床岩浆冷凝结晶成为岩浆岩阶段形成的矿床。它是岩浆活动过程中最先形成的矿床。这类矿床中主要有铬铁矿、钒钛磁铁矿、铜镍硫化矿、含铂族元素的金属矿,以及金刚石、刚玉和磷灰石等非金属矿产。岩浆矿床的主要特点是,围岩为岩浆岩,矿岩界限不明显,矿体形状比较复杂。,2伟晶岩矿床 伟晶岩矿床是残余岩浆阶段形成的矿床,因这一阶段形成颗粒特别粗
9、大的矿物晶体而得名。这类矿床中主要有锂、铍、铌、钽、铯等金属矿产和水晶、云母、长石等非金属矿产。伟晶岩矿床的主要特点是,围岩多为变质岩,矿体形状和产状主要受裂隙控制,矿岩界限一般较明显,矿物晶体粗大。,3气水一热液矿床 经过上述两个阶段后,剩下的岩浆是一种富含挥发性成分和多种成矿物质、粘度更小、流动性和活泼性更强的气水一热液。这种含矿的气水-热液充填于围岩裂隙中,或与化学活泼性强的围岩产生化学反应,置换出部分围岩并占据其空间,从而形成气水一热液矿床。这类矿床中矿产十分丰富,主要有铜、铅、锌、钨、锡、钼、汞、镓、锗、铟、铁、铀等金属矿产和石棉、硫、重晶石、莹石、冰洲石等非金属矿产。气水一热液矿床
10、的主要特点是,矿体形状和产状复杂多变,矿床中同时伴生有多种矿产,矿石品位一般较高,含大量硫化矿物。,内生矿床比较,二、外生矿床 外生矿床是受外生成矿作用形成的矿床,其成矿物质来源于原岩或原矿床。外生矿床按成因又可分为风化矿床和沉积矿床。风化矿床为砂矿床,矿石品位高,矿体埋藏浅,适合露天开采。矿床中主要有锡、金、铂、铁、锰等金属矿产和高岭土、金刚石等非金属矿产。,煤系地层中常见有粘土矿、铝土矿和铀矿等非煤沉积矿床。它主要含有铁、锰、铝等金属矿产和磷、岩盐、粘土、石膏、芒硝等非金属矿产,其中沉积铁、铝、锰矿床具有重要的工业价值 沉积矿床的主要特点是:围岩为沉积岩,矿岩界限明显,矿体多呈层状,矿床规
11、模较大,矿石矿物成分单一。,三、变质矿床变质矿床是受变质成矿作用形成的矿床,其成矿物质来源于原岩或原矿床。受变质矿床:原矿床经变质成矿作用后其工业用途并未改变(如沉积铁矿床变为变质铁矿床)。变成矿床:原岩变质成为矿床,或原矿床变质成为具有另一种工业用途的矿床(如石灰岩变质成为大理岩,铝土矿变质成为刚玉),变质矿床中主要有铁、锰、金、铀等金属矿产和大理岩、石墨、石棉、滑石、磷等非金属矿产。变质矿床在矿产资源中占有很重要的地位,变质铁矿床是铁矿资源的主要来源,占世界铁矿石总量的约60,而变质金矿床是世界产金量最大的一类矿床。,变质矿床的主要特点:围岩为变质岩,产状变化较大,矿体呈层状或似层状,矿石
12、成分简单,品位一般不高。,第三节 非煤矿床的工业特点 非煤矿床的矿石的种类、矿体的形状、厚度和倾角、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,从而具有许多工业将点。,一、矿体形状矿体形状矿体在空间的产出形态。非煤矿床矿体的形状常见的主要有层状、透镜状、脉状、巢状和柱状等。,矿体形状比较,矿体形状与矿床开采的关系(1)矿体形状与矿床开采的关系非常密切,矿床开拓、采矿方法的选择,都必须考虑矿体形状。(2)若矿体形状复杂多变,则要求所采用的采矿方法应灵活,适应性强。(3)此外,矿体形状的复杂性对探矿提出了特殊要求,即探矿工作必须贯穿于矿床开采过程的始终。,二、矿体的厚度和倾角 矿体
13、厚度和倾角也是影响采矿方法选择和井巷布置的重要因素。非煤矿床也将矿体按厚度和倾角的不同划分成若干类型,分别采用不同的采矿方法,非煤矿床的划分更细。,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。,b为垂直厚度;a为水平厚度;a与b夹角;矿体倾角;对于急倾斜矿体,常用水平厚度,对于缓倾斜矿体,水平或倾斜矿体常用垂直厚度。一般指真厚度。,表11 矿体按厚度分类(五类)表,煤层按厚度分类,表12 矿体按倾角分类表,煤层按倾角分类表,矿体倾角对运输设备选择的影响:1)水平矿体和微倾斜矿体矿体倾角小于5(包括微倾斜矿体)。可使用有轨或
14、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。【注】以上分类方法是相对的,随着其它无轨机械设备的发展,分类界线将会变化。,三、矿石与围岩的主要力学性质与化学性质(一)矿石与围岩的硬度硬度矿岩抵抗工具侵入和爆破破碎的能力。硬度大小用坚固性系数f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。,
15、1)软矿岩 其f值在34以下,如滑石、石膏、岩盐等矿层,开采时既可用电钻打眼爆破落矿,也可采用机械落矿;2)中硬矿岩 其f值为49,开采一般采用凿岩爆破法落矿;3)硬矿岩 其f值大于10,开采时只能采用凿岩爆破法落矿,而且凿岩和崩矿作业的工程量及其费用,在回采作业中所占的比例很大。,矿石和围岩的硬度可分为以下几种:,(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。,【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。,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
16、许的暴露面积在10以内。长时间暴露时仍需支护;3)中等稳固的矿岩 矿岩允许的暴露面积在200以内;4)稳固的矿岩 矿岩允许的暴露面积在500以内;5)极稳固的矿岩 矿岩允许的暴露面积可达5001000。,(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。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易粘结。矿石的结块性对开采的影响限制了某些采矿方法的应用。,(四)矿石的氧化性 矿石的氧化性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 矿石的自燃主要是硫化矿石中的
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