CUMT-张农-非煤开采技术-第1讲-概述.ppt

第一章非煤固体矿床开采概述,第一节基本概念第二节矿床赋存特点第三节矿床地下开采概述,第一节基本概念,矿物与矿产矿物地壳中由各种地质作用形成的天然化合物或单质。矿产埋藏在地壳中的可供人类利用的天然矿物资源。1.能源矿产2.金属矿产3.非金属矿产4.水气矿产,,第一节基本概念,一、矿石、矿体和矿床（一）矿石（ore）1.定义在当前的技术经济条件下，在质（品位）和量（储量）两方面都能为国民经济所利用的矿物集合体。,,第一节基本概念,2.命名一般以所用元素或直接利用的矿物命名。如铁矿石、铜矿石、磷矿石、云母矿石等。,,3.分类1）按有用成分的用途和性质（工业用途），可分为金属矿石（铁矿石、铜矿石）非金属矿石（硫矿石）2）按矿石品位高低，可分为富矿和贫矿；3）按化学成分氧化矿和硫化矿等。,金属矿产,金属矿一般可分为三大类可以进一步细分以铁矿为代表的黑色金属矿；以铝、铜、铅、锌、镍为代表的有色金属矿以金、银为代表的贵金属矿和铀矿,金属矿产,1.黑色金属（钢铁、冶金金属）包括铁及炼制各种钢的附加金属、锰钢、铬、不锈钢、钒、镍、钴等。2.有色金属（非钢铁金属）可单独冶炼成金属、也可炼制合金。3.贵金属在地壳中稀少而性质独特，金、银、铂及铂族金属。4.放射性金属铀、镭等。具有天然放射性、自动蜕变、放出射线。5.稀有金属在地壳中稀少、富集程度差，如锂、铍、铌、钽等。6.稀土金属不单独形成矿物，共生在其它矿物中包括39、5771的16中元素。7.分散元素地壳中含量很低、不单独成矿，存在于其它矿物中（锗、镓等）。,非金属矿产资源,非金属矿产资源系指那些除燃料矿产、金属矿产外，在当前技术经济条件下，可供工业提取非金属化学元素、化合物或可直接利用的岩石与矿物。,非金属矿产分类,冶金辅助原料非金属矿产耐火粘土；白云岩；硅石（石英砂岩、石英岩、脉石英）等化工原料非金属矿产磷；硫（硫铁矿、自然硫）；钾盐；盐等建筑原料与其他非金属矿产石棉；石墨；石膏、云母等,第一节基本概念,（二）矿体orebody1.定义具有一定形状和产状的矿石的天然集合体。,锡矿体铅锌矿体萤石矿体,第一节基本概念,2.有关概念1）围岩矿体周围无开采价值的岩石。上盘围岩、下盘围岩2）夹石矿体中的岩石（或矿体内的）。3）废石指围岩和夹石。,3.矿体与围岩的关系相对的、有条件的例如南票煤田的煤层底板是粘土层，过去作为废石处理。后来需要粘土矿时，经勘探证明是一个耐火粘土矿床。,（三）矿床（oredeposit）1、定义一定区域内矿体及其围岩的集合体。2、分类（1）有用成分形状与用途金属矿床、非金属矿床、可燃有机矿床（2）形态层状、脉状、块状（3）矿体与围岩形成先后同生矿床、后生矿床（4）工业利用价值工业矿床、非工业矿床,（一）矿石品位（oregrade）1.定义矿石中有用成分的单位含量。①一般以百分数表示，如Cu0.40.6；Fe50；②贵金属及少数非金属（金、铂等），则用g/t或mg/t表示，如金刚石克拉/t；云母kg/m3。,二、矿石品位,边界品位划分矿石与废石（围岩或夹石）的有用组分最低含量标准。如磷矿P2O5，为56。下表即为部分矿石的边界品位和工业品位,（二）边界品位,（三）工业品位（最低可采平均品位）指在当前的技术经济条件下，可以开采利用的矿体的最低平均品位。又称最低可采平均品位。随着技术水平的提高，工业品位在降低Cu19世纪100.650.40.5Sn锡0.80.20.3。,（一）矿石损失与损失率1.矿石损失在矿床开采过程中造成矿石数量减少的现象。2.矿石损失率开采过程中损失的矿石量Q0与工业储量Q的百分比。3.矿石的回收率采出的纯矿石量与工业储量的百分比。4.金属回收率采出矿石中的金属量与工业储量所含金属量之比。（二）矿石贫化与贫化率1.矿石贫化采出矿石品位低于工业储量平均品位现象。原因1）开采过程中混入废石；2）高品位矿石损失或高品位粉矿流失；2.矿石贫化率采出矿石品位降低的百分率。,三、矿石损失与贫化,（三）矿石损失与贫化过程,,图矿石损失与贫化过程示意图,矿石量平衡式TQ-Q0R金属量平衡式,矿石损失率直接,间接,矿石回收率,金属回收率,矿石贫化率,废石混入率直接,废石混入率间接,（四）减少矿石损失与贫化的意义,资源浪费↑损失→矿山寿命↓→投资摊销↑→矿石成本↑安全性↓、环境污染↑运输、提升、产品加工费↑→产品成本↑贫化→回收率↓产品质量↓→价格↓,,,（五）降低矿石损失和矿石贫化的措施,矿石损失和矿石贫化不可避免，但从地质、设计、管理等方面采取综合措施能取得良好效果。应1.加强地质勘探2.采用合理的开拓部署3.选择适当的采矿方法和回采工艺4.合理采用新技术、新工艺和新设备。,一、矿床形成1.非煤矿床是由地壳中的化学元素，在各种地质作用下迁移和富集而成的。,第二节矿床赋存特点,,2.成矿作用把地壳中的有用成分和其它成分分离开来，集中富集而形成矿床的地质作用。内力地质作用内生成矿作用地质作用外力地质作用外生成矿作用成矿作用变质作用变质成矿作用成矿作用的分类（按作用性质和能量来源）1内生成矿作用地球内部热能（如岩浆、放射性元素脱变等）矿床内生矿床；2外生成矿作用地表岩石、矿床等在太阳辐射能、生物、化学作用下风化、剥蚀、搬运、沉积矿床外生矿床；3变质成矿作用地壳内部的原岩或原矿床受变质作用矿床或另一新矿床变质矿床。,,,,,,按成矿作用，分类1）内生矿床岩浆演化阶段岩浆阶段、残余岩浆阶段、岩浆期后阶段（1）岩浆矿床岩浆冷凝结晶成为岩浆岩阶段形成的矿床铬铁矿、钒钛磁铁矿等，金刚石、刚玉等特点围岩为岩浆岩、矿岩界限不明显、矿体形状比较复杂,（2）伟晶岩矿床残余岩浆阶段形成的矿床锂、铍、铯等，水晶、云母、长石等特点围岩多为变质岩，矿体形状和产状主要受裂隙控制，矿岩界限一般较明显，矿物颗粒粗大。（3）气水热液矿床岩浆期后阶段形成的矿床铜、铅、锌、等，石棉、硫等特点矿体形状和产状复杂多变，矿床中同时伴生多种矿产，矿石品位较高，含大量硫化产物。,2）外生矿床（1）风化矿床锡、金、铂等，高岭土、金刚石等特点砂矿床、矿石品位高，矿体埋藏浅（2）沉积矿床粘土矿、铝土矿。铁、锰、吕等，磷、石膏、芒硝等特点围岩为沉积岩，矿岩界限明显，矿体多呈层状，矿床规模大，矿石成分单一3）变质矿床（1）受变质矿床原矿床经变质成矿作用后其工业用途未变（2）变质矿床原矿床变质成为具有另一种工业用途的矿床铁、锰、金等，大理石、石墨、石棉等特点围岩为变质岩，产状变化较大，矿体呈层状或似层状，矿石成分单一，品位不高,第二节矿床赋存特点,二、矿体的分类（一）按矿体形状分类,金伯利岩云母橄榄岩,,二按矿体倾角分类,（三）按矿体厚度分类,1.矿体厚度指矿体上、下盘间的垂直距离（垂直厚度或真厚度）或水平距离（水平厚度）。,按目前的开采技术条件，矿体按厚度分为五类,1、矿体埋藏深度小于800米，称浅部矿体；2、矿体埋藏深度大于或等于800米，称深部矿体；,（四）按埋藏深度分,（一）矿石的硬度矿石的坚固性是矿石抵抗外力的能力。按照矿岩普氏系数f，矿岩的硬度可分为以下几种1）软矿岩f10。爆破开采（煤f3；围岩f10）,三、矿石与围岩的力学性质,（二）矿岩的稳固性矿岩的稳固性是指矿石和围岩允许暴露面积的大小和时间长短的性质。通常分为以下几种1）极不稳定的；2）不稳固的（50m2）；3）中等稳固的50200m2；4）稳固的200800m2；5）极稳固的800m2。,三、矿石与围岩的力学性质,1.结块性矿石的结块性是指采下的矿石遇水和受压后又连结在一起的性质。对放矿、装矿和运输有影响。2.氧化性氧化性是指硫化矿石在水和空气的作用下变为氧化矿石的性能。降低选矿回收率，导致结块或自燃。3.自燃性高硫矿石氧化生热并自发燃烧的性质。如白山硫铁矿、湘潭锰矿等。对采矿方法的选择有影响，即采下矿石不能在采场大量长时间堆放。4.物理化学特性盐类矿物、硫及铜、金等，可用物理或化学方法采矿。,四、矿石“三性”及物理化学特性,1.矿床规模除少数沉积矿床以外，矿床规模小2.矿体形状形状复杂，多种多样3.矿岩界限除沉积岩外，矿岩界限不清楚；4.矿体产状产状复杂多变；5.矿岩坚固性与稳固（定）性一般较好；6.矿石的“三性”自燃性、氧化性和结块性；7.矿石的物理化学特性溶于水、稀酸；8.地质构造比较复杂。,五、非煤矿床的工业特点,第三节矿床地下开采概述,一、回采单元划分及开采顺序一回采单元划分1、缓斜、倾斜和急倾斜矿体的划分井田阶段矿块,,第三节矿床地下开采概述,1）阶段上部为回风平巷，下部为运输平巷；阶段垂高缓倾斜2025m；倾斜与急倾斜4060m。2）矿块布置（图2.3）走向布置中厚以下；垂直走向布置厚与极厚矿体。矿块长度L3050m。,第三节矿床地下开采概述,2.水平和微倾斜矿体划分井田→盘区→矿壁盘区尺寸较小（200400）（200400）m,第三节矿床地下开采概述,（二）开采顺序及特点1.井田间的开采顺序先近后远，先浅后深，先易后难，先富后贫，综合利用的原则。2.井田内阶段间的开采顺序一般采用下行式，只有少数采用上行式。,第三节矿床地下开采概述,3.阶段中矿块的开采顺序有前进式、后退式和混合式一般采用后退式开采，原因1）非煤矿床赋存条件复杂，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）非煤井田尺寸一般较小，后退式的缺点不突出,第三节矿床地下开采概述,第三节矿床地下开采概述,4、相邻矿体间的开采顺序1开采缓倾斜及近水平矿脉群一般采用下行式；2急倾斜矿脉群一般采用下行式或同时开采的方式,第三节矿床地下开采概述,二、矿床开采步骤矿床进行地下开采，一般也分为三个步聚矿床开拓→矿块采准切割→回采1.矿床开拓1）矿床开拓从地表掘进一系列巷道通达矿体，形成提升、运输、排水和动力供应等完整的生产系统。2）开拓巷道为开拓矿床掘进的巷道。也即为全矿或整个阶段开采服务的。如平硐、风井、阶段石门等。,,,,第三节矿床地下开采概述,2.采准、切割（简称采切）1）采准在已经开拓的阶段掘进巷道，将阶段划分成矿块，并且形成矿块的生产系统（行人、通风、运料、凿岩和放矿等）的采矿准备工作。采准巷道为矿块采准而掘进的巷道。如天井、联络巷等。,,第三节矿床地下开采概述,2）切割指在已经采准完毕的矿块中开切自由面和自由空间，为回采创造爆破和放矿条件的工作。切割巷道为切割工作需要掘进的巷道。如切割天井、切割上山、拉底巷道、斗颈等。不同的采矿方法有不同的采准巷道和切割巷道。切割工作辟漏、拉底和开掘切割立槽。,,第三节矿床地下开采概述,3.回采指在已经采切完毕的矿块中采出矿石的过程。回采工作一般包括落矿、采场运搬及地压管理,第三节矿床地下开采概述,三、三级矿量及采掘技术方针三级矿量指开拓矿量、采准矿量与备采矿量1.开拓矿量在矿床中，已完成了主要井筒、中段运输巷道、通风及排水等巷道，形成完整的开拓、通风、运输、排水系统所圈定的矿量。2.采准矿量它是开拓矿量的一部分。在开拓矿量的基础上，全部完成了采矿方法所规定的矿房、矿壁和矿柱内采准巷道所圈定的矿量。,第三节矿床地下开采概述,3.备采矿量它是采准矿量的一部分。在采准矿量的基础上，全部完成了采矿方法所规定的切割工程量，能立即回采矿块（矿房）中的矿量叫做备采矿量。我国提倡的三级矿量保有期限定额,