采礦基礎(chǔ)知識

自然資源：是人類可以直接或間接利用的存在與自然界的物質(zhì)或環(huán)境，與人類生存直接相關(guān)的自然資源有土地資源、水資源、氣象資源、森林資源、海洋資源和礦產(chǎn)資源。礦產(chǎn)資源：由存在于地殼中的礦物組成的可利用物質(zhì)。依其在地殼中富集的物質(zhì)形態(tài)的不同：氣態(tài)礦產(chǎn)、液態(tài)礦產(chǎn)和固態(tài)礦產(chǎn)。礦產(chǎn)資源氣態(tài)礦產(chǎn)液態(tài)礦產(chǎn)固態(tài)礦產(chǎn)金屬礦產(chǎn)非金屬礦產(chǎn)天然氣石油能源礦產(chǎn)非能源礦產(chǎn)煤、鈾鐵、銅石灰石、磷、金剛石采礦：是從地殼中將可利用礦物開采出來并運輸?shù)降V物加工地點或使用地點的行為、過程或工作。礦山:是采礦作業(yè)的場所，包括開采形成的開挖體、運輸通道和輔助設(shè)施等，開挖體暴露在地表的礦山稱為露天礦；開挖體在地下的礦山稱為地下礦。

采礦在社會經(jīng)濟發(fā)展中的地位采礦業(yè)在現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟中的地位可從兩個方面加以說明。

1、工業(yè)基礎(chǔ)為許多工業(yè)和農(nóng)業(yè)提供原材料和輔助材料。

2、重要指標人均礦產(chǎn)品消耗水平衡量一個國家發(fā)展程度及其國民生活水平。礦產(chǎn)資源的消費強度和消費特征取決于一個國家所處的工業(yè)化階段和社會經(jīng)濟發(fā)展水平。根據(jù)礦產(chǎn)資源消費生命周期理論，在工業(yè)化時期（人均GDP低于1000美元），礦產(chǎn)資源消耗強度迅速增長。在工業(yè)化全面發(fā)展時期（人均GDP1000-2000美元），礦產(chǎn)資源的消費強度繼續(xù)增長，進入礦產(chǎn)資源的高消費階段。在后工業(yè)時期（人均GDP高于2000美元），礦產(chǎn)資源消耗強度呈下降趨勢。這一由增長到成熟再到衰落的過程，形成了礦產(chǎn)資源消費生命周期的倒“U”字型。我國是發(fā)展中國家，社會經(jīng)濟發(fā)展剛剛從工業(yè)化初期進入工業(yè)化全面化發(fā)展時期，因此在未來走向發(fā)達的相當長的一個時期內(nèi)，我國將處于礦產(chǎn)資源高消費階段?？梢?，采礦業(yè)對于我國社會經(jīng)濟發(fā)展至關(guān)重要。

現(xiàn)代采礦技術(shù)發(fā)展概述就固態(tài)礦物而言，主要的開采方式是露天開采和地下開采。

1、世界各國都優(yōu)先發(fā)展露天開采，據(jù)統(tǒng)計，世界上各種金屬礦山，有2/3用露天開采，開采深度已達1100米左右，穿孔設(shè)備以牙輪鉆為主。

2、地下采礦方法、生產(chǎn)規(guī)模與開采比重世界上金屬礦產(chǎn)以地下開采為主的國家主要是瑞典、法國、德國、日本和南非等。西方國家上世紀70年代后地下開采量約占金屬礦石產(chǎn)量的35％。

注：

從長遠看，地下開采的比重將會上升。地下礦開拓和開采方法隨著開采技術(shù)的進步不斷演變，逐步形成了以豎井、斜井、平硐和斜坡道開拓為基本方式的約十種礦床開拓方法，以及空場法、充填法和崩落法三大類共二十余種典型采礦方法。應(yīng)用較為廣泛的采礦方法有十幾種。

礦山地質(zhì)常識地質(zhì)作用與地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)作用地球的年齡大約已經(jīng)有45億歲了，根據(jù)計算，有可靠記錄的地殼的年齡在38億年左右。自然界的變化主要是由自然界內(nèi)部的矛盾所引起的。按其自然力的來源不同：一、內(nèi)力作用地殼運動引起地殼的組成物質(zhì)發(fā)生變位的作用叫地殼運動。升降運動：西沙群島珊瑚礁出露水面水平運動：北京西山的形成巖漿作用巖漿是一種形成于較深處、成分十分復(fù)雜的熾熱的硅酸鹽熔融體。巖漿向地殼薄弱處活動，并冷凝成巖漿巖的過程，叫做巖漿作用。侵入作用：巖漿未達到地而即冷卻凝成火成巖噴出作用：巖漿噴出地表冷凝成噴出巖。變質(zhì)作用已成的巖石，因受地下的高溫、高壓或巖漿上升等的影響，促使巖石在固體狀態(tài)下，發(fā)生化學成分、礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等的變化而形成變質(zhì)巖的過程，叫做變質(zhì)作用。地震即地殼的震動。按成因有火山地震、構(gòu)造地震及地表巖石塌陷引起的地震。外力作用風化作用由于大氣、水和生物等的影響使地殼表層的礦物和巖石受到破壞的一種作用叫做風化作用，通常分為物理風化作用、化學風化作用和生物風化作用。剝蝕作用礦物或巖石通過風、地表水流、地下水、海波浪等的破壞，并使破壞產(chǎn)物剝離母體的作用。搬運作用礦物、巖石通風化剝蝕后，被風、河流、下水、海洋等船運到其他地方的作用。沉積作用被搬運的物庇當搬運的力量已不能繼續(xù)把它帶走隊堆積在適當?shù)胤降淖饔?。成巖作用使松散的沉積物經(jīng)過壓緊、膠按答作用而變成沉積巖的過程。地質(zhì)構(gòu)造沉積巖層的原始狀態(tài)應(yīng)該是水平的，連續(xù)的。由于受到地殼運動的影響，在自然界中所看到的許多沉積分發(fā)生了傾斜、彎曲和斷裂備這些現(xiàn)象統(tǒng)稱地質(zhì)構(gòu)造，其基本形式有褶皺和斷裂兩種。巖層產(chǎn)狀地殼運動改變了沉積巖層最初生成時的水平狀態(tài)，為了描述巖層的產(chǎn)出狀態(tài)(即巖層產(chǎn)狀)，經(jīng)常用走向、傾向和傾角來表示。1)走向是指巖層面與水平面交線的方向。2)傾向是指巖層垂直于走向的傾斜方向，即向下延伸的方向。3)傾角是指巖層面與水平面的夾角。礦物礦物：是由一種或數(shù)種化學元素在地質(zhì)作用中形成的自然產(chǎn)物，具有一定的形態(tài)和一定的物理化學性質(zhì)。礦物絕大多數(shù)是固態(tài)，也有液態(tài)（石油、鹽溶液）和氣態(tài)（天然氣、天然瓦斯）。自然界中已知礦物約有3000多種，能被工農(nóng)業(yè)利用的約有200多種，比較重要的約有100多種，常見的礦物：黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、磁鐵礦、赤鐵礦、石英、長石、云母、方解石等。巖石構(gòu)成地殼的物質(zhì)統(tǒng)稱為巖石。由一種或多種礦物組成。按成因分類：

巖漿巖是由地球內(nèi)部上升的熔融體—巖漿冷卻凝結(jié)而成的巖石，也叫火成巖。組成它的主要礦物：石英、長石、云母、角閃石、輝石、橄欖石等。常見的巖漿巖：花崗巖、閃長巖等。沉積巖是由其他巖石被破壞后所生成的碎屑，由風力、水力運搬堆積而成，或由溶解于水中的物質(zhì)沉淀而成，或者由動植物的遺骸堆積分化而成。常見的沉積巖：礫巖、砂巖、頁巖、石灰?guī)r等。（沉積巖中一般可以或多或少的化石—古生物在巖層中留下的痕跡）變質(zhì)巖它是各種巖石在地殼運動所產(chǎn)生的高溫、高壓作用下，使原來的組織構(gòu)造重新改變而生成的巖石，如片麻巖、片巖、大理巖、矽卡巖等。這類巖石最大的特征是多數(shù)具有片理狀構(gòu)造。第一部分采礦基礎(chǔ)知識一、礦石與廢石1礦石：地殼中能提取國民經(jīng)濟所必須的礦物產(chǎn)品的集合體。2礦體：在現(xiàn)代技術(shù)經(jīng)濟條件下，能以工業(yè)規(guī)模開采的礦石聚集體。3礦床：一個或數(shù)個礦體及其周圍的巖石和地層、構(gòu)造等整個含礦地段。4廢石：在礦體周圍的巖石(圍巖)以及夾在礦體中的巖石(夾石)，不含有用成分或含量過少，當前不宜作為礦石開采的集合體※

礦石和廢石的概念是相對的。礦體是指合乎一定質(zhì)量和數(shù)量的礦石天然集合體。礦體周圍的巖石叫圍巖。位于礦體上部的稱上盤圍巖或頂盤圍巖，在礦體下部的稱下盤圍巖或底盤圍巖，夾在礦體中間的稱夾石或夾層。這些圍巖和夾石，一般統(tǒng)稱廢石。注：礦石和廢石、工業(yè)礦床和非工業(yè)礦床的概念是相對的，與一個國家的社會制度、發(fā)展國民經(jīng)濟的路線和政策、科學技術(shù)水平、已經(jīng)掌握的資源情況和需要等有著密切的關(guān)系。例如由于大力開展綜合利用、綜合回收不少過去被丟棄的廢石(尤其是一些含稀有、稀土元素的礦物)，得到了利用，變成了礦石；一些一度被認為是非工業(yè)礦床的，已被人們開發(fā)變成了工業(yè)礦床。

礦床是指按地貌特征圈定的區(qū)域內(nèi)的礦體的總稱，由一個或若干個礦體組成。在目前技術(shù)經(jīng)濟條件下，符合開采和利用要求的礦床叫工業(yè)礦床反之叫非工業(yè)礦床。礦床勘探是礦床開采的先決性工作。其任務(wù)是了解礦體的埋藏特性、、范圍、空間位置和形狀，了解礦石和圍巖的工業(yè)性質(zhì)，弄清礦石儲量和水文地質(zhì)等情況，為礦床開采設(shè)計提供所需要的原始資料。生產(chǎn)勘探在礦床開采過程中，應(yīng)利用生產(chǎn)坑道接近或進入礦體的有利條件，進一步進行勘探，以便為采礦提供準確可靠的地質(zhì)資料，探明礦區(qū)過去未發(fā)現(xiàn)的隱伏礦體，擴大礦石儲量，延長礦山壽命。二、礦石品位指礦石中有用成分的含量。常用百分數(shù)或g/t、g/m3表示。三、礦石和圍巖的物理力學性質(zhì)⒈硬度：指礦（巖）石抵抗外來機械作用的能力?！?/p>

硬度影響鑿巖設(shè)備和破碎方法的選擇，也影響勞動生產(chǎn)率、材料消耗和采礦成本。⒉堅固性：指礦（巖）石抵抗外力的性能?！?/p>

堅固性的大小，常用堅固性系數(shù)f表示。

f＝бC/100※

堅固性影響鑿巖速度、炸藥消耗量和地壓管理。⒊穩(wěn)固性：指礦（巖）石在空間允許暴露面積的大小和暴露時間長短的性能。第一部分采礦基礎(chǔ)知識采礦學研究的內(nèi)容是礦床的開采問題。礦床由礦體組成，礦體是獨立的地質(zhì)體，具有一定的空間位置幾何形狀產(chǎn)狀質(zhì)量界限第一部分采礦基礎(chǔ)知識★★★

1.礦床的工業(yè)特征1）礦體的空間分布特征礦體形態(tài)可分為以下三類。（1）板狀兩個方向延伸較大。板狀礦體可分為礦脈（包括層狀礦脈和切割礦脈）和礦層兩種。（2）等軸狀習慣叫塊狀，三度空間大致均衡延伸。按塊度大小可分別稱作礦瘤、礦巢、礦囊等。（3）柱狀一個方向延伸很大，另外兩個方向延伸較小。有柱狀、筒狀、管狀等幾種?！窠饘俚V床以脈狀及透鏡狀礦體較多，煤體一般為層狀。第一部分采礦基礎(chǔ)知識1）礦體的空間分布特征礦體埋藏要素：反映礦體的空間位置及尺寸的量。主要有走向、傾向、傾角、厚度、延深。厚度垂直厚度水平厚度延伸埋藏深度

賦存深度垂高斜高第一部分采礦基礎(chǔ)知識2）礦體分類（1）礦體按傾角劃分可分為以下4種：①水平和微傾斜礦體傾角為00～50②緩傾斜礦體傾角為50～300③傾斜礦體傾角為300～550④急傾斜礦體傾角為550以上。煤層按傾角分類①近水平煤層傾角<8o②緩傾斜≤25o③25o<傾斜≤45o④急傾斜>45o第一部分采礦基礎(chǔ)知識（2）礦體按厚度劃分可分為以下5種：①極薄礦體厚度小于0.8m，②薄礦體厚度為0.8～5m③中厚礦體厚度為5～15m；④厚礦體厚度為15～50m；⑤極厚礦體厚度在50m以上。煤層厚度①極薄煤層<0.8m，②薄煤層≤1.3m,③1.3<中厚煤層≤3.5m，④厚煤層>3.5m，⑤特厚煤層>6m。第一部分采礦基礎(chǔ)知識（3）礦巖按穩(wěn)固性一般分為5級：

①極不穩(wěn)固的在沒有支架或超前支架的支護情況下，頂板和側(cè)幫都不能有暴露面；②不穩(wěn)固的允許有不大的暴露面（50m2以內(nèi)），但要隨回采工作的推進立即支護；

③中等穩(wěn)固的允許有一定暴露面（50～200m2），隨回采工作的推進可以不立即進行支護；

④穩(wěn)固的允許有較大暴露面（200～800m2），一般不用支護，在個別的地方要支護；

⑤極穩(wěn)固的允許有很大的暴露面（800m2以上），不須支護，長期不垮。煤層：①穩(wěn)定②較穩(wěn)定③不穩(wěn)定④極不穩(wěn)定第一部分采礦基礎(chǔ)知識3）開采工藝有較大影響的礦巖物理力學性質(zhì)：容重、塊度、碎脹性、含水性、結(jié)塊性、穩(wěn)固性以及強度、堅固性等。容重:一般巖石的容重約在2.3～3.0t∕M3之間黑色金屬礦石中金屬含量較高，可達3.5t/M3塊度:一般礦石的合格塊度在200～250mm之間隨著機械化水平的提高，合格塊度有增大趨勢

結(jié)塊性:給放礦、裝礦和運礦（運輸、搬運）等帶來困難含水性：巷道支護、采礦、放礦、運輸、提升有較大影響。碎脹性：給爆破補償空間帶來影響。一般堅硬礦巖的碎脹系數(shù)為1.2～1.5。氧化性指硫化礦石在水和空氣的作用下，變?yōu)檠趸V石的性質(zhì)。自燃性指高硫礦石，在空氣中氧化并放出熱量，經(jīng)過一定時間后，溫度升高，引起自燃的性質(zhì)。第一部分采礦基礎(chǔ)知識3）開采工藝有較大影響的礦巖物理力學性質(zhì)：容重、塊度、碎脹性、含水性、結(jié)塊性、穩(wěn)固性以及強度、堅固性等。強度:礦巖有三種強度抗壓強度、抗剪強度、抗拉強度抗壓強度最大?？辜魪姸戎挥锌箟簭姸鹊?∕8～1∕12抗拉強度只有抗壓強度的1∕10～1∕50

第一部分采礦基礎(chǔ)知識★★★2.生產(chǎn)能力概念與計算1）礦井生產(chǎn)能力與服務(wù)年限礦井生產(chǎn)能力正常生產(chǎn)時期，單位時間內(nèi)（年或月）礦井采出的礦石量。一般按年產(chǎn)礦石量計算，即礦井設(shè)計的年產(chǎn)量?！竦V井實際產(chǎn)量可以低于或高于礦井生產(chǎn)能力。礦井生產(chǎn)初期和末期實際產(chǎn)量小于礦井生產(chǎn)能力礦井生產(chǎn)正常期礦井實際產(chǎn)量可能大于礦井生產(chǎn)能力

礦井生產(chǎn)能力，是礦床開采的主要技術(shù)經(jīng)濟指標之一，它決定礦井基建工程量主要生產(chǎn)設(shè)備的類型技術(shù)構(gòu)筑物的規(guī)模和類型輔助車間和選冶車間的規(guī)模、職工人數(shù)等，從而影響基本建設(shè)投資和投資效果、企業(yè)的產(chǎn)品成本和生產(chǎn)經(jīng)營效果。露天礦生產(chǎn)能力，用礦石生產(chǎn)能力（即每年采出的礦石量）和礦巖生產(chǎn)能力（即每年采剝總量）兩種指標來表示。礦巖生產(chǎn)能力是露天礦生產(chǎn)能力的重要指標。第一部分采礦基礎(chǔ)知識確定礦井生產(chǎn)能力的基本條件礦床地質(zhì)條件工業(yè)儲量的大小技術(shù)經(jīng)濟因素市場需求量第一部分采礦基礎(chǔ)知識第一部分采礦基礎(chǔ)知識礦井服務(wù)年限礦井服務(wù)年限和礦井生產(chǎn)能力應(yīng)相適應(yīng)，它們之間保持一個技術(shù)、經(jīng)濟上都比較合理的關(guān)系。①礦山生產(chǎn)能力大，服務(wù)年限長②實際服務(wù)年限＞計算服務(wù)年限考慮露天礦正常服務(wù)年限的基本原則是：露天礦的合理服務(wù)年限應(yīng)與其主要設(shè)備的磨損時間相適應(yīng)。

第一部分采礦基礎(chǔ)知識2）計算（均為生產(chǎn)能力和服務(wù)年限的關(guān)系）A地下開采1）煤礦2）金屬礦和非金屬礦式中：A—礦井生產(chǎn)能力，Mt/a；ZK—礦床可采儲量，Mt；T—礦井服務(wù)年限，a；K—儲量備用系數(shù)，一般取1.4；Q—礦床工業(yè)儲量，Mt；

Hk—礦石總回采率，%；y—廢石總混入率，%。第一部分采礦基礎(chǔ)知識B露天開采

Ak＝P（1＋）/T

式中：Ak－礦石生產(chǎn)能力，t/a；P－露天礦境界內(nèi)礦石的工業(yè)儲量，t；－礦石回收率，%；－礦石混入率，%；T－露天礦正常服務(wù)年限，a。第一部分采礦基礎(chǔ)知識3）井型分類（大、中、?。┟旱V井型：大型≥120萬t/a，30萬t/a<中型<120萬t/a，小型≤30萬t/a;唯有煤礦是具有標準井型的第一部分采礦基礎(chǔ)知識4）井型與服務(wù)年限、井田、投資、經(jīng)營費的關(guān)系●大型礦井要有較長的服務(wù)年限，以減少分攤到每噸礦上的投資折舊費?！翊笮偷V井需要有足夠的可采儲量，即井田的范圍要大●井型增大，基本建設(shè)投資增多，分攤到采出每噸礦的投資費用將相應(yīng)增加；●井型的增大，分攤到采出每噸礦的生產(chǎn)經(jīng)營費用會減少。

◆大型礦井機械化程度高，生產(chǎn)集中，效率高，成本低。但大型礦井要求較高的技術(shù)和復(fù)雜的設(shè)備，建設(shè)的時間較長，投入的資金較多。第一部分采礦基礎(chǔ)知識★★★3.礦石損失、貧化的概念與計算1）概念礦石損失――礦石在數(shù)量上的減少礦石貧化――礦石在質(zhì)量上的降低礦石損失率――開采過程中損失工業(yè)儲量與總工業(yè)儲量之比。礦石回采率――采出的純礦石量與總工業(yè)儲量之比率。廢石混入率――混入礦石中的廢石量與采出礦石量之比礦石貧化率――礦石品位降低的百分數(shù)。礦石損失率+礦石回采率=1廢石混入率≥礦石貧化率礦石損失與損失率礦石損失:指在開采過程中造成礦石在數(shù)量上的減少。礦石損失和表示方法◆礦石損失率：指在開采過程中損失的工業(yè)儲量與原工業(yè)儲量之比率。◆礦石回收率：指采出的純礦石量與工業(yè)儲量之比率。※損失率和回收率均用百分數(shù)(%)表示。礦石貧化與貧化率