采矿概论讲义
1 采矿基本知识
1.1 什么是采矿
矿产资源埋藏在地下，要转化为国民经济所需要的原料产品，必须通过一定的技术和手段，将其开发出来。 采矿是从地壳中将矿产资源开采出来并运输到加工地点或使用地点的行为、过程或工作（ore mining）。 1.2 开采方式
矿床开采可分为露天开采和地下开采两种方式。埋藏浅的厚大矿体多采用露天开采，埋藏深、厚度小的矿体多采用地下开采。介于两者之间的矿体，则需要进行技术经济方案比较后才能确定用露天开采或地下开采，或上部用露天开采，下部用地下开采。 1.3 基本概念
1.3.1 矿石、矿体、矿床
凡是地壳中的矿物集合体，在当前技术经济水平条件下，能以工业规模从中提取国民经济所必须的金属或矿物产品的，称为矿石。
以矿石为主体的聚集体叫矿体。矿床是矿体的总称。一个矿床可由一个矿体或若干个矿体所组成。 1.3.2 围岩、废石
矿体周围的岩石称围岩。根据围岩与矿体的相对位置，有上盘与下盘围岩和顶板与底板围岩之分。凡位于倾斜至急倾斜矿体上方和下方的围岩，分别称之为上盘围岩和下盘围岩；凡位于水平或缓倾斜矿体顶部和底部的围岩，分别称之为顶板围岩和底板围岩。
矿体周围的岩石，以及夹在矿体中的岩石（称之为夹石），不含有用成分或有用成分含量过少当前不具备开采条件的，统称为废石。 1.3.3 品位、边界品位、最低工业品位
品位是指矿石中有用成分的含量，一般用重量百分数（%）表示，贵重金属则用g/t表示。
边界品位是划分矿石与废石的有用组分最低含量标准。对不同种类的矿床，许多国家都有统一规定的边界品位。
最低工业品位简称工业品位，是指在当前技术经济条件下，矿物原来的采收价值等于全部成本，即采矿利润率为零时的品位。
有开采利用价值的矿产资源，其品位必须高于边界品位和最低工业品位。
1.4 矿岩力学性质
硬度、坚固性、稳固性、结块性、氧化性、自然性、含水性、碎涨性是矿石和围岩的主要物理力学性质，对矿床的开采方法有较大的影响。 1.5 金属矿床的埋藏要素 1.5.1埋藏深度和延伸深度
矿体的埋藏深度是从地表至矿体上部边界的垂直距离，而延伸深度是指矿体上下边界之间的垂直距离（图1-1）。
1—地表； 2—矿体； H1—埋藏深度； H2—延伸深度
图1-1 矿体的埋藏深度和延伸深度 2 H2 H1 1 1.5.2矿体形状
由于成矿环境和成矿作用的不同，矿体形状千差万别，主要有层状、脉状、块状、透镜状、网状、巢状等（图1-2）。
（a）层状矿床 （a）脉状矿床 （c）块状矿床
（d）透镜状矿床 （e）网状矿床 （f）巢状矿床
图1-2 矿体形状
1.5.3 矿体倾角
根据矿体倾角，矿体可分为以下几类： ① 水平和微倾斜矿体：矿体倾角在5°以下； ② 缓倾斜矿体：矿体倾角为5°~30°； ③ 倾斜矿体：矿体倾角为30°~55°； ④ 急倾斜矿体：矿体倾角大于55°。 1.5.4 矿体厚度
矿体厚度是指矿体上下盘之间的垂直距离或水平距离，前者称为垂直厚度或真厚度，后者称为水平厚度。除急倾斜矿体常用水平厚度来表示外，其它矿体多用垂直厚度。由于矿体形状不规则，因此厚度又有最大厚度、最小厚度和平均厚度之分。垂直厚度与水平厚度和矿体倾角有如下关系（图1-3）：
Hv?Hlsin? （1-2）
式中：Hv—矿体垂直厚度； Hl—矿体水平厚度；
?—矿体倾角。
矿体按厚度可分为5类：
① 极薄矿体：矿体平均厚度小于0.8m； ② 薄矿体：矿体厚度为0.8~2.0m； ③ 中厚矿体：矿体厚度为2.0~5.0m； ④ 厚矿体：矿体厚度为5.0~20.0m； ⑤ 极厚矿体：矿体厚度大于20.0m。
1.6 金属矿床开发的基本要求
与其他行业相比，采矿作业环境和劳动条件相对较差。故矿床开采过程中应注意以下要求：
（1）要确保开采工作的安全，并具有良好的劳动条件。 （2）要符合环境保护法的要求，减少对环境的破坏。
Hl α 矿体上盘 Hv 矿体下盘
图1-3 矿体厚度 （3）要高效可持续发展。 1.6.1矿山生产能力、矿山服务年限
生产能力是指矿山企业在正常生产情况下，在一定时间内所能开采或处理矿石的能力，一般用万t·a-1或t·a-1来表示。
矿山生产能力是矿床开发的重要技术经济指标之一，决定着矿山企业的基建工程、基建投资、主要设备类型和数量、技术建筑物和其它建筑物的规模与类型、辅助车间和选冶车间的规模、人员数量和配置等。
矿山服务年限是矿山维持正常生产状态的时间，在矿山生产能力、矿床储量、采矿损失率和回收率等因素确定后，也即相应确定。
矿山生产能力和服务年限是密切相关的，为在保证矿山合理的经济效益的同时，保持可持续发展，矿山企业必须具有一定的服务年限，因此矿山生产能力既不能过小，也不能无限扩大，应与矿山合适的服务年限相适应。
1.6.2 矿石损失率、贫化率
矿床开采过程中由于各种因素（如地质构造、开采技术条件、采矿方法及生产管理等）的综合影响难免会造成部分工业矿石的丢失。采矿过程中损失的矿石量与计算范围内工业矿石量的百分比称为矿石损失率，而实际采出并进入选矿流程的矿石量与计算范围内工业矿石量的百分比则称为矿石回收率。
由于采矿、运输过程中，围岩和夹石的混入或富矿的丢失，使采出矿石品位低于计算范围内工业矿石品位的现象称为矿石贫化，工业矿石品位降低的百分数成为矿石贫化率。
2 露天开采
2.1 露天开采的定义
所谓露天开采就是从地面开掘露天坑道，将有益物采出。开采方法包括：人工开采、机械开采、水力开采和特殊开采（如采金船等）。 2.2 露天开采的优缺点
世界上有2/3的矿山采用露天开采。与地下开采相比，露天开采具有以下优点：
（1）建成投产的速度快，基建投资低。
一个大型露天矿，一般需2-3年时间，最快几个月，而建成同样规模的地下矿山，则至少增加一倍时间。
（2）适合使用大型、高效率机械设备，劳动生产率高，一般为地下的3-5倍。
（3）生产成本低，一般为地下开采成本的1/2。
（4）矿石的损失、贫化小，能更充分地回收地下资源。露天开采损失率为3-5%，废石混入率< 5-10 %；地下开采损失率15-25% ,废石混入率3-15%。
（5）对高温易燃（高硫矿床、高磷矿床等），比地下开采安全可靠。 （6）作业条件好，生产安全可靠。 缺点：
（1）在开采过程中，穿爆，采装，汽车运输，卸载，排土时粉尘大，汽车废气污染，排弃的矿岩中的有害成分污染农田河流等，这些比地下开采危害大些。
（2）露采剥岩量很大，设专门的排土场，占用大片土地 。 （3）气候条件对开采的影响较大。
尽管露天开采优越性很多，由于矿床的赋存条件非常复杂，因此有些矿体，用露天开采在技术经济上就不合算，而用地下开采却很合算，所以一个矿床用那种方式开采要用技术经济评价对比后方能确定。 2.3 名词术语 2.3.1境界
露天矿开采终了时或某一时期形成的露天矿场。 2.3.2 台阶、采掘带
露天开采时，通常是把矿岩划分成一定厚度的水平分层，自上而下逐层开采，并保持一定的超前关系，在开采过程中各工作水平在空间上构成了阶梯状，每个阶梯就是一个台阶。台阶是露天矿场的基本构成要素之一，是进行独立剥离岩石和采矿作业的单元体。台阶构成要素如图2-1所示。
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