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收藏词条   编辑词条 采矿

创建时间:2008-08-02

caikuang
采矿(卷名:矿冶)
ore mining

  自地壳内和地表开采矿产资源的技术和科学。广义的采矿还包括煤和石油的开采。采矿工业是一种重要的原料工业,金属矿石是冶炼工业的主要原料,非金属矿石是重要的化工原料和建筑材料。多数矿石需经选矿富集后才能作为工业原料。有些非金属矿产如盐、碱、自然硫和建筑用的砂砾不称矿石,天然赋存的砂矿产品常称矿砂,其主要开采技术也收入本卷内。
简史  

        原始人类已采集石料,打磨成生产工具,采集陶土制陶,萌发了采矿的概念。进入铜器时代,随着冶铜业的发展,形成自地下采掘铜、铅、锌矿石的采矿技术。由铜绿山矿冶遗址可知:当时,已能开掘一定深度的小立井;已能沿矿体开掘平巷;用木支架维护地下巷道;已利用水排、辘轳和轮车等工具。进入铁器时代,采矿规模和技术进一步发展,但仍用手工采掘。
  欧洲于1556年出版了阿格里科拉的《论冶金》一书,是欧洲最早全面论述矿冶技术的著作。17世纪初,将中国传入的黑火药用于采矿,用凿岩爆破落矿代替人工挖掘,是采矿技术发展的一个里程碑。蒸汽机的出现和电的使用,开始了采矿作业机械化和电气化的进程。19世纪末期至20世纪初,相继发明了矿用炸药、雷管、导爆索(见起爆器材)和凿岩设备,形成了近代爆破技术,使用了电动机械铲、电机车和电力提升、通风、排水设备,形成了近代装运技术。20世纪上半叶开始,采矿技术迅速发展,其标志是:①出现了硝铵炸药;②使用了地下深孔爆破技术;③各种矿山设备不断完善和大型化;④逐步形成了适用于不同矿床条件的机械化采矿工艺。在此基础上,对矿床开拓和采矿方法进行了分类的研究;对矿山压力显现进行了实测和理论探讨,对岩石破碎理论和岩石分级进行了研究;完善了矿井通风理论;提出了矿山设计、矿床评价和矿山计划管理的科学方法。使采矿从技艺向工程科学发展。
  20世纪50年代后,由于①使用了潜孔钻机、牙轮钻机、自行凿岩台车等新凿岩设备,以及铵油、浆状和乳化油等廉价安全炸药;②采掘设备实现大型化、自行化;③运输、提升设备自动化,出现了无人驾驶机车;④露天矿采用间断-连续式运输;⑤矿山环境工程得到重视;⑥电子计算机用于矿山生产管理、规划设计和科学计算,开始用系统科学研究采矿问题,诞生了矿业系统工程学;⑦矿山生产开始建立自动控制系统,岩石力学和岩石破碎学进一步发展,利用现代试验设备、测试技术和电子计算机,已能预测和解算某些实际问题。因此采矿工程科学被正式提出并得到公认。
特点

        采矿的生产环境和生产过程,和其他工业比较,差别很大,它具有下列几方面的特点:
  ①采掘加工的主要原料是自然赋存的矿体,矿址不能自由选择,往往要在交通、水源、动力等外部条件非常不利的地点建矿。矿床的工业储量是天然赋存的,不能输入,也不能再生。矿山的生产能力(规模)、服务年限和经济效益密切相关。每个矿山都要经历建矿、投产、正常生产、减产和闭矿的历程;在服务年限期满时被迫闭矿。
  ②采矿设备和人员经常随采矿进程和加工对象转移,没有固定的加工车间。每一块段被开采的矿体都须掘进一系列巷道,进行采矿准备工作(采准),才能开始回采。开拓、采准和回采工作需互相协调,才能保证矿山正常生产。露天矿不及时剥离和掘沟,地下矿不及时掘进采准巷道,就会造成采剥失调和采掘失调,迫使矿山减产。
  ③采矿生产过程只有矿石的破碎、移运,不能提高质量,相反由于开采时不可避免地会混入岩石使矿石贫化,还会降低质量。此外,有部分矿石不能采出,损失于地下。降低贫化率和损失率是采矿生产中重要的质量管理工作,具有很大的经济潜力。
  ④矿体赋存条件和形状复杂,品位分布不均,矿石工业储量在开采过程中可能有较大变化,使采矿设计难于标准化;矿石成分复杂,加工利用困难;加之建矿周期长,基建投资大,故投资风险性大。
  ⑤由于首先开采的是高品位和赋存条件良好的矿床,总的趋势是采掘条件愈来愈差,采出矿石的品位逐步降低,开采成本可能增高,因此,经常采用新的采矿和选矿技术,开展综合利用,以降低采矿成本。
  ⑥采矿工作须在露天或地下采场破碎矿体和移运重物,劳动量大,工作条件恶劣,安全性差,不易综合机械化和自动化,需要重视改善劳动保护和环境条件。在开采过程中要破坏地表,堆置废石,因此,需进行矿山土地复用,以恢复景观。
  ⑦一个矿山的经营效果,在很大程度上决定于开采矿石的价值。一个开采高价富矿的矿山,即使经营很差,其经济效益也可能比经营良好的开采低价贫矿的矿山要好。因此,对矿山管理水平的评价,不能象其他工业一样单纯以绝对经济效益为准。
分类  

        采矿分为普通机械化开采和特殊采矿。绝大部分矿床用普通机械化方法开采。机械化开采又分为露天开采(包括矿石和砂矿)和地下开采两大类。露天开采将矿体上覆的岩层剥离,然后自上而下顺次开采矿体。露天矿敞露地表,可以使用大型采矿机械,作业较安全,矿石损失少,贫化率低,生产能力大,采矿成本低,大型贫铁矿床和建筑材料矿床多用此法。当矿体赋存深度大,矿体厚度小,剥离工作量很大,其经济效益低于地下开采或需要保护地表和景观时,则用地下开采方法。赋存条件复杂,工业储量较小的有色和稀有金属矿床多用此法。近年来,地下矿山应用尾砂胶结充填采矿法,可有效地保护地表和处理尾矿污染。在一些国家大量发展露天开采后,随着开采深度增大和环境保护要求提高,地下开采有增加的趋势。
特殊采矿法  

        包括地下物理化学采矿和海洋采矿。物理化学方法是浸取、溶解或熔融有用成分,将溶液或熔融体自地下举升至地面提取。这类方法投资省、见效快、工作条件好,只适用于铜、铀等某些金属矿物和盐、碱、自然硫等。滨海大陆架上和洋底蕴藏着大量有用矿藏,但洋底的锰结核尚处于试采阶段。整个特殊采矿法开采的矿产所占比例极小。
开发和开采过程  

        矿床开发步骤见图示。矿床开采包括基建开拓工程和生产采矿工程两大项。矿山地下开拓要掘进一系列巷道或沟道以通达矿体,建成完整的采矿生产系统,交付生产使用。采矿生产过程有两类:


主要生产过程  

       包括:①采准、切割,为回采准备生产条件。②回采,将矿石崩落破碎,装入运输容器。地下回采包括落矿、出矿作业(见地下采矿方法);露天回采包括穿孔、爆破和采装作业(见露天采矿方法)。③运输,将装入运输容器的矿石运交选矿厂或矿仓(见矿井提升、矿井运输、露天矿运输)。④管理巷道地压、立井地压、采场地压以及露天矿边坡。⑤在矿石运输过程中,通过矿仓、堆栈,将矿石混匀,保证生产的矿石质量稳定。⑥将巷道掘进和剥离产出的废石排弃至废石场。
  由于矿床地质条件和矿山技术条件的不同,采矿方法种类繁多,不同的采矿方法,其采矿工艺流程、采矿机械设备、采区巷道布置和开采顺序也不同。采矿方法选择不当,将长期影响矿山生产的技术指标和经济效益。各主要生产过程都须选用适宜的机械设备,才能获得最佳经济效果。
辅助生产过程

        包括:①人员、材料和设备运送;②电和压气等动力供应;③通风、防尘等劳动保护;④排水、供水;⑤设备维修安装;⑥安全和环境保护;⑦地质、测量以及仓库管理等其他辅助工作。
采矿理论  

        采矿科学技术的基础是岩石破碎、松散物料移运、流体输送、矿山岩石力学和矿业系统工程等理论。需运用数学、物理、化学、力学、地质学、系统科学、运筹学、信息论、控制论、电子计算机应用等学科的最新成果。
岩石破碎理论

        揭示破碎岩石的能耗和破碎效果间的联系,探求破碎载荷和岩石坚固性及破碎参数间的关系。据以研制高效、经济的采掘机具和器材,寻求新的岩石破碎方法和技术。
松散物料移运理论

        研究自矿块、溜井中放出松散矿岩的移动规律和对矿块内巷道地压显现的影响,装载机构和移运设备与松散矿岩的作用机理,据以确定合理的矿块结构参数和采取降低矿石贫化的技术措施,研究高效经济的装运设备。
流体输送理论

        研究矿内空气动力学,流体和固体两相流输送理论,据以保证和改善矿内空气条件,设计风力和水力输送充填材料的合理系统。
矿山岩石力学理论

        研究岩体的物理力学性质及矿床开采中发生的力学过程,揭示采场和巷道地压显现规律和围岩与支架的相互作用原理。据以提出正确的地压管理方法,确定合理的矿床开采的结构参数,评价巷道和边坡的稳定性,预测地表及岩层移动和解决深部开采时的岩爆问题。

矿业系统工程

        研究采矿系统的规划、设计、生产计划、工艺过程和管理最佳化数学模型,评价标准,建立矿山电子计算机自动控制系统。


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