金属矿床的工业特征

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金属矿床的工业特征
1.1矿石和废石的概念
(1)矿物——在地壳中,由于地质作用形成的自然元素和自然化合物,统称为矿物。

(2)矿石——凡是在地壳中遇到矿物集合体,在现在技术经济水平条件下,能以工业规模从中提取国民经济必须的金属或矿物产品的都叫矿石。

(3)矿体——矿石的聚集体叫矿体。

(一个矿体是一个独立的地质体,具有一定的几何形状,具有一定的空间位置等)。

(4)矿床——矿床是矿体的总称。

(对于某一矿区而言,一个矿床由一个或几个矿体组成,矿床又可分为工业矿床和非工业矿床)。

①工业矿床——在当前技术经济条件下,符合开采和利用要求的矿床叫工业矿床。

②非工业矿床——与上述情况反之,叫非工业矿床。

(5)围岩——矿体周围的岩石叫围岩。

①上盘围岩——指矿体上部围岩。

②下盘围岩——指矿体下部围岩。

(6)夹石——夹在矿体中的岩石叫夹石。

(7)废石的概念
在采矿过程中所采出的围岩或夹石,一般称为废石。

(或者说废石是:矿床周围的围岩以夹石、根本不含有用成分或者含量过少,当前不宜作为矿石开采的称之为废石)。

【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,过去锡品位达到期0.8%,才算矿石可以开采,而现在饧品位只要达到0.2~0.3%,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0.4~0.6%,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8~10g/t就是富矿)
1.2矿石的种类
在自然界中的矿物很多,现在已经知道的矿物有3000多种,而有用矿物约有二百余种。

在地壳中,以自然金属形式存在的矿石是很少的,大量的矿石是以氧化矿,硫化矿等形式存在的。

(含金属成份的矿石,叫金属矿石)。

(一)金属矿石按其所含金属矿物的性质,化学成份,矿物组成可以分为以下几类
(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(PnS)、辉铜矿(MOS2)、闪锌矿(ZnS)等
(4)混合矿石——是前三种的混合物。

(二)根据所含金属种类的不同,矿石又可分为以下几种
(1)黑色金属矿石——如铁、锰、铬
(2)有色金属矿石——如铜、铅、锌、铝等
(3)稀有金属矿石——如铌、钽等(也是相对概念)
(4)放射性矿石——如铀、钍等
(5)贵重金属矿石——如金、锒、泊等
(6)非金属矿石——如建筑石材、石膏、滑石等。

1.3矿石品位的几种概念
(一)矿石品位的概念
通常我们把矿石中凡是可供利用的元素或矿物称为有用成份。

矿石中所含有用成分的多少用品位来表示。

所谓品位就是:矿石中有用成份的重量与矿石重量之比,常用百分数(%)表示。

一般金属品位是指矿石中该种金属元素含量的百分数。

对于贵重金属(金铂等)矿石的品位是用g/t表示。

这是因为这些贵重金属在矿石中含量很少。

(二)边界品位
这是指可采矿石有用成份含量和最低界限。

它是矿体边界上矿石上最低品位,是划分矿石和废石,圈定矿体范围的标准。

在圈定的矿本范围内,任意取样点的品位,一般都不应当小于边界品位。

(三)最低工业品位
是指在边界品位圈定的矿体范围内,合乎工业开采要求的平均品位的最低值。

这意思是说,根据目前工业技术水平,当矿石的品位低于某个数值时,便没有利用的价值,则这一数值的矿石品位叫最低工业品位,或者产,用边界是品位圈定的矿体或矿体中某个块段的平均品位,必须高于最低工业品位才有开采价值,否则无开采价值。

【注意】①边界品位和最低工业品位也是相对概念,是可以变化的。

②品位的表示方法实例:
綦江铁矿赤铁矿品位大于30%,金岑铁矿,磁铁矿品位56.24%;辉铜山铜矿品位2.04%,湘西金矿品位3~5g/t,秦岑金矿品位15g/t,红花沟金矿品位14.46g/t(平均)。

1.4矿石和围岩的性质
矿石和围岩的性质主要包括有:硬度、坚固性、投固性、碎胀性、结块性、氧化性、自燃性及含水性等。

(一)矿岩的硬度
矿岩的硬度是指矿岩抵抗工具侵入的性能。

矿岩的硬度取决于矿岩的组成,即取决于矿岩颗粒的硬度,形状,大小,晶体结构以及颗粒间胶结构的情况等,矿岩的硬度除了对凿岩有很大影响外,往往影响矿岩的坚固性和较固性。

(二)矿岩的坚固性
人们在长期的实践中认识到,有些岩石不容易破坏,有一些则难于破碎。

难于破碎的岩石一般也难于凿岩,难于爆破,则它们的硬度也比较大,概括的说就是比较坚固。

因此,人们就用岩石的坚固性这个概念来表示岩石在破碎时的难易程度。

坚固性的大小用坚固性系数来表示,(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。

通常用的普氏岩石分及法就是根据坚固性系数来进行岩石分级的。

如:
①极坚固岩石 f=15~20(坚固的花岗岩,石灰岩,石英岩等)
②坚硬岩石 f=8 ~10(如不坚固的花岗岩,坚固的砂岩等)
③中等坚固岩石f=4 ~6 (如普通砂岩,铁矿等)
④不坚固岩石 f=0.8~3 (如黄土、仅为0.3)
矿岩的坚固性也是一种抵抗外力的性质,但它与矿岩的强度却是两种不同的概念。

强度是指矿岩抵抗压缩,拉伸,弯曲及剪切等单向作用的性能。

而坚固性所抵抗的外力却是一种综合的外力。

(如抵抗锹,稿,机械碎破,炸药的综合作用力)。

(三)矿岩的稳固性
(1)矿岩稳固性的概念:
稳固性是指在一定暴露面积下和在一定时间内不自行垮落的性能。

或者说较固性是指矿岩在
空间允许暴露的面积大小和允许暴露的时间长短的性能。

影响稳固性的因素十分复杂,高于矿岩的成份,结构,构造节理状况,风化程度,以及水高地质条件都有关系,还与矿岩在开采过程中形成的实际情况有关,(如巷道的方向,开采深度等)。

稳固性对于采矿方法的选择,及支护方法的选择,掘进方式等都有很大影响。

(2)稳固性与坚固性的关系
二者既有联系,又有区别。

一般在节理发育,构造破碎的地带,矿岩的坚固性虽然可能好,但稳固性大为下降。

因此,稳固性与坚固性不能混同起来,(坚固性不好的,不一定就不稳固)。

(3)矿岩稳固性分类:大致可分为五类
①极不稳固的
不允许有暴露面积。

要求在掘进及开采中必须超前支护。

否则会昌落。

(非金属矿条件);②不稳固的
允许暴露的面积在50 m2以内。

也即允许有较小的暴露面积,随着回采,要立即进行支护。

③中等稳固的
允许有一定的暴露面积,即50~200m2,一般不支护,或作临时支护,即可安全地进行生产。

④较稳固的
允许有较大的暴露面积,为200~500m2,一般不支护。

⑤极稳固的
允许有很大的暴露面积,即800m2以上。

不必支护,可以长期时不垮落。

【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。

(四)矿岩的碎胀性
矿岩的碎胀性是指矿石和围岩破碎之后的面积比原体积增大性质。

碎胀性可用碎胀系数来表示(又叫松散系数)
对于一般坚硬矿岩石松散系数为1.4~1.6(或1.2~1.6)。

松散系数的大小主要取决于破碎之后,矿岩的粒度组成和块度的形状。

初装入容器(矿车、箕斗等)内的矿岩块,因矿岩块之间空隙较大,则松散系数值可达 1.8 ~2.0(产生了二次松散)。

(五)矿岩的结块性
结块性是指采下的矿岩遇水受压,经过一定的时间,又结成整块性质。

我们通常见到的是粘土矿物、滑石、或高硫矿遇水受压,经过一段时间后,易出现结块现象。

结块性对于放矿,装卸,运输等生产环节造成困难,甚至于影响到某些采矿方法的顺利使用。

具有结块性的矿石在采坊中,在凿井中存放时间不宜过长。

(六)矿石的氧化性
矿石的氧化性是指硫化矿石在水和空气的作用下,变成了氧化矿石的性质。

在硫化矿石中渗杂入氧化矿石后,降低了选矿的回收率。

(选矿用的药剂不同)。

因而硫化矿与氧化矿石切记不要混在一起。

(七)矿岩的自燃性
自燃性是指高硫化矿石(含硫量在18~20%以上),当其透水性及透气性良好的条件下,具有自燃发生的性能。

高硫化矿在井下氧化时,放出大量的热,经过一段时间,温度升高,会引起井下火灾,特别粉状的高硫化矿与空气接触的面积大,更容易引起火灾。

由于上述原因,对于高硫化矿床必须要采取快采快处理的办法来开采,以减少矿石的损失。

具有自燃性的矿石,在采矿方法选择上有特别要求。

(例如:小饧林矿在文革中曾进行过一次大炸破,由于矿石未能及时放出来,时间一长,温度升高,产生了自燃,烧了很久而未灭,只好封闭起来,暂时不采)。

至今封闭未采。

(八)含水性
含水性是指矿岩裂缝和孔隙中含水的性质。

矿岩含水性直接影响到矿石的提升,运输,矿仓内储矿。

矿岩含水过多,会使排水费用增加。

对于此方案寒冷地区的矿山,由于含水性会造成结冰河。

(九)其他的
(1)容重——容重是指单位体积中原岩的重量。

一般岩石的容重为2.3~3.0 t/m3之间。

有色金属矿石中金属含量较少,其容重与岩石差不多或稍大些。

黑色金属矿石中金属含量较高,容重可达3.5 t/m3左右。

(或更大)
(2)块度——原所崩落后则形成矿块,或岩石块,其尺寸的大小称为块度。

块度通常用三个相互垂直方向的平均尺寸来表示。

(或用最大方向的尺寸)
即B、L、H的平填值。

(一般按三度算,用方格法测定时,用二度定,有时用二度时采用一
个效正系数)。

对于一定的装运,破碎等设备,对矿岩的最大块度有一定的要求。

为了保证矿山持续生产,必须使矿石的最大块度与装运等设备的要求相应。

通常用合格块度来表示限制采出矿石的块度,矿石块度超过合格块度时,则要求进行二次破碎。

合格块度——即允许的矿石最大块度。

通常合格块度为250~500mm之间,也有600mm。

它是根据开采及加工的工艺和设备要求来确定的。

随着机械化水平的提高,合格块度有增大的趋势。

(3)自然安息角——松散矿岩自燃烧堆积时,其四周将形成倾斜的堆积坡面,我们把自然堆积坡面与水平面相交的最大角度,称为该矿岩的自然安息角。

1.5金属矿床分类及其工业特征
(一)金属矿床分类
金属矿床的矿体形状厚度及倾角,对于矿床开拓和采矿方法的选择,有直接的影响,因此,金属矿床的分类,一般按其矿体形状倾角和厚度三个因素进行分类。

(此三个要素习惯上称为矿体三要素)。

(1)按矿体形状分类
1)层状矿体——这种矿体是一层一层的。

多源于沉积或变质沉积矿床。

特点是:①层状矿床的品位,倾角和厚度变化不大,比较稳定。

②矿床规模比较大。

③多见于黑色金属矿床。

(乱矿多见)
2)脉状矿体
这类矿床主要是由于热液气化作用,将矿物充填于地壳裂隙中生成的矿床。

特点是:①矿脉与围岩接触处有蚀变现象
②矿床赋存条件不稳定;
③有用成分含量不均匀;(品位变化大)。

(有色金属,稀有金属及贵重金属硫矿床多属此类)。

脉状矿体
3)块状矿床
这类矿床主要是充填,接触交代分离和氧化作用形成的。

特点:①形状很不规则。

呈不规则的透镜状,矿株等形;
②矿体大小不一;
③矿体与围岩的界限不明显;
某些金属矿床(铜、铅、锌等)属此类。

我国的南京梅山铁矿也属此类矿床。

(2)按矿体、厚度分类
1)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;
φ——a与b夹角;α——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。

(也即真厚度。

若文中不加说明时,一般指真厚度)。

2)分类:可分五类
①极薄矿脉
矿体厚度在0.8m以下。

(一个肩宽)开采时要采一部分围岩,才能保证正常的工作宽。

(用浅孔凿岩开采的方法)
②薄矿脉
矿体厚度为0.8——4.0m之间。

考虑近似水平矿床,用木支护时支护高度不得超过4m,超过4m,支护作业困难很大。

用浅孔回采。

③中厚矿体
矿体厚度为4.0——10m之间。

一般此时矿块没走高布置,多用浅孔回采。

④厚矿体
矿体厚度为10——30m,(此时30m为使用没走向布置与垂直走向布置矿块的界限,也可以用沿走向布置矿体)。

一般用深孔回采。

⑤极厚矿体
矿体厚度在30m以上。

采用深孔回采。

矿块可垂直走向布置。

3)矿块的布置形式
①矿块沿走向布置②矿块垂直走向布置
③矿块垂直走向布置且凿走向矿柱。

为什么要垂直走向布置呢?主要是:①受到允许的暴露面积限制;②受到凿岩设备运搬矿石的设备限制。

(3)按矿体倾角分类(与矿石运搬方式有关)
1)水平矿体
矿体倾角小于5°(包括微倾斜矿体)。

可使用有轨或无轨运搬设备直接进入采坊运搬矿石。

2)缓倾斜矿体
矿体倾角在5°~30°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30°~55°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,随着其他无轨机械设备的发展,分类界线将会变化。

(二)金属矿床的特点
(1)矿床赋存条件不稳定;
(2)矿石品位变化大;
(3)地质构造复杂;
(4)矿石和围岩的硬度较大;
(5)矿床的含水性;。

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