采矿

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  采矿汉语拼音:Caikuang;英语:intertrigo),自地壳内或地表开采矿产资源的技术和科学。一般指金属或非金属矿床的开采,广义的采矿还包括煤和石油的开采及选矿。其实质是一种物料的选择性采集和搬运过程。采矿工业是一种重要的原料采掘工业,如金属矿石是冶金工业的主要原料,非金属矿石是化工原料和建筑材料,煤和石油是重要的能源。多数矿石需经选矿富集,方能作为工业原料。

  采矿科学技术的基础是岩石破碎、松散物料运移、流体输送、矿山岩石力学和矿业系统工程等理论。需要运用数学物理、力学、化学、地质学、系统科学、电子计算机等学科的最新成果。

  采矿工业在已基本达到的高度机械化基础上,通过改进综采设备的设计、造型、材质、制造工艺、检验方法和维修制度等,将进一步提高其生产能力和设备利用率。同时矿井在提升、运输、排水、通风、瓦斯监控等许多环节将实现自动化和遥控。地下和露天矿都将实现计算机集中自动管理监控。有的国家已将机器人试用于井下回采工作面,开采对人员损害较大的矿种。另一方面,随着人类对地下矿产的不断开采,开采品位由高到低,资源紧缺,迫使使用低品位矿产,选择适当的采矿和选矿方法,进行综合采选、综合利用,提高矿产资源的利用率和回采率,降低矿石的损失率和贫化率。采矿和选矿过程中生成的有毒气体、废水、废石和粉尘等物质以及噪声和振动等因素,对环境、土地、大气和水质等造成危害,一直是人们关心的课题。各国研究环保问题中进一步提出了资源的长期利用问题,特别着眼于废渣、废石、废液的重复使用、破坏后土地复用等。制订强有力的法律,采取有效措施确保矿山环境。

简史

  原始人类已能采集石料,打磨成生产工具,采集陶土供制陶,就是最早采矿的萌芽。中国古代的采矿历史悠久,从湖北大冶铜绿山古铜矿遗址出土有用于采掘、装载、提升、排水、照明等的铜、铁、木、竹、石制的多种生产工具及陶器、铜锭、铜兵器等物,证实春秋时期已经使用了立井、斜井、平巷联合开拓,初步形成了地下开采系统。至西汉时期,开采系统已相当完善。此时在河北山东湖北等地的铁、铜、煤、砂金等矿都已开始开采。战国末期秦国蜀太守李冰在今四川省双流县境内开凿盐井,汲卤煮盐。明代以前主要有铁、铜、锡、铅、银、金、汞、锌的生产。

  17世纪初,欧洲人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,这是采矿技术发展的一个里程碑。

  19世纪末20世纪初,相继发明了矿用炸药、雷管、导爆索和凿岩设备,形成了近代爆破技术;电动机械铲、电机车和电力提升、通讯、排水等设备的使用,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,出现了硝酸铵炸药,使用了地下深孔爆破技术,各种矿山设备不断完善和大型化,逐步形成了适用于不同矿床条件的机械化采矿工艺。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,由于使用了潜孔钻机、牙轮钻机、自行凿岩台车等新型设备,采掘设备实现大型化、运输提升设备自动化,出现了无人驾驶机车。电子计算机技术用于矿山生产管理、规划设计和科学计算,开始用系统科学研究采矿问题,诞生了系统采矿工程学。矿山生产开始建立自动控制系统,利用现代试验设备、测试技术和电子计算机,预测和解算某些实际问题。因此采矿工程学科被正式提出并得到了公认。

采矿步骤

  探矿,寻找可能存在的矿床;

  勘探,确定矿床的蕴涵量和范围;

  定量估算矿物的品质和埋藏范围;

  进行可行性研究,决定是否有开采价值;

  对矿山建设进行经济规划;

  开发,建设矿山,开采矿物;

  精选矿物;

  恢复由于开采造成的土地破坏。

采矿特点

  采矿的生产环境和生产过程与其他工业相比较,具有以下特点:

  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,矿床的工业储量不能输入,也不能再生。矿山的生产能力、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。

  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。被开采的矿体必须掘进一系列巷道,进行采矿准备工作(采准),才能开始回采。开拓、采准和回采工作互相协调,才能保证矿山正常生产。否则就会造成采剥失调或采掘失调,迫使矿山减产。

  ③开采工作总的趋势是采掘条件愈来愈差,采出矿石的品位逐渐降低,随之成本可能增高。由于岩石的混入会使矿石贫化,降低质量,还有部分矿石不能采出,而损失于地下。因此要不断改进采矿和选矿技术,开展综合利用,以降低成本。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。工业储量在开采过程中可能会有较大变化,使采矿设计难于标准化,加之建矿周期长,基建投资大,故投资风险性也大。

  ⑤采矿工作在露天或地下采场。劳动量大,工作条件差,安全性差,不易实现综合机械化和自动化,故需特别重视改善劳动保护和环境条件。

  ⑥一个矿山的经营效果,在很大程度上决定于所开采矿石的市场供求和价值高低。因此对矿山管理水平的评价,不能像其他工业一样,单纯地以绝对经济效益为准。

采矿方法

  采矿方法可大致分为露天开采、地下开采和液体开采3种基本采矿方法:

  ①露天开采。即在露天条件下,将埋藏较浅的矿石,从矿坑露天矿、山坡露天矿或剥离露天矿进行开采。包括挖掘一系列顺序的沟槽。采砂船采矿也属剥离露天矿的一种,它从平底船上进行挖掘。

  ②地下开采。是将埋藏较深的矿石,在地下采用自然支护、人工支护及崩落采矿方法将矿石开采出来。

  ③液体开采。又称特殊采矿法。是从天然卤水里、湖里、海洋里或地下水中提取有用的物质;将有用矿物加以溶解(或热水融化),再将溶液抽至地面后进行提取;用热水驱、气驱或燃烧,把矿物质从一个井孔驱至另一井孔中采出。大多数液体采矿是用钻井法进行的。

  对于一个具体矿床,根据地质条件和岩石力学资料,选择合理的采矿方法。比较理想的是要使被选用的采矿方法,在符合生产安全和适当采出有用矿物的要求下,能取得最大的经济效益。如采矿方法选择不当,将长期影响矿山生产技术指标和经济效益。