什么是采矿?

[拼音]：caikuang

[外文]：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。

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。

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。

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。

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。

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：

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

参考文章

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