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现代采矿手册(上)
2012-04-09
王运敏 主编——马鞍山矿山研究院/2011年5月/冶金工业出版社 上册¥300元(含邮资10元)   《现代采矿手册》本书分为上、中、下三册。上册包括:绪论、矿山地质及水文地质、矿山测量、 矿山地面总体布置、矿山岩石力学、露天矿穿孔设备、爆破工程。中册包括:露天 开采、地下开采。下册包括:露天地下联合开采、特殊条件矿床开采、矿井通风、 矿山压气、矿山防排水、矿山清洁生产与环境保护、矿山地质灾害及治理、数字化 矿山、采矿系统工程、矿山建设项目评价、环境影响评价、职业病危害评价、安全 评价。 本书全面、系统介绍了我国非煤固体矿产采矿技术、采矿方法与采矿设备, 内容涉及与我...
WWW.KY114.CN 现 代 采 矿 手 册 ( 上册) 王运敏摇 主编 WWW.KY114.CN 北摇 京 冶 金 工 业 出 版 社 2 011 内 容 提 要 本书分为上、中、下三册。 上册包括:绪论、矿山地质及水文地质、矿山测量、 矿山地面总体布置、矿山岩石力学、露天矿穿孔设备、爆破工程。 中册包括:露天 开采、地下开采。 下册包括:露天地下联合开采、特殊条件矿床开采、矿井通风、 矿山压气、矿山防排水、矿山清洁生产与环境保护、矿山地质灾害及治理、数字化 矿山、采矿系统工程、矿山建设项目评价、环境影响评价、职业病危害评价、安全 评价。 本书全面、系统介绍了我国非煤固体矿产采矿技术、采矿方法与采矿设备, 内容涉及与我国金属矿开采有关的所有专业,既有基础性的理论,又有前沿技 术,是我国几十年广大矿业科技工作者采矿理论与技术的积累,具有较大的参考 价值。 本书可供从事矿山的科研和设计、施工建设、矿山生产技术人员和各级管理 人员使用;亦可供大专院校的师生参考。 摇 图书在版编目 (CIP) 数据 摇 现代采矿手册 郾 上册/ 王运敏主编 郾 —北京:冶金工业 出版社,2011郾 5 摇 ISBN 978鄄7鄄5024鄄5567鄄5 WWW.KY114.CN 摇 玉郾 淤现…摇 域郾 淤王…摇 芋郾 淤矿山开采—技术手册摇 郁郾 淤TD8 - 62 摇 中国版本图书馆 CIP 数据核字(2011)第 048975 号 出 版 人摇 曹胜利 地摇 摇 址摇 北京北河沿大街嵩祝院北巷 39 号,邮编 100009 电摇 摇 话摇 (010)64027926摇 电子信箱摇 yjcbs@ cnmip. com. cn 责任编辑摇 王之光摇 杨秋奎摇 美术编辑摇 李摇 新摇 版式设计摇 孙跃红 责任校对摇 刘摇 倩摇 王贺兰摇 王永欣摇 责任印制摇 牛晓波 ISBN 978鄄7鄄5024鄄5567鄄5 北京兴华印刷厂印刷;冶金工业出版社发行;各地新华书店经销 2011 年 5 月第 1 版,2011 年 5 月第 1 次印刷 210mm 伊 285mm;57郾 75 印张;1818 千字;907 页 290郾 00 元 冶金工业出版社发行部摇 电话:(010)64044283摇 传真:(010)64027893 冶金书店摇 地址:北京东四西大街 46 号(100010)摇 电话:(010)65289081(兼传真) 摇 摇 摇 摇 摇 (本书如有印装质量问题,本社发行部负责退换) 《 现代采矿手册》(上册) 编 撰 人 员 主摇 编摇 王运敏 以下按姓氏笔画排序) ( 副主编摇 马大喜摇 刘效良摇 吕文生摇 朱君星摇 张化远摇 李克庆摇 徐志宏摇 郭进平 撰稿人摇 马大喜摇 王运敏摇 刘效良摇 华少广摇 吕文生摇 朱君星 WWW.KY114.CN 吴小刚摇 张化远摇 李克庆摇 邵必林摇 徐志宏摇 徐修平 郭进平摇 曹作忠摇 惠鸿斌摇 程摇 平 前摇 摇 言 随着我国国民经济的快速增长,城市化、工业化进程的加快以及我国社会消费结构 的变化,对资源的需求越来越大,拉动了我国矿业的快速发展。 自 1992 年我国铁矿石 产量突破 2 亿吨,历经 10 年盘整,2002 年达到 2郾 3 亿吨,此后进入迅猛增长阶段,2010 年达 10郾 72 亿吨,8 年年平均复合增长率达 21郾 2% ;铁精粉价格一路攀升,2008 年 66% 品位的铁精粉最高达到 1610 元/ t,形成了量价齐升的格局;黑色金属矿采选业固定资产 投资规模也大幅度攀升,从 2004 年的 132 亿元,到 2010 年的 1066 亿元,6 年年平均复合 增长率达 41郾 6% 。 有色金属矿采选业的投资规模也一路高歌:2004 年 117 亿元,2010 年 1009 亿元,6 年年平均复合增长率达 43郾 2% ,我们用了不到半个世纪的时间,跻身为 世界第三矿业大国。 最近 10 年,我国金属矿开采技术和理论取得较大进展,许多采矿新技术、新工艺、 新设备和新材料在矿山得到应用。 在露天开采方面,开采工艺更加成熟,运输方式更加 多样化、高效化,随着陡帮开采、采矿工艺连续化半连续化、可移式破碎站、陡坡铁路运 WWW.KY114.CN 输、振动给矿机转载站、汽车鄄提升机运输等技术的应用,无(低)废开采技术、矿山的数 字化、智能化与无人采矿等先进技术的推广,矿山的生产效率明显提高。 在地下开采方 面,大孔径潜孔钻机、牙轮钻机和凿岩台车、铲运机和装载机、井下矿用汽车、装药机械 和锚杆台车等辅助采矿机械获得推广应用,VCR 采矿法、高分段崩落采矿法、自然崩落 采矿法、水平和缓倾斜厚大矿体的房柱法等高效采矿方法和工艺相继诞生。 充填采矿 方法应用范围进一步扩大,各种充填采矿方法的变形方法也相继得到推广应用,生产效 率明显提高。 在采矿设备方面,目前在我国露天矿山的主体设备中,牙轮钻机孔径已达 310 ~ 380 mm,潜孔钻机孔径为 150 ~ 200 mm,装药车的载重 10 ~ 25 t,机械式单斗挖掘机 3 3 铲斗容量达 27 ~ 35 m ,液压挖掘机达 10 ~ 15 m ,斗轮挖掘机的生产能力达 3500 ~ 4000 3 3 m / h,前端式装载机的铲斗容积达 8 ~ 10 m ,重型卡车的载重能力达 100 ~ 150 t,电机车 的黏着重量为 1000 ~ 1500t,带式输送机的胶带宽度已达 1800 ~ 2000mm,运量为 2000 ~ 2500 t/ h,运距达 15 ~ 20 km,功率超过 1600 kW。 在地下矿山的主体设备中,中深孔采矿 钻机孔径为 50 ~ 100mm,孔深达 10 ~ 20m,装药器的容量为 80 ~ 150kg,铲运机的铲斗容 3 积达 3 ~ 4m ,轮胎式运矿车的载重达 18 ~ 30t,井下电机车的黏着重量为 14 ~ 30t。 采矿 装备的进步还使一些以前无法开采或难以开采的复杂难采矿体得到有效开采和利用。 冶金工业出版社于 20 世纪 80 ~ 90 年代出版的《采矿手册》曾经为我国采矿科学技 域摇 前摇 摇 言 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 术进步作出杰出贡献,但其内容已经不能适应和满足目前我国矿山快速发展的实际需 要。 为了全面系统地总结我国近 20 年来在采矿方面取得的科学技术成就,更好地推广 先进采矿科学技术和理念,推动我国采矿技术和设备的科研、设计、生产水平,促进采矿 事业的进步,中钢集团马鞍山矿山研究院联合全国 20 多家高校科研单位和 100 多家矿 山企业和设备制造厂家,共同组织编写了大型工具书———《现代采矿手册》。 本书分为 上、中、下三册。 上册包括:绪论、矿山地质及水文地质、矿山测量、矿山地面总体布置、 矿山岩石力学、露天矿穿孔设备、爆破工程。 中册包括:露天开采、地下开采。 下册包 括:露天地下联合开采、特殊条件矿床开采、矿井通风、矿山压气、矿山防排水、矿山清洁 生产与环境保护、矿山地质灾害及治理、数字化矿山、采矿系统工程、矿山建设项目评 价、环境影响评价、职业病危害评价、安全评价。 本书由中钢集团马鞍山矿山研究院王 运敏教授担任主编。 本书在编写过程中,参阅了大量的国内外文献资料,部分采用了原《采矿手册》、《采 矿设计手册》和《采矿工程师手册》的资料,在此谨向文献作者表示衷心感谢。 由于水平有限,书中不妥之处,恳请读者指正。 编摇 者 2 010 年 3 月 WWW.KY114.CN 目摇 摇 录 1 摇 绪论 …………………………………………………………………………………………………………… 1 1 郾 1摇 矿产资源概况 …………………………………………………………………………………………… 1 1 郾 1郾 1摇 矿产资源种类及储量 ……………………………………………………………………………… 1 郾 1郾 2摇 资源开发特点及供需预测 ………………………………………………………………………… 2 1 1 郾 2摇 矿业开发现状、问题及建设规模………………………………………………………………………… 6 1郾 2郾 1摇 矿业开发现状 ……………………………………………………………………………………… 6 1郾 2郾 2摇 矿业开发存在的问题 ……………………………………………………………………………… 8 1郾 2郾 3摇 矿山规模类型、装备水平及工作制度 …………………………………………………………… 10 1 郾 3摇 有关矿产资源开发的法律法规………………………………………………………………………… 15 1 1 1 1 1 1 1 郾 3郾 1摇 矿产资源法………………………………………………………………………………………… 15 郾 3郾 2摇 探矿权的取得及转让……………………………………………………………………………… 18 郾 3郾 3摇 采矿权的取得及转让……………………………………………………………………………… 22 郾 3郾 4摇 开办矿山企业的条件和矿产资源的开发利用及资源税………………………………………… 23 郾 3郾 5摇 矿产资源开发过程安全规定……………………………………………………………………… 27 郾 3郾 6摇 矿产资源开发环境保护…………………………………………………………………………… 29 WWW.KY114.CN 郾 3郾 7摇 有关矿产资源开发的法规目录…………………………………………………………………… 30 1 郾 4摇 企业投资项目的阶段活动与管理程序………………………………………………………………… 31 1郾 4郾 1摇 企业投资项目的阶段活动………………………………………………………………………… 31 1郾 4郾 2摇 企业投资项目的管理程序………………………………………………………………………… 35 1郾 4郾 3摇 矿山建设项目的竣工验收………………………………………………………………………… 37 参考文献 ……………………………………………………………………………………………………… 42 2 摇 矿山地质及水文地质………………………………………………………………………………………… 43 2 2 郾 1摇 矿山地质概述…………………………………………………………………………………………… 43 2郾 1郾 1摇 矿山开发程序及矿山地质工作的作用…………………………………………………………… 43 2郾 1郾 2摇 矿山地质工作的原则……………………………………………………………………………… 44 2郾 1郾 3摇 矿山地质工作的主要内容………………………………………………………………………… 44 郾 2摇 矿床地质………………………………………………………………………………………………… 46 2郾 2郾 1摇 成矿作用和矿床的成因分类……………………………………………………………………… 46 2郾 2郾 2摇 矿床地质 - 工业类型……………………………………………………………………………… 47 2郾 2郾 3摇 黑色金属矿床……………………………………………………………………………………… 47 2郾 2郾 4摇 有色金属矿床……………………………………………………………………………………… 49 2郾 2郾 5摇 贵重和稀有金属矿床……………………………………………………………………………… 56 2郾 2郾 6摇 放射性矿床………………………………………………………………………………………… 60 2郾 2郾 7摇 冶金辅助原料矿床………………………………………………………………………………… 62 郁摇 目摇 摇 录 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 2 郾 2郾 8摇 建筑材料矿床……………………………………………………………………………………… 67 郾 2郾 9摇 化工原料矿床……………………………………………………………………………………… 70 2 2 郾 3摇 矿山基建阶段的地质工作……………………………………………………………………………… 74 2郾 3郾 1摇 矿山基建前期的设计地质工作…………………………………………………………………… 75 2郾 3郾 2摇 矿山基建期一般性地质工作……………………………………………………………………… 77 2郾 3郾 3摇 基建勘探工作……………………………………………………………………………………… 82 2 郾 4摇 生产勘探………………………………………………………………………………………………… 83 2郾 4郾 1摇 生产勘探的目的与任务…………………………………………………………………………… 83 2郾 4郾 2摇 生产勘探分类……………………………………………………………………………………… 84 2郾 4郾 3摇 生产勘探手段……………………………………………………………………………………… 84 2郾 4郾 4摇 生产勘探工程的总体布置………………………………………………………………………… 88 2郾 4郾 5摇 生产勘探工程网度………………………………………………………………………………… 89 2郾 4郾 6摇 探采结合…………………………………………………………………………………………… 94 2郾 4郾 7摇 生产勘探设计、施工管理和总结 ………………………………………………………………… 97 2 郾 5摇 矿山地质取样 ………………………………………………………………………………………… 100 2郾 5郾 1摇 矿山地质取样的目的与任务 …………………………………………………………………… 100 2郾 5郾 2摇 矿山地质取样的种类 …………………………………………………………………………… 100 2郾 5郾 3摇 化学取样 ………………………………………………………………………………………… 101 2郾 5郾 4摇 物理取样 ………………………………………………………………………………………… 112 2郾 5郾 5摇 岩矿测试(鉴定)取样 …………………………………………………………………………… 119 2郾 5郾 6摇 矿石加工技术试验取样 ………………………………………………………………………… 122 2 2 郾 6摇 生产矿山地质编录及主要图件 ……………………………………………………………………… 124 2 2 2 郾 6郾 1摇 概述 ……………………………………………………………………………………………… 124 WWW.KY114.CN 郾 6郾 2摇 原始地质编录 …………………………………………………………………………………… 124 郾 6郾 3摇 综合地质编录 …………………………………………………………………………………… 131 郾 7摇 生产矿山资源/ 储量计算……………………………………………………………………………… 138 2郾 7郾 1摇 圈定矿体的工业指标 …………………………………………………………………………… 138 2郾 7郾 2摇 矿体边界线种类 ………………………………………………………………………………… 141 2郾 7郾 3摇 矿体边界线的圈定方法 ………………………………………………………………………… 141 2郾 7郾 4摇 矿产资源/ 储量计算参数的确定………………………………………………………………… 143 2郾 7郾 5摇 矿产资源/ 储量计算方法………………………………………………………………………… 144 2郾 7郾 6摇 固体矿产资源/ 储量分类方法…………………………………………………………………… 152 2 2 郾 8摇 矿山地质技术管理 …………………………………………………………………………………… 157 2郾 8郾 1摇 矿产资源储量管理 ……………………………………………………………………………… 157 2郾 8郾 2摇 矿石质量管理 …………………………………………………………………………………… 160 2郾 8郾 3摇 矿石损失、贫化的监督管理……………………………………………………………………… 163 2郾 8郾 4摇 现场施工生产中的地质管理 …………………………………………………………………… 166 2郾 8郾 5摇 采掘单元停采或结束时的地质管理工作 ……………………………………………………… 167 郾 9摇 矿山水文地质 ………………………………………………………………………………………… 168 2郾 9郾 1摇 矿山水文地质工作的目的和任务 ……………………………………………………………… 168 2郾 9郾 2摇 矿山水文地质条件分类 ………………………………………………………………………… 168 2郾 9郾 3摇 矿山日常水文地质工作 ………………………………………………………………………… 169 2郾 9郾 4摇 矿山水文地质图纸资料 ………………………………………………………………………… 173 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 目摇 摇 录 吁摇 2 郾 9郾 5摇 矿坑涌水量预测方法简述 ……………………………………………………………………… 174 郾 9郾 6摇 矿坑水害的防治 ………………………………………………………………………………… 175 2 2 郾 10摇 矿山设计所需地质资料及勘探程度评价…………………………………………………………… 180 2郾 10郾 1摇 基础地质资料…………………………………………………………………………………… 180 2郾 10郾 2摇 不同设计任务所需矿山地质资料……………………………………………………………… 182 2郾 10郾 3摇 勘探程度评价…………………………………………………………………………………… 183 2 郾 11摇 资源危机矿山接替资源勘查………………………………………………………………………… 186 2郾 11郾 1摇 矿山接替资源勘查概述………………………………………………………………………… 186 2郾 11郾 2摇 矿山接替资源勘查的地质途径………………………………………………………………… 187 2郾 11郾 3摇 矿山接替资源勘查的地球化学方法…………………………………………………………… 188 2郾 11郾 4摇 矿山接替资源勘查的物探方法………………………………………………………………… 189 2郾 11郾 5摇 矿山接替资源勘查的数学方法………………………………………………………………… 193 2郾 11郾 6摇 矿山接替资源勘查的工程手段与布置特点…………………………………………………… 194 2 2 郾 12摇 矿床地质经济评价…………………………………………………………………………………… 194 2郾 12郾 1摇 矿床经济评价概述……………………………………………………………………………… 194 2郾 12郾 2摇 矿床财务评价…………………………………………………………………………………… 196 2郾 12郾 3摇 矿床国民经济评价……………………………………………………………………………… 199 2郾 12郾 4摇 矿床经济效果的不确定性分析………………………………………………………………… 206 郾 13摇 矿山化验室设计……………………………………………………………………………………… 208 2 2 2 2 2 2 2 2 2 郾 13郾 1摇 化验室的任务…………………………………………………………………………………… 208 郾 13郾 2摇 化验室设计的资料依据………………………………………………………………………… 208 郾 13郾 3摇 化验室设计的原则……………………………………………………………………………… 208 郾 13郾 4摇 化验室设计的主要内容………………………………………………………………………… 208 WWW.KY114.CN 郾 13郾 5摇 化验室设计的编制……………………………………………………………………………… 209 郾 13郾 6摇 矿山化验室实例………………………………………………………………………………… 219 郾 13郾 7摇 样品加工室设计………………………………………………………………………………… 222 郾 13郾 8摇 岩矿鉴定室设计………………………………………………………………………………… 223 郾 13郾 9摇 化验室管理……………………………………………………………………………………… 224 参考文献……………………………………………………………………………………………………… 237 3 摇 矿山测量 …………………………………………………………………………………………………… 239 3郾 1摇 概述 …………………………………………………………………………………………………… 239 3郾 2摇 矿山测量的工作内容和要求 ………………………………………………………………………… 239 3郾 3摇 矿区地表控制测量 …………………………………………………………………………………… 240 3 郾 3郾 1摇 矿区地表平面控制测量 ………………………………………………………………………… 240 郾 3郾 2摇 矿区地表高程控制测量 ………………………………………………………………………… 245 3 3 郾 4摇 露天矿测量 …………………………………………………………………………………………… 247 3郾 4郾 1摇 露天矿测量的主要工作 ………………………………………………………………………… 247 3郾 4郾 2摇 露天矿平面工作控制测量 ……………………………………………………………………… 247 3郾 4郾 3摇 工作控制点的高程测量 ………………………………………………………………………… 249 3郾 4郾 4摇 露天矿工作控制测量实例 ……………………………………………………………………… 250 3郾 4郾 5摇 露天矿生产测量 ………………………………………………………………………………… 251 3郾 4郾 6摇 露天矿产量统计 ………………………………………………………………………………… 252 遇摇 目摇 摇 录 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 3 郾 5摇 矿井测量 ……………………………………………………………………………………………… 253 3郾 5郾 1摇 矿井联系测量 …………………………………………………………………………………… 253 3郾 5郾 2摇 井下控制测量和掘进给向测量 ………………………………………………………………… 281 3郾 5郾 3摇 采场测量 ………………………………………………………………………………………… 294 3郾 5郾 4摇 竖井施工测量 …………………………………………………………………………………… 299 3郾 5郾 5摇 贯通测量 ………………………………………………………………………………………… 308 3 3 郾 6摇 岩移观测 ……………………………………………………………………………………………… 316 3郾 6郾 1摇 岩层与地表移动观测的目的 …………………………………………………………………… 316 3郾 6郾 2摇 几个常用的基本概念 …………………………………………………………………………… 317 3郾 6郾 3摇 地表移动观测站 ………………………………………………………………………………… 318 3郾 6郾 4摇 岩层内部观测 …………………………………………………………………………………… 322 郾 7摇 测量仪器与仪表 ……………………………………………………………………………………… 324 3郾 7郾 1摇 数字化测量的基本概念与测量仪器的发展趋势 ……………………………………………… 324 3郾 7郾 2摇 数字水准仪 ……………………………………………………………………………………… 332 3郾 7郾 3摇 光电测距仪 ……………………………………………………………………………………… 360 3郾 7郾 4摇 电子经纬仪 ……………………………………………………………………………………… 372 3郾 7郾 5摇 全站仪 …………………………………………………………………………………………… 381 3郾 7郾 6摇 常见 GPS 接收机简介 …………………………………………………………………………… 385 3郾 7郾 7摇 激光仪器的原理与应用 ………………………………………………………………………… 392 3郾 7郾 8摇 专用电子测绘仪器应用 ………………………………………………………………………… 396 3 3 郾 8摇 矿山测量的误差分析 ………………………………………………………………………………… 402 3 3 3 3 郾 8郾 1摇 井下导线测量的精度分析 ……………………………………………………………………… 402 郾 8郾 2摇 井下高程测量的误差 …………………………………………………………………………… 441 WWW.KY114.CN 郾 8郾 3摇 矿井定向的精度分析 …………………………………………………………………………… 446 郾 8郾 4摇 贯通测量方案的选择与误差预计 ……………………………………………………………… 464 郾 9摇 现代测量技术 ………………………………………………………………………………………… 466 3郾 9郾 1摇 现代测绘科学的形成 …………………………………………………………………………… 466 3郾 9郾 2摇 精密水准测量与精密角度测量 ………………………………………………………………… 467 3郾 9郾 3摇 GPS 连续运行参考站网络(CORS)……………………………………………………………… 477 3郾 9郾 4摇 遥感理论与技术 ………………………………………………………………………………… 497 3郾 9郾 5摇 矿山数字化测绘技术 …………………………………………………………………………… 500 3郾 9郾 6摇 基于 MGIS 的矿山数据管理与分析 …………………………………………………………… 505 3 郾 10摇 矿山测量图纸及其资料……………………………………………………………………………… 507 3郾 10郾 1摇 基本要求………………………………………………………………………………………… 507 3郾 10郾 2摇 矿山基本矿图的种类及其应用………………………………………………………………… 508 3郾 10郾 3摇 矿图的填绘与计算机辅助绘制矿图…………………………………………………………… 513 3郾 10郾 4摇 矿井地质测量信息系统………………………………………………………………………… 518 参考文献……………………………………………………………………………………………………… 520 4 摇 矿山地面总体布置 ………………………………………………………………………………………… 522 4 郾 1摇 概述 …………………………………………………………………………………………………… 522 4 郾 1郾 1摇 矿山地面总体布置的任务 ……………………………………………………………………… 522 郾 1郾 2摇 矿山场地与地面设施 …………………………………………………………………………… 523 4 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 目摇 摇 录 喻摇 4 郾 1郾 3摇 矿山地面总体布置依据的基础资料 …………………………………………………………… 524 郾 1郾 4摇 矿山地面总体布置方法及其新发展 …………………………………………………………… 525 4 4 郾 2摇 总体布置 ……………………………………………………………………………………………… 529 4郾 2郾 1摇 总体布置的主要内容 …………………………………………………………………………… 529 4郾 2郾 2摇 矿山总体布置的特点 …………………………………………………………………………… 529 4郾 2郾 3摇 总平面布置原则 ………………………………………………………………………………… 530 4郾 2郾 4摇 主要场地位置的选择 …………………………………………………………………………… 530 4郾 2郾 5摇 影响总体布置的自然因素 ……………………………………………………………………… 533 4 4 郾 3摇 场地总平面布置 ……………………………………………………………………………………… 537 4郾 3郾 1摇 采矿工业场地 …………………………………………………………………………………… 537 4郾 3郾 2摇 爆破器材库场地 ………………………………………………………………………………… 540 4郾 3郾 3摇 附表 ……………………………………………………………………………………………… 546 郾 4摇 地面运输系统布置 …………………………………………………………………………………… 547 4 郾 4郾 1摇 地面运输系统布置的一般原则 ………………………………………………………………… 547 郾 4郾 2摇 矿山地面运输系统及运输方式 ………………………………………………………………… 548 4 参考文献……………………………………………………………………………………………………… 549 5 摇 矿山岩石力学 ……………………………………………………………………………………………… 550 5 郾 1摇 岩石力学概述 ………………………………………………………………………………………… 550 5 5 5 5 5 5 郾 1郾 1摇 岩石的主要物理指标 …………………………………………………………………………… 550 郾 1郾 2摇 岩石基本力学性质 ……………………………………………………………………………… 558 郾 1郾 3摇 岩石基本力学性质的测定 ……………………………………………………………………… 568 郾 1郾 4摇 岩石的变形与强度 ……………………………………………………………………………… 575 WWW.KY114.CN 郾 1郾 5摇 岩体力学性能 …………………………………………………………………………………… 586 郾 1郾 6摇 散体的物理力学性质 …………………………………………………………………………… 596 5 郾 2摇 岩体的工程分类与稳定性 …………………………………………………………………………… 605 5郾 2郾 1摇 概述 ……………………………………………………………………………………………… 605 5郾 2郾 2摇 分级发展与现状 ………………………………………………………………………………… 606 5郾 2郾 3摇 岩石分类 ………………………………………………………………………………………… 613 5郾 2郾 4摇 岩体分类 ………………………………………………………………………………………… 615 5郾 2郾 5摇 岩体工程分类 …………………………………………………………………………………… 619 5郾 2郾 6摇 我国现行规范中采用的岩体分级方法 ………………………………………………………… 622 5郾 2郾 7摇 工程岩体分级标准 ……………………………………………………………………………… 642 5郾 2郾 8摇 国外巷道围岩分类 ……………………………………………………………………………… 645 参考文献……………………………………………………………………………………………………… 646 6 摇 露天矿穿孔设备 …………………………………………………………………………………………… 647 6 郾 1摇 牙轮钻机 ……………………………………………………………………………………………… 647 6郾 1郾 1摇 现状与发展趋势 ………………………………………………………………………………… 647 6郾 1郾 2摇 分类与特点及适用范围 ………………………………………………………………………… 651 6郾 1郾 3摇 基本原理与结构特征 …………………………………………………………………………… 652 6郾 1郾 4摇 主要性能工作参数计算 ………………………………………………………………………… 680 6郾 1郾 5摇 主要生产厂家产品的技术性能参数 …………………………………………………………… 683 峪摇 目摇 摇 录 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 6 郾 1郾 6摇 选型原则与设备匹配 …………………………………………………………………………… 699 6 郾 2摇 露天潜孔钻机 ………………………………………………………………………………………… 706 6郾 2郾 1摇 现状与发展趋势 ………………………………………………………………………………… 706 6郾 2郾 2摇 分类与特点及适用范围 ………………………………………………………………………… 707 6郾 2郾 3摇 基本参数与结构 ………………………………………………………………………………… 708 6郾 2郾 4摇 冲击器 …………………………………………………………………………………………… 714 6郾 2郾 5摇 钻头、钻杆………………………………………………………………………………………… 717 6郾 2郾 6摇 主要技术参数计算 ……………………………………………………………………………… 717 6郾 2郾 7摇 主要生产厂家及产品技术性能 ………………………………………………………………… 734 6郾 2郾 8摇 选型 ……………………………………………………………………………………………… 747 6 郾 3摇 露天凿岩钻车 ………………………………………………………………………………………… 751 6郾 3郾 1摇 现状与发展趋势 ………………………………………………………………………………… 751 6郾 3郾 2摇 分类与特点及适用范围 ………………………………………………………………………… 752 6郾 3郾 3摇 液压凿岩台车的结构与性能 …………………………………………………………………… 752 6郾 3郾 4摇 履带式露天钻车 ………………………………………………………………………………… 756 6郾 3郾 5摇 主要生产厂家产品的技术性能参数 …………………………………………………………… 756 参考文献……………………………………………………………………………………………………… 765 7 摇 爆破工程 …………………………………………………………………………………………………… 766 7 郾 1摇 概述 …………………………………………………………………………………………………… 766 7 7 7 郾 1郾 1摇 爆破技术的发展史 ……………………………………………………………………………… 766 郾 1郾 2摇 爆破工程在国民经济建设中的作用 …………………………………………………………… 767 郾 1郾 3摇 爆破方法 ………………………………………………………………………………………… 767 WWW.KY114.CN 7 郾 2摇 爆破技术 ……………………………………………………………………………………………… 769 7郾 2郾 1摇 岩石爆破破坏基本理论 ………………………………………………………………………… 769 7郾 2郾 2摇 爆破漏斗理论 …………………………………………………………………………………… 773 7郾 2郾 3摇 浅孔爆破 ………………………………………………………………………………………… 778 7郾 2郾 4摇 地下矿山深孔爆破 ……………………………………………………………………………… 786 7郾 2郾 5摇 露天矿山中深孔爆破 …………………………………………………………………………… 796 7郾 2郾 6摇 矿山控制爆破技术 ……………………………………………………………………………… 802 7郾 2郾 7摇 裸露爆破法 ……………………………………………………………………………………… 812 7郾 2郾 8摇 硐室爆破 ………………………………………………………………………………………… 815 7 郾 3摇 工业炸药 ……………………………………………………………………………………………… 828 7郾 3郾 1摇 概述 ……………………………………………………………………………………………… 828 7郾 3郾 2摇 炸药的分类 ……………………………………………………………………………………… 829 7郾 3郾 3摇 炸药的基本特征 ………………………………………………………………………………… 830 7郾 3郾 4摇 热力学基本概念 ………………………………………………………………………………… 832 7郾 3郾 5摇 爆炸反应与氧平衡 ……………………………………………………………………………… 834 7郾 3郾 6摇 常用炸药 ………………………………………………………………………………………… 837 7郾 3郾 7摇 现场混装炸药技术 ……………………………………………………………………………… 842 7 郾 4摇 起爆器材 ……………………………………………………………………………………………… 845 7 郾 4郾 1摇 概念 ……………………………………………………………………………………………… 845 郾 4郾 2摇 药包的起爆过程 ………………………………………………………………………………… 847 7 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 目摇 摇 录 御摇 7 郾 4郾 3摇 起爆器材及其性能 ……………………………………………………………………………… 848 7 郾 5摇 起爆方法与网路 ……………………………………………………………………………………… 857 7郾 5郾 1摇 电力起爆方法 …………………………………………………………………………………… 857 7郾 5郾 2摇 导爆索起爆方法 ………………………………………………………………………………… 861 7郾 5郾 3摇 导爆管雷管起爆方法 …………………………………………………………………………… 863 7郾 5郾 4摇 电子雷管及其起爆系统 ………………………………………………………………………… 869 7 郾 6摇 爆破安全技术 ………………………………………………………………………………………… 874 7郾 6郾 1摇 爆破飞石 ………………………………………………………………………………………… 874 7郾 6郾 2摇 爆破震动 ………………………………………………………………………………………… 877 7郾 6郾 3摇 爆破空气冲击波 ………………………………………………………………………………… 886 7郾 6郾 4摇 爆破尘毒 ………………………………………………………………………………………… 897 7郾 6郾 5摇 爆破噪声 ………………………………………………………………………………………… 899 7郾 6郾 6摇 早爆预防 ………………………………………………………………………………………… 901 7郾 6郾 7摇 拒爆处理 ………………………………………………………………………………………… 903 参考文献……………………………………………………………………………………………………… 907 WWW.KY114.CN 第一章部分内容预览 WWW.KY114.CN 1 摇 绪ꢀꢀ论 1 郾 1摇 矿产资源概况 1郾 1郾 1摇 矿产资源种类及储量 矿产资源按照其用途分为原料矿产和能源矿产。 能源矿产包括煤、石油、天然气等,原料矿产主要是非 煤固体矿产,包括金属矿产和非金属矿产,其中非金属矿产主要包括化工原料、建材及冶金辅助原料矿等。 我国经济正汇入世界经济一体化之中,在 21 世纪前半叶要实现工业化,达到中等发达国家水平,作为人 口最多、经济发展最快的发展中国家,将面临来自各方面的挑战,其中能否实现矿产资源的可持续供应就是 一个致命的挑战。 目前,国内矿产资源有相当一部分后备储量正处于危机状态。 矿产资源开发与可持续发 展密切相关。 矿产资源开发的可持续发展,是矿产资源开发利用过程中与人口、经济、环境、社会发展相协调的可持续 发展。 矿产资源开发可持续发展的内涵,一般应包括:加强矿产资源调查评价和勘查工作,提高矿产资源保 证度;科学编制和严格实施矿产资源规划,加强对矿产资源开发利用的宏观控制,促进矿产资源勘查和开发 利用的合理布局;依靠科技进步和科学管理,促进矿产资源利用结构的调整和优化,提高资源利用效率;完善 相关经济政策和管理体制,健全矿产资源有偿的使用制度,对战略性矿产资源实行保护性开采;采用国家储 备与社会储备相结合的方式,建立重要矿产资源安全供应体系和战略储备制度,最大限度地保证国家经济建 WWW.KY114.CN 设和国防建设对资源的需要。 为了保障我国经济发展战略目标的顺利实现,除了进一步推进体制改革,还要按照市场需求和“十二 五冶规划要求,有效地增加矿产资源的后备储量和资源量,包括充分利用国外矿产资源,并采取适合国情的 行之有效的政策与措施,实现矿产资源开发的可持续发展。 1郾 1郾 1郾 1摇 矿产资源种类 截至 2008 年底,全国已发现 171 种矿产,已查明资源储量的矿产 159 种,其中金属矿产 54 种,非金属矿 产 92 种,能源矿产 10 种,水气矿产 3 种。 2008 年查明的资源种类和储量比过去增长较大,“十二五冶规划实 施后,矿产资源种类和储量,还将增加。 我国是世界上矿产资源丰富、矿种齐全配套的少数几个国家之一。 我国 54 种金属矿产已探明的资源量 包括:铁矿、锰矿、铬矿、钛矿、钒矿、铜矿、铅矿、锌矿、铝土矿、镁矿、镍矿、钴矿、钨矿、锡矿、铋矿、钼矿、汞矿、 锑矿、铂族金属矿、锗矿、镓矿、铟矿、铊矿、铪矿、铼矿、镉矿、钪矿、硒矿、碲矿等。 但各种矿产的地质工作程 度不一,其资源丰度也不尽相同。 有的资源比较丰富,如钨、钼、锡、锑、汞、钒、钛、稀土、铅、锌等;有的则明显 不足,如铜矿、铁矿、铝土矿、铬矿。 我国非金属矿产品种很多,资源丰富,分布广泛。 已探明资源储量的 88 种非金属矿产为:金刚石、石墨、 自然硫、硫铁矿、水晶、刚玉、蓝晶石、硅线石、红柱石、硅灰石、钠硝石、滑石、石棉、蓝石棉、云母、长石、石榴子 石、叶蜡石、透辉石、透闪石。 蛭石、沸石、明矾石、芒硝、石膏、重晶石、毒重石、天然碱、方解石、冰洲石、菱镁 矿、萤石、宝石、玉石、玛瑙、颜料矿物、石灰岩、泥灰岩、白垩、白云岩、石英岩、砂岩、天然石英砂、脉石英、粉石 英、天然油石、含钾砂叶岩、硅藻土、页岩、高岭土、陶瓷土、耐火黏土、凹凸棒石黏土、海泡石黏土、伊利石黏 土、累托石黏土、膨润土、铁矾土、橄榄岩、蛇纹岩、玄武角闪岩、辉长岩、辉绿岩、安山岩、花岗岩、闪长岩、珍珠 岩、浮石、霞石正长岩、粗面岩、凝灰岩、火山灰、火山渣、大理岩、板岩、片麻岩、泥炭、盐矿、钾盐、镁盐、碘、溴、 摇 2 1摇 绪摇 摇 论 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 砷、硼矿、磷矿。 本手册主要介绍非煤固体矿产先进、实用的采矿技术。 郾 1郾 1郾 2摇 矿产资源储量 截至 2008 年底,非煤固体矿产主要资源储量列于表 1-1。 1 表 1-1摇 主要固体矿产查明资源储量 黑色金属矿 有色金属矿 铅矿 铁矿 锰矿 铬铁矿 钛矿(包括金红石、钛铁矿、原生钛铁矿) 折算为二氧化钛 702627 kt 有色金属矿 钒摇 矿 铜矿 锌矿 6 2380 Mt 846741 kt 11784 kt 37514 kt(2006) 77096 kt 45487 kt 103931 kt 镁矿 镍矿 8282 kt 铝土矿 3031364 kt 钨摇 矿 钼摇 矿 锡摇 矿 锑摇 矿 2251 kt(2006) 汞摇 矿 834650 kt(2006) 5 78105 kt 5584 kt(2006) 10942 kt(2006) 4769 kt(2006) 贵金属矿 稀有、稀土和分散元素矿 冶金辅助原料非金属矿 普通萤石 铂族金属 24郾 1 t 金矿 银矿 稀土矿(稀土氧化物、独居石、磷钇矿) 折算为稀土氧化物:86094 kt(2006) 化工原料非金属矿 锶矿 46519 kt 菱镁矿 耐火黏土 3 5951郾 8 t 160304 t 3800 Mt 折算氟化钙 171987 kt 2380 Mt 建材及其他非金属矿 硫铁矿 磷矿 重晶石 390 Mt 钾摇 盐 芒摇 硝 盐摇 矿 硼摇 矿 72757 kt(2006) 石墨(晶质) 滑石 折算为硫酸钠 折算为氯化钠 1317260 Mt 5 360 Mt 17720 Mt 881082 kt(2006) 196280 kt 259480 kt 6 1170 Mt 建材及其他非金属矿 石膏 水泥用灰岩 高岭土 86490 Mt 2030 Mt 膨润土 金刚石 玻璃用石英岩 玻璃用砂岩 玻璃用砂 玻璃用脉石英 6 9590 Mt 480 Mt 36796 kt(2006) 2435534 kt 834479 kt 2017279 kt 53156 kt WWW.KY114.CN 1 郾 1郾 2摇 资源开发特点及供需预测 目前,非煤固体矿床开采基本可分为露天开采、地下开采、溶浸采矿和海洋采矿 4 个部分。 海洋采矿技术与装备的研发虽取得了重要进展,但仍处于探索阶段,还不能进行工业化生产;溶浸采矿 经过多年研究和工业试验,在地面堆浸、原地破碎溶浸和钻孔浸出等方面,研究开发出成套技术,并在一些矿 山得到了应用,如完全利用生物堆浸提铜的有色矿山就已在紫金山矿建成,标志着金属矿山大规模利用溶浸 采矿技术已经开始,但当前产品产量比例很低。 矿产资源的供应主要来自露天开采和地下开采。 铁矿山及冶金辅助原料矿山供应量以露天开采为主; 有色金属地下开采矿山在数量上占大多数,就其矿石产量露天矿略高于地下矿山;化工、建材以及其他非金 属矿山多为露天开采。 1郾 1郾 2郾 1摇 我国矿产资源开发特点 ( 1)矿产资源总量丰富,但人均拥有量相对不足。 我国是世界上少有的几个资源总量大、矿种配套程度 较高的资源大国。 我国已经发现 171 种矿产,矿产资源总量约占世界的 12% ,居世界第三位,但因国家人口 基数大,人均仅为世界平均资源量的 58% 。 对科技、国防十分重要的有色金属也只有世界人均占有量的 52% 。 我国大部分支柱性矿产的人均占有量都很低,所以说我国是一个资源相对贫乏的国家。 ( 2)用量较少的矿产资源丰富,而大宗矿产储量相对不足。 我国经济建设用量不大的部分矿产,如钨、 锡、钼、锑、稀土等的探明储量居世界前列,在世界上具有较强竞争力。 如我国钨矿保有储量是国外钨矿总储 量的 3 倍左右;稀土资源更丰富,仅内蒙古白云鄂博的储量就相当于国外稀土储量的 4 倍。 然而我国需求量 大的铁、铜和铝土矿的保有储量占世界总量的比例则很低,分别只有 8郾 0% 、4郾 92% 和 1郾 44% ;铅、锌、镍等其 他有色金属的人均拥有量,也明显低于世界人均拥有量。 ( 3)贫矿多,富矿少,开采利用难度大。 如我国铁矿截至 2008 年底查明资源储量 623郾 78 亿吨,全国规模 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 1郾 1摇 矿产资源概况 以上铁矿企业生产铁矿石 82401郾 11 万吨,平均原矿含铁品位为 32% 左右,难以直接利用贫矿。 能直接入高 炉的富铁矿不足 2% 。 我国铜矿按基础储量居世界第 6 位,但平均含铜品位只有 0郾 87% ,其中品位大于 1% 的仅占 13% ,而大于 200 万吨以上的铜矿床的品位基本上都低于 1% ;铝土矿几乎全部为难选冶的一水硬铝 石型。 贫矿多就加大了矿山建设投资和生产成本。 ( 4)中小型矿床多,超大型矿床少,矿山规模偏小。 我国储量大于 10 亿吨的特大型铁矿床只有 9 处,而 小于 1 亿吨的有 500 多处;有色金属矿床的规模也都偏小,我国迄今发现的铜矿产地 900 多处,其中大型矿 床仅占 2郾 7% ,中型矿床 8郾 9% ,小型矿床达 88郾 4% 。 我国目前已开采的 320 多个铜矿区累计年产铜精矿(含 铜量)只有 43郾 64 万吨,而智利的丘基卡玛塔一个矿山每年金属铜矿量就达 66 万吨。 在总体上,我国小型地 下矿山多,大型露天矿山少。 ( 5)多金属矿、共生伴生矿多,单矿种矿床少,利用成本高。 我国 80 多种金属和非金属矿产中,都有共 生、伴生有用元素,其中尤以铝、铜、铅、锌等有色金属矿产为甚。 我国铜矿床中,单一型占 27郾 1% ,而综合型 占 72郾 9% ;以共(伴)生矿产出的汞、锑、钼资源储量,分别占到各自总资源储量的 20% ~ 33% ;我国有 1 / 3 的 铁矿床含有共(伴)生组分,主要有钛、钒、铜、铅、锌、钨、锡、钼、金、钴、镍、钼、稀土等 30 余种。 虽然共(伴) 生元素多,可以提高矿山的综合经济效益,但由于矿石组分复杂,选矿难度大,也加大了矿山的建设投资和生 产成本。 ( 6)矿产资源的区域分布相对不均。 我国矿产资源产地分布面广,储量区域集中。 在全国已发现的 20 多万处矿床、矿点中,主要矿种的矿床、矿点遍布全国各省、自治区、直辖市,但各种矿产探明的储量相对集中 于某些局部地区。 煤矿,除上海外,各省、自治区、直辖市都有发现,而探明储量的 92% 集中在 12 个省、自治区、直辖市,其 中山西、内蒙古、陕西三省(区)占 64% 。 铁矿在全国 28 个省、自治区、直辖市都有数量不等的探明储量,而 80% 的储量集中在 10 个省(区),其 中辽宁、四川、河北分别占我国已探明铁矿资源的 20% 、16% 、12% ,安徽、陕西、云南各占 6% ,内蒙古、山东、 湖北各占 5% 。 铁矿资源潜力大于 100 亿吨的矿床 2 个,50 亿 ~ 100 亿吨的 2 个,10 亿 ~ 50 亿吨的 29 个,1 WWW.KY114.CN 亿 ~ 10 亿吨的 47 个,小于 1 亿吨的 32 个,共计 112 个。 近年来,铁矿勘查在 9 个地区实现重大找矿突破:桥 头 30 亿吨,马城 7 亿吨,济宁 30 亿吨,泥河 1 亿吨,银洞山 1郾 85 亿吨,老井、尼雄、练村、呼延庆山等地发现 大型以上规模铁矿床。 这些新勘查出的铁矿资源在接下来几年进入开发利用阶段,将有力缓解中国铁矿石 严重依赖国际资源市场的被动局面。 我国的铜资源分布地域非常广泛,在全国 29 个省、自治区、直辖市,而探明储量的 84% 集中在西藏、江 西、云南、内蒙古等 9 个省(区),其中西藏、江西、云南、内蒙古、山西、黑龙江、安徽、甘肃、广东、新疆等省区 分别占全国探明铜资源总的 20% 、17% 、14% 、7% 、5% 、5% 、5% 、4% 、3% 、3% 。 我国拥有铜资源潜力大于 1 000 万吨的矿床 4 个,500 万 ~ 1000 万吨的 8 个,100 万 ~ 500 万吨的 33 个,50 万 ~ 100 万吨的 17 个,小于 0 万吨的 27 个,共计 89 个。 2008 年我国铜矿资源勘查新增资源储量 575郾 71 万吨。 未来有望形成 11 个铜 5 矿供应基地:西藏冈底斯、玉龙 - 多霞松多、多龙,新疆土层 - 延东、哈腊苏,福建紫金山及外围,甘肃龙首山 一带,江西九江 - 瑞金地区,长江中下游,云南普朗,黑龙江多宝山。 铝土矿产地 310 处,分布于 19 个省(区),山西铝土矿资源最多,保有资源量占 41% ,贵州、广西、河南次 之,各占 17% ,四省区占全国储量 90% 以上;铅、锌矿主要分布在广东、甘肃、云南、湖南、广西等省区,占全国 储量 65% 左右;钨矿主要分布在江西、湖南以及广东、广西等省区,合计占全国储量 80% 以上;锡矿主要分布 在江西、湖南、广西、云南等省区;锑矿同钨、锡矿等优势资源主要分布在南岭地区。 磷矿在 26 个省、自治区、直辖市均有探明储量,而 77% 的储量集中在云南、贵州、四川、湖北、湖南等 5 个省的境内。 ( 7)冶金辅助原料矿基本满足国内需求。 冶金工业用的辅助原料矿产主要包括石灰石、白云石、耐火黏 土(硬质黏土、软质黏土、高铝黏土)、菱镁矿、萤石、硅石等。 经多年的地质勘查工作,截止于 2004 年底共发 现和探明 1074 处,合计保有储量 256郾 2 亿吨。 摇 4 1摇 绪摇 摇 论 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 1郾 1郾 2郾 2摇 矿产资源供需预测 矿产资源是国民经济和社会发展中不可缺少的生产要素和物质基础,无论是原料矿产和能源矿产都十 分重要。 综观我国金属矿产资源现状、供需情况、矿产资源勘查与开采情况,我国矿产资源形势可概括为:资源矿 种较齐全、总量较丰富、人均占有量少、找矿潜力大;重要大宗矿产(如石油、富铁、铜、锰、铬、钾盐)国内供应 缺口大,某些有色、稀有金属(如钨、锡、铋、钼、锑、锂、铯等)、稀土、非金属矿产(如菱镁石、石墨、滑石、重晶 石、石膏、芒硝、萤石等)及煤具有资源优势。 未来 20 年,我国经济与社会快速发展,矿产资源需求将成倍增 长,金属矿产资源形势将十分严峻。 改革开放以来,我国经济快速崛起,据《我国可持续发展矿产资源战略研究》报告预测,2020 年以前,国 民经济发展对金属材料的需求仍将保持较高水平;2020 年以后,较高的金属材料消耗量还将持续一段时间。 从而金属矿产及其他非煤固体矿产资源的需求量也将不断加大。 随着对非煤固体矿产资源需求正处于高速增长期,国产矿石供不应求,供需缺口继续加大,部分矿产资 源短缺问题日益突出。 我国主要金属矿产资源储量在世界上排位及主产国家见表 1-2。 表 1-2摇 我国主要金属矿产资源/ 储量在世界上排位 矿产种类 铁摇 矿 锰摇 矿 铬摇 矿 钛摇 矿 铜摇 矿 铅摇 矿 锌摇 矿 铝土矿 镍摇 矿 钴摇 矿 钨摇 矿 锡摇 矿 钼摇 矿 锑摇 矿 储量位次 基础储量位次 占世界人均量/ % 主 产 国 家 俄罗斯、乌克兰、澳大利亚、巴西、中国 4 5 5 7 42 36 南非、乌克兰、加蓬、澳大利亚、中国 南非、哈萨克斯坦、津巴布韦、芬兰、印度 中国、澳大利亚、南非、挪威、加拿大 智利、美国、波兰、俄罗斯、印度尼西亚、中国 澳大利亚、中国、美国、加拿大、秘鲁 澳大利亚、美国、中国、加拿大、秘鲁 10 1 10 1 0郾 5 5 6 18 55 2 3 3 3 WWW.KY114.CN 8 8 7郾 3 33 几内亚、巴西、澳大利亚、牙买加、印度 俄罗斯、加拿大、古巴、澳大利亚、印度尼西亚 俄罗斯、巴西、赞比亚、……、中国 7 9 8 以后 8 以后 1 3 2 1 1 2 2 1 159 中国、俄罗斯、加拿大、美国、玻利维亚 巴西、马来西亚、中国、印度尼西亚、玻利维亚 美国、中国、加拿大、智利 中国、巴西、马来西亚、印度尼西亚、玻利维亚 澳大利亚、哈萨克斯坦、美国、加拿大 中国、俄罗斯、美国、澳大利亚、加拿大 加拿大、俄罗斯、白俄罗斯、德国、美国 铀摇 矿 稀土矿 钾盐矿 1 1 138 3郾 6 8 以后 8 以后 摇 摇 资料来源:《我国可持续发展矿产资源战略研究》报告,2003郾 11。 从表 1-2 中可见,我国矿产资源用量少的金属矿产人均资源量大,而大宗金属矿产人均资源量小。 面 对我国未来经济的可持续发展,大宗金属矿产资源可供储量并不乐观,其保障程度相对较低。 我国金属矿产 资源可供储量保障程度的预测见表 1-3。 表 1-3摇 我国金属矿产资源可供储量保障程度预测 可供储量保障程度 / % 序摇 号 矿 产 名 称 2 010 年 2020 年 1 铁(矿)石 锰(矿)石 铬(矿)石 59 38 5 28 22 2 2 3 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 1郾 1摇 矿产资源概况 续表 1-3 可供储量保障程度 / % 序摇 号 矿 产 名 称 钛(TiO 2 010 年 173 19 2020 年 86 9 4 ) 2 5 6 7 8 9 铜(金属) 铅(金属) 锌(金属) 铝(金属) 镍(金属) 钴(金属) 35 22 17 37 49 13 46 29 61 26 6 33 83 113 30 1 0 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 钨(WO ) 83 3 锡(金属) 钼(金属) 51 144 48 锑(金属) 金(金属) 8 银(金属) 22 11 1 铂族(金属) 锶(矿石量) 稀土(REO) 硫铁矿(标矿) 磷(矿石) 2 3 2 1222 97 786 53 89 10 170 钾(KCl) 25 WWW.KY114.CN 摇 资料来源:《我国可持续发展矿产资源战略研究》报告,2003郾 11。 摇 2 008 年 4 月国土资源部发布的套改结果,对 26 种矿产统计,地质储量形势不容乐观。 45 种主要矿产在 2 020 年的保障程度见表 1-4,主要金属矿产资源储量见表 1-5。 表 1-4摇 45 种主要矿产对 2020 年需求的保障程度 保证类别 短缺矿产 不能保障 基本保障 可保障 矿种数 主 要 矿 种 5 21 10 9 铬铁矿、钴、铂、钾盐、金刚石 铁、锰、铜、铅、锌、铝土矿、锡、金、银、锶、萤石、硼、重晶石、石油、铀、镍、锑、耐火材料、硫、水泥灰岩、高岭土 煤、钛、钨、钼、磷、玻璃硅质原料、石材、石膏、硅藻土、石棉 天然气、稀土、菱铁矿、钠盐、芒硝、膨润土、石墨、滑石、硅灰石 表 1-5摇 我国金属矿产资源储量 (kt) 矿摇 种 储摇 量 基 础 储 量 40000000 15000000 100000 资 源 储 量 57600000 20000000 150000 铁矿石 21000000 7000000 40000 铁金属量 锰金属量 铜金属量 铅金属量 锌金属量 铝土矿量 17860 30020 67080 11000 36000 33000 92000 700000 2300000 5000000 摇 6 1摇 绪摇 摇 论 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 1 郾 2摇 矿业开发现状、问题及建设规模 1郾 2郾 1摇 矿业开发现状 矿业开发现状有以下几方面: ( 1) 矿业发展突飞猛进,规模已居世界前列。 近年来,矿业总产值约占全国工业总产值的 5% 至 6% ,以 矿产品为原料的加工工业产值占全国工业总产值的 25% 以上。 我国矿产开发的总体规模已居世界第三位。 为配合国民经济的发展与合理布局,全国已建成了数量众多、规模较大的矿产原料生产基地。 如集中在 山西、陕西、内蒙古、河南和安徽等省(区)的煤炭生产基地;以大庆、胜利、辽河、新疆、中原、华北等油田为主 的石油和天然气生产基地。 铁矿生产集中于辽宁鞍山 - 本溪、四川西昌 - 攀枝花、河北冀东、安徽霍邱等十 大铁矿原料基地。 铜矿原料基地位于长江中下游地区、四川、云南两省交界地区、甘肃金川 - 白银地区、山西 中条山地区。 金矿生产形成的六大基地为胶东、小秦岭、黑龙江、粤西 - 海南、河北和陕西、甘肃、四川三省交 界地区。 硫铁矿矿区集中在广东、湖南、内蒙古、四川等省(区)。 磷矿开采已形成了云南昆明、贵州开阳 - 瓮安等七大原料基地。 我国矿产资源的开采既有一批大矿,也有数量众多的小矿。 因此,在矿业发展中实行以大矿为骨干、大 中小矿并举的方针。 大矿从数量来看,实属小数,在整个矿山中约占 2译,在国有矿山中也不到 10% 。 但是, 这些矿山的产量在整个矿山产量中占有主导地位。 特别是一些重要的能源、黑色金属矿产主要是大矿山、大 油田生产的。 在原煤年产量中,一半以上也是由大煤矿生产的。 中小矿在我国矿业生产中也占有重要地位, 如全国每年的原煤产量中,有三分之一是由小煤矿生产的。 其他小铁矿、小有色金属矿、小非金属矿也占有 相当比重。 至于建筑用砂石、黏土及公路、铁路和水利用石料,则主要由小矿山生产。 ( 2) 依靠科技进步,提高矿产综合利用水平。 矿产资源综合利用不仅是矿产资源开发的一项重要政策, 也是合理开发资源和保护自然环境的一种有效手段。 从 20 世纪 80 年代开始,我国对矿产综合利用工作加 强了宏观管理,制定了有关政策法规,实现了矿产综合利用的长足进步。 WWW.KY114.CN 有色金属矿资源综合利用水平逐步提高,现综合利用率平均达到 35% 左右。 金川镍矿(厂)综合利用取 得显著成就,除回收镍外,还综合回收了铜、铂、钯、金、铑、铱、锇、钌等多种元素,是我国有色金属矿产综合利 用的典范。 目前,我国对黑色金属矿产资源综合利用率一般可达 30% 至 40% ,其中铁矿综合利用率为 36郾 7% 。 攀枝花铁矿(厂)和包头铁矿(厂)在这方面成绩突出。 此外,与矿业有关的固体废弃物的利用也有 较大突破。 有色金属工业废渣主要用作采掘充填料、建筑材料和其他工业用品,利用率高达 69% 。 钢铁工 业废渣主要用作建筑材料,其中高炉渣利用率为 85% 。 煤矸石是在煤层中的脉石,经采掘和洗选分离后,主要用于发电、制水泥和砖,利用率为 17% 。 粉煤灰 是燃煤电厂的排放物,经开发研究,主要用作建筑、筑路、充填等材料,利用率为 30% 以上。 我国有 20 多个 电厂的粉煤灰利用率达到 100% 。 化学工业生产过程中产生的硫铁矿渣、电石废渣等 10 种主要废渣的利用率达到了 60% 。 虽然我国工 业废水利用率很低(平均为 30% 左右)但钢铁工业废水利用率平均达到 75% ;有色金属工业废水利用率平 均为 62郾 4% 。 我国钢铁、石油、化工、煤炭等工业废气的利用率已有明显提高。 其中,钢铁工业的高炉煤气利用率为 97郾 6% ;焦炉煤气利用率为 97郾 1% ;石油工业可燃气利用率为 91郾 0% ;化学工业的电石卤气、合成氨等 8 种 废气利用率为 74郾 25% ;煤炭工业的瓦斯利用率为 72郾 0% 以上。 我国废旧金属的回收利用也取得了一定成绩。 目前,废铝回收量占全国铝产量的 17% ,废旧锌占 6% 左 右,废旧铅约占 12% ,废旧铜占 34% 左右,废旧钢占 30% 。 ( 3) 采取有力措施,加强矿业开发的环境保护。 矿产资源的开发利用对人类环境有巨大的负面影响。 矿山开发能引起地面沉降,对地下水资源产生破坏,使生态平衡系统紊乱,诱发地震、泥石流、山体滑坡等;矿 产品加工造成噪声污染、粉尘污染、有害气体污染,破坏生态环境等。 因此,加强矿业环境治理,成为我国矿 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 1郾 2摇 矿业开发现状、问题及建设规模 产资源开发中一个重要问题。 2 0 世纪 70 年代中期以来,我国政府先后进行了大量的调查研究工作,如岩、土体的稳定性调查研究、煤 炭自燃的调查研究、有害粉尘的调查研究、有害气体的调查研究、矿山及邻近地区水污染调查研究、土地复垦 及恢复矿山景观研究等,都取得了大量的材料和数据,为环境保护工作和制定有关法律打下了坚实的基础。 自 1979 年 9 月我国第一部环境法———《中华人民共和国环境保护法》(试行),1989 年 12 月颁布《中华 人民共和国环境保护法》,颁布实施至今,全国人大常委会已颁布了 4 部环境污染防治方面和 8 部自然资源 保护方面的法律,国务院也颁布了 20 多项环境保护法规,环境保护部和其他有关部门还制定了上百项部门 规章和 300 多个环境标准。 同时,许多省、自治区、直辖市也根据各地的实际情况,制定实施了不少有关环境 保护方面的地方性法规,矿产开发与环境保护工作走上了法制轨道。 《 中国 21 世纪人口、环境与发展白皮书》提出了矿产开发与环境保护相平衡的目标,即“提高对矿山‘三 废爷等的综合开发利用水平,努力做到矿山尾矿、废石以及废水和废气的‘资源化爷和对周围环境影响的无害 化,实现矿山闭坑后,矿山环境整治、复垦工作的制度化冶。 同时,我国政府还采取一系列促使矿产开发与环境保护协调发展的行动,如进行矿山环境质量检测;进 一步调查评价全国矿山自然环境破坏状态,制定保护恢复计划;采用经济手段鼓励矿山企业的矿产资源综合 利用和“三废冶资源化活动;鼓励推广先进科学技术,以减少开发中产生的废弃物数量;利用广播、影视、报刊 等宣传媒介,对公民进行普法和科普教育,增强矿产开发与环境保护协调发展的意识。 ( 4) 推进矿产勘查和开发的对外合作。 1979 年我国实行改革开放政策以来,地矿部门对外开放与合作 不断扩大。 迄今,已与世界上近 130 个国家和地区建立了交流与合作关系,与联合国 12 个机构建立了经常 性联系,加入了 28 个国际地学组织,一个多层次、多形式、多渠道、有重点、全方位的对外开放格局已基本 形成。 一系列中外合资、合作项目已经或正准备启动,其中不少项目已取得了良好的社会与经济效益。 如中韩 合作开展的黄海地质 - 地球物理综合调查研究;与乌兹别克斯坦开展的金矿、贵金属矿成矿规律对比研究; 与马来西亚矿业公司合作开发的陕西铅峒山铅锌矿;中日合作开展的江西德兴铜矿废水处理项目,中澳合作 WWW.KY114.CN 开展的矿山废弃物管理项目等。 我国煤矿开发利用外资非常活跃,仅利用世界银行贷款的项目就有多项。 利用日本第一、第二、第三批 对华能源贷款的开发项目有 17 项,第一、第二批贷款总额 19郾 4 亿美元,建设了 9 个煤矿,总规模为 3800 万 吨/ 年。 除新疆准噶尔露天矿正在建设外,其余 8 个矿均已投产;第三批贷款计 15 亿美元,已利用它建设了 8 个项目。 石油天然气部门的对外合作更是矿产资源勘查与开发领域的领头雁。 如新疆塔里木开展对外招标,吸 引外国公司前来进行风险勘探。 海洋石油对外合作更是活跃,据统计,1986 ~ 1990 年中国石油天然气总公 司对外签订合同总计为 3516 项,利用外资 14郾 45 亿美元。 其中,勘探方面的合同 689 项,利用外资 3郾 5 亿美 元;钻井方面的合同 370 项,利用外资 1郾 1 亿美元;开发方面的合同 701 项,利用外资 4郾 6 亿美元。 ( 5) 调整战略,加速开发西部矿产资源。 我国西部地区地域辽阔,成矿地质条件复杂多样,在漫长的地 质历史过程中形成了丰富的矿产资源。 我国已发现的矿产在西部地区均有发现;已探明了储量的矿产有 30 多种。 加快开发利用西部地区矿产资源,把资源优势转变为经济优势,是缩小我国东西部差距,促进全国各区 1 域经济协调发展的一项重要战略措施。 西部边远地区现有一些尚未开发利用的大型矿区,开发利用难度较大,随着西部地区基础设施、交通、能 源等条件的改善,市场开放程度的提高,西部地区矿产资源开发利用将得到快速发展。 ( 6) 矿业开发还有相当大的潜力。 我国大陆地处环太平洋、古亚洲和特提斯三大成矿域交汇处,构造岩 浆活动频繁,演化历史复杂,成矿条件良好。 20 世纪 50 年代以来我国地质工作者发现了大量的物、化探异 常和矿化点,大部分尚未检查,验证、评价,具有很大的找矿潜力。 我国西部地区矿产调查勘查程度很低,但 成矿条件很好,有很大的找矿余地。 中东部地区已知的重要成矿带找盲矿床及新类型矿床的潜力也很大。 摇 8 1摇 绪摇 摇 论 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 老矿山深部与外围资源潜力大。 我国已经发现了众多的矿产,但仍有大量矿产有待进一步发现。 据各方面专家研究,目前,除富铁矿资 源总的格局已基本形成外,其他矿产都有相当大的潜力。 如煤矿,探明储量为 10000 多亿吨,而有关专家预 测,在地表向下 1500 m 深的范围之内,还有 4 万亿吨远景资源;石油、天然气资源也有比较大的潜力。 在我 国西部、东部海域和南方碳酸盐岩地区,都有一定的资源远景。 再从金属和非金属矿来看,不仅西部地区有 较大的远景,在东部找隐伏矿也有一定的潜力可挖。 ( 7) 搞好矿产资源开发利用规划。 对于国内重要矿产的开发利用,划分了三类情况,分别是急缺矿产、 优势矿产、基本平衡矿产。 要加强急缺矿产勘查开发,即对国家紧缺的矿产资源制定鼓励支持政策,提高其国内资源保障程度,降 低对外依存度。 据统计数据显示,2007 年我国铁矿石的对外依存度已经降至 51郾 7% ,2005 年的数字则 是 56郾 7% 。 而对于铬、镍、锰、钾等急缺矿产,要在加强国内资源潜力评价和找矿攻关的同时,增加境外份额,鼓励国 内企业加大参股境外矿业公司的力度,寻求稳定的国际市场配置环境,力争对外依存度控制在 60% ~ 95% 以内。 对于我国一些优势矿产资源,要通过有效的、合理的规划,有序投放矿业权,适当地控制其勘查开采总 量,促进全球供求市场平衡和稳定发展。 在我国,钨矿、锑矿、稀土矿是重要的优势矿产资源,多年来储量、产量、出口量居世界前列,在国际市场 上地位举足轻重。 《全国矿产资源规划》(2008—2015)已经规定,对我国出口优势矿产实行限产保值,严格 控制采矿权设置,加强出口配额管理,严禁超计划开采和过量出口。 国土部对全国钨矿、锑矿、稀土矿开采总 量指标予以明确,2009 年全国钨精矿开采总量控制指标为 68555 t,锑矿开采总量控制指标 90180 t,稀土矿开 采总量控制指标拟定为 82320 t。 对那些能够保证供求基本平衡的保障性重要矿产资源,也要优化其勘查开发。 ( 8) 充分利用国内外两种资源。 在经济全球化的今天,对于我国缺乏或不足的矿产资源要树立全球矿 WWW.KY114.CN 产资源战略。 在国家经济可能条件下,需要进口,以建立稳定、安全、经济、多渠道的供应体系。 如我国紧缺 的重要矿产,铜、铁、锰、铬、铝、钾盐等有相当大部分需要依靠国际市场。 对于我国的优势矿产,稀土、钨、锡、 铋、钼、锑、锶、镁、石墨等在全球矿业市场中应该很好地运作。 对于某些具有战略意义或储量不多的矿产,应 先利用国外资源。 同时,作好储备,防止受制于人。 1郾 2郾 2摇 矿业开发存在的问题 多年来,我国矿业开发取得了巨大成就,现已建成国有矿山 7560 多座,集体及个体矿山约 15 万座。 依 靠本国的矿产资源开发,成功地实现了发展经济的目标,为我国社会主义现代化建设做出重大贡献,也使我 国由矿业弱国跃入世界矿业大国的行列。 金属矿产、非金属矿产、石油、煤炭等行业建成一批矿产品重点生 产企业(矿山),成为我国矿业的支撑,保证了工业经济对能源和原材料的需求和国民经济持续快速增长。 当前,我国矿业开发中存在主要问题表现在: ( 1) 大规模、高速度的开采导致矿产资源耗竭速率过快。 我国长期以来特别强调矿产资源开发对区域 经济增长的基础性作用,产业总规模恶性膨胀且集中度低,布局极不合理,劳动效率普遍偏低,许多资源被严 重破坏、浪费,经营市场秩序混乱,资源产出效益低而消耗水平高,目前单位矿产资源投入产出只及日本的 1 / 6、美国的 1 / 3,矿产资源开发速度明显高于世界平均水平。 改革开放以来,我国矿产资源无论是保有储量 还是矿产品产量、矿业产值都有大幅度提高,但不论是总体上,还是从局部上我国矿产资源的耗竭速率一直 高于世界平均水平。 由于矿山有一定的生命周期,随着资源储量的枯竭,产业需要退役,大规模、高速度开采 必将导致资源产业退役过快,直接冲击国民经济的持续发展。 由于储量消耗速度远大于增长速度,据 2002 年底可供储量静态(石油、天然气除外)预测计算对 2020 年目标的保证程度,45 种主要矿产中有 9 种可以保 证,10 种基本保证,21 种不能保证,短缺矿产 5 种。 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 1郾 2摇 矿业开发现状、问题及建设规模 ( 品生产总量供大于求,一些矿产品积压。 同时,一些质量优、品种适销对路的矿产品供不应求。 可利用的矿 产储量不足,现有生产矿山(油田)产能消失严重,接替资源短缺。 矿产品进口量持续增加,自给能力不断下 降。 从总体上说,21 世纪初 15 年内,矿产品供需矛盾将进一步加剧,国内矿产资源供需形势严峻。 ( 3) 矿业经营粗放,矿产资源利用效率普遍较低,资源破坏、浪费严重。 我国大部分国有矿山是 20 世纪 50、60 年代建立的,企业负担重,技术改造难度大,自我发展能力较差;而多数中小型集体、个体矿山缺乏科 学管理或资金技术力量薄弱,矿业企业生产技术及设备普遍落后,采富弃贫,经营粗放,效益不高,一些优势 资源未能转化为经济优势。 2000 年,中国钨业协会对我国 41 个钨矿山进行了现场抽样调查及资料研究分 析,表明目前我国钨矿资源开发利用水平较低,采选综合率只有 46郾 5% ,我国钨矿资源开发利用水平亟待提 高。 我国开发利用的 150 种矿产中,有 87 种属共伴生矿产,占 62郾 6% ,对其中三分之一的共伴生矿产进行了 综合开发,但综合利用率较低,仅为 20% 。 全国矿产资源总的回收率为 30% ,比发达国家低 20 ~ 30 个百 分点。 ( 4) 矿产资源开发利用造成的环境问题突出。 矿山开采占用、破坏大量的土地,环境污染造成土地质量 下降,可用耕地减少,矿产资源的开发破坏地表景观、地质遗迹,破坏森林、草地资源,矿区塌陷是破坏土地资 源的一个重要因素。 矿产资源采、选、冶过程中排放的废气、废水、废渣治理率低,对生态环境污染严重;开发 矿山诱发的灾害与生态环境问题未引起足够的重视,防范不力,矿区地面塌陷造成大量耕地等土地损毁而未 予及时恢复,矿山排水造成大面积地下水资源枯竭或污染等问题导致生态环境的破坏,对人、畜及农业生产 构成潜在危害。 如江西省高安市矿产资源总体规划(2001 ~ 2010 年)指出,仅英岗岭、八景矿务局煤矿区现 3 3 存放废石 1150 万吨,年排放矸石 38 万吨,废水 2000 万米 以上,废气 11郾 7 亿米 ,被破坏土地面积累计超过 2 1000 km 。 ( 5) 矿业宏观调控能力较弱。 在矿业经济总量平衡、矿业区域政策、矿业结构调整、矿业生产和矿产品 进出口秩序等方面都存在不少问题。 矿业生产的上中下游比例不协调,加工生产能力明显大于冶炼能力,而 冶炼能力又大于矿山采掘能力,下游生产能力闲置。 小规模矿山及加工企业重复建设多,产业集中度、规模 WWW.KY114.CN 化、集约化程度低;矿产品以原矿和初加工产品为主,精深加工能力弱,高附加值深加工产品比重小,整体经 济效益差,矿产资源优势未能充分转化为经济优势。 部分地区凭借资源优势,采富弃贫,盲目发展,冲击市 场,不利于矿山的持续发展。 ( 6) 矿业投资环境不佳,资金投入不足。 矿产资源开发利用是建立在可靠的矿产资源/ 储量的基础上, 对于国内缺乏的矿产,若有好的成矿条件和找矿潜力,要增加财政投入。 目前,一些矿山面临资源枯竭或后 备储量不足,其主要原因是地质勘探投入不足,有的是投资环境不佳。 国内现有矿山的勘探深度和开采深度一般为 600 ~ 700 m,而国外许多矿山开采深度超过千米,甚至达 3000 ~ 5000 m。 我国现有矿山的深部有的还有潜力。 特别是西部的地质工作程度很低,还有资源调查空白 区。 除了国家财政加大矿业投资外,也要采取各种有效措施,鼓励和吸引社会各方面资金投向矿产勘查与矿 业开发。 ( 7) 科技力量投入不足。 体制改革以来,部分矿业科技单位,由于生计和自身经济效益,无力量或不愿 进行采矿技术前瞻性课题的研究。 矿山是采掘工业,不同于加工工业,矿山开采的难度将越来越大,应加大 矿业开发的科学技术力量。 ( 8) 关键技术研究和科学技术不断创新不够。 科学技术是“第一生产力冶,缓解资源环境约束,实现经 济社会可持续发展,必须进行科技创新,通过科技创新提高资源利用效率,保护生态环境,治理环境污染,实 现从资源消耗型经济向资源节约型经济的转变,实现以生态环境为代价的增长向人与自然和谐相处的增长 转变,促进经济社会全面、协调、可持续发展。 以实现资源的有效和循环利用、缓解资源短缺和保护生态环境 为目标,坚持开发与应用相结合、自主创新与引进技术相结合等原则,围绕资源高效循环利用,积极开展替代 技术、减量技术、再利用技术、资源化技术、系统化技术等关键技术研究,突破制约循环经济发展的技术瓶颈, 开发大用量、高效益的资源综合利用技术,努力实现经济增长方式的转变。 加强资源节约科研攻关和技术改 摇10 1摇 绪摇 摇 论 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 造,建立并不断完善资源节约技术筛选评价体系,提高资源节约的整体技术水平,开发和利用新工艺、新技 术、新设备、新材料,不断提高资源总回收率,扩大资源利用广度和深度,组织综合回收利用研究,以提高资源 综合开发利用效率,减少环境污染。 矿业作为国民经济基础产业,与其他传统产业一样,在现代科学技术的推动下,也应逐步走向现代化。 1郾 2郾 3摇 矿山规模类型、装备水平及工作制度 1郾 2郾 3郾 1摇 矿山规模类型 ( 1) 参照《关于基本建设项目和大中型划分标准的规定》,并结合我国矿山建设的实际情况,在原冶金 工业部和中国有色金属工业总公司领导下,由 5 个行业组织全国 31 个设计研究单位,共同编制的《采矿设计 手册》,其矿山建设规模类型划分及一般矿山的服务年限见表 1-6。 ( ( 2) 《露天采矿设计技术规定与定额》中矿山建设规模的划分见表 1-7。 3) 《有色金属采矿设计规范》中采矿规模划分见表 1-8。 表 1-6摇 矿山建设规模类型划分及一般矿山的服务年限 矿山规模类型(kt/ a) 矿 山 类 别 特大型 > 10000 > 3000 > 10000 > 2000 大摇 型 中摇 型 小摇 型 露摇 地摇 露摇 地摇 磷摇 天 下 天 下 矿 10000 ~ 2000 3000 ~ 2000 10000 ~ 1000 2000 ~ 1000 > 1000 2000 ~ 600 2000 ~ 600 1000 ~ 300 1000 ~ 200 1000 ~ 300 1000 ~ 200 1000 ~ 500 < 600 黑色冶金矿山 有色冶金矿山 化工矿山 < 600 < 300 < 200 < 300 < 200 < 500 < 1 硫铁矿 > 1000 石灰石矿 > 1000 WWW.KY114.CN 石棉矿 石墨矿 石膏矿 > 10 > 10 10 ~ 1 10 ~ 3 建材矿山 < 3 > 300 300 ~ 100 < 100 > 10 服务年限/ a > 30 > 25 > 20 表 1-7摇 黑色冶金矿山建设规模类型划分 (kt/ a) 特大型 大摇 型 中摇 型 小摇 型 矿山类别 露天矿山 矿摇 石 矿摇 岩 矿摇 石 矿摇 岩 矿摇 石 矿摇 岩 矿摇 石 矿摇 岩 < 3000 > 10000 > 30000 2000 ~ 10000 10000 ~ 30000 600 ~ 2000 3000 ~ 10000 < 600 摇 摇 注:1郾 符合“矿石冶和“矿岩冶两项中任一项即可;2郾 矿山建设规模指单个矿山的规模;3郾 国土资源部《关于调整部分矿种矿山生产规模标 准的通知》在黑色冶金矿山设计中尚未全面执行。 表 1-8摇 采矿规模类型 (kt/ a) 矿山类别和开采方式 一类矿山 二类矿山 三类矿山 露天开采 > 1500 > 1000 300 ~ 1500 200 ~ 1000 < 300 < 200 铜钼镍矿山 铅锌矿山 脉锡矿山 地下开采 露天开采 地下开采 > 1000 > 1000 300 ~ 1000 200 ~ 1000 < 300 < 200 露天开采 地下开采 > 650 > 500 100 ~ 650 100 ~ 500 < 100 < 100 地下钨矿山 > 650 160 ~ 650 < 160 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 1郾 2摇 矿业开发现状、问题及建设规模 续表 1-8 矿山类别和开采方式 一类矿山 二类矿山 三类矿山 采矿量 剥离量 > 500 > 2000000 200 ~ 500 500000 ~ 2000000 < 200 < 500000 露天铝矿山 砂矿水采和机采 > 2000 1000 ~ 2000 < 1000 摇 摇 注:表中沉积型露天铝矿山的一、二类矿山采矿量和剥离量,应同时具备表中标准,否则一类降为二类,二类降为三类。 ( 4) 《非金属矿工业手册》中矿山规模的划分见表 1-9。 表 1-9摇 非金属矿山规模类型 (kt/ a) 矿山规模类型 中摇 型 矿 山 类 型 大摇 型 > 1000 > 300 > 10 小摇 型 石灰石 1000 ~ 500 300 ~ 100 10 ~ 3 < 500 < 100 < 3 石棉:矿石量 摇 摇 精矿量 石墨鳞片:矿石量 精矿量 > 300 > 10 300 ~ 100 10 ~ 3 < 100 < 3 摇 摇 摇 摇 石膏 高岭土:矿石量 精矿量 滑石:矿石量 > 300 > 300 > 50 300 ~ 100 300 ~ 100 50 ~ 10 < 100 < 100 < 10 摇 摇 摇 > 200 > 50 200 ~ 100 50 ~ 25 < 100 < 25 摇 摇 摇 摇 精矿量(浮选) 精矿量(不设浮选) > 100 > 200 100 ~ 50 200 ~ 100 < 50 膨润土:矿石量 < 100 < 30 WWW.KY114.CN 摇 摇 摇 精矿量 > 60 60 ~ 30 10000 ~ 3000 m / a 3 3 3 饰面石材:荒料量 > 10000 m / a < 3000 m / a 1郾 2郾 3郾 2摇 矿山装备水平 ( 1) 一般露天矿山的装备水平见表 1-10,地下矿山的装备水平见表 1-11。 表 1-10摇 一般露天矿山的装备水平 装 备 水 平 装备 名称 特大型 大摇 型 中摇 型 小摇 型 摇 穿孔 岩); 摇 岩) (1) 准310 ~ 380 mm 牙轮钻( 硬 摇 摇 摇 (1) 准150 ~ 200 mm 潜孔钻; (2) 准250 mm 牙轮钻; (3) 凿岩台车 摇 摇 摇 (1) 准150mm 以下潜孔钻; (2) 凿岩台车; (3) 手持式凿岩机 摇 摇 (1) 准250 ~ 310 mm 牙轮钻; (2) 准150 ~ 200 mm 潜孔钻 设备 (2) 准310 ~ 380 mm 牙轮钻( 软 3 3 装载 设备 摇 1 ~ 4 m 挖掘机; 摇 0郾 5 ~ 1 m 挖掘机; 3 3 摇 10 m 以上挖掘机 摇 4 ~ 10 m 挖掘机 3 3 摇 3 ~ 5 m 前装机 摇 3 m 以下前装机 摇 ( 1 ) 汽 车 运 输 时: 100 t 以 上 汽车; (2) 铁路运输时:150 t 电机车,100 摇 (1) 汽车运输时:50 ~ 100 t 汽车; 摇 (2) 铁路运输时:100 ~ 150 t 汽车; 摇 (1) 汽车运输时:50 t 以下 摇 (1) 汽车运输时:15 t 以 下汽车; 摇 (2) 铁路运输时:14 t 以 3 下电机车,4 m 以下矿车 运输 设备 t 矿车; 摇 电机车,60 ~ 100 t 矿车; 摇 摇 (2) 铁路运输时:14 ~ 20 t 3 摇 (3) 胶带运输 时:1郾 4 ~ 1郾 8 m (3) 胶带运输时:1郾 4 m 以 电机车,4 ~ 6 m 矿车 胶带 下胶带机 摇 摇 (2) 破碎 - 胶带 - 排土机; 摇 (3) 铁路 - 挖掘机 (1) 推土机配合汽车; 摇 摇 摇 (1) 推土机配合汽车; (2) 破碎 - 胶带 - 推土机; (3) 铁路 - 挖掘机 排弃 设备 摇 摇 (1) 推土机配合汽车; (2) 铁路 - 推土机 摇 摇 (1) 推土机配合汽车; (2) 铁路 - 推土机 摇12 1摇 绪摇 摇 论 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 续表 1-10 装 备 水 平 装备 名称 特大型 大摇 型 中摇 型 小摇 型 辅助 摇 305 kW 履带推土机;223郾 5 kW 摇 238 ~ 305 kW 履带推土机; 摇 土机 89郾 4 ~ 238郾 4 kW 履 带 推 摇 89郾 4 kW 以下履带推土机 3 3 设备 轮胎推土机;9 m 前装机 5 m 以上前装机 摇 (1) 700 ~ 500 mm 旋回破 碎机; (2) 600 mm 伊 900 mm ~ 00mm 伊600mm 颚式破碎机 摇 摇 碎机 (1) 1500 mm 旋回破碎机; (2) 1500 mm 伊 2100 mm 颚式破 摇 摇 式破碎机 (1) 1200 mm 旋回破碎机; (2) 1200 mm 伊 1500 mm 颚 摇 摇 破碎机 (1) 900 mm 旋回破碎机; (2) 900 mm 伊 1200 mm 颚式 粗破碎 设备 摇 4 表 1-11摇 一般地下矿山装备水平 装 备 水 平 装备 名称 特大型 大摇 型 中摇 型 小摇 型 摇 摇 摇 摇 摇 (1) 单、双机采矿台车; (2) 2 ~ 3 机掘机台车; (3) 准165 潜孔钻机; (4) 准120 以上牙轮钻机; (5) 准1000 以上天井钻机 摇 摇 摇 摇 摇 (1) 各种凿岩机; (2) 单机或双机采矿台数; (3) 双机掘机台车; (4) 准100 以上潜孔钻机; (5) 准1000 天井钻机 摇 摇 摇 摇 摇 (1) 各种凿岩机; 摇 摇 摇 摇 (1) 单、双机采矿台车; (2) 2 ~ 3 机掘机台车; (3) 准165 潜孔钻机; (2) 单机采矿台车; (3) 双机掘进台车; (4) 准100mm 以上潜孔钻机; (5) 准1000 mm 天井钻机 凿岩 设备 (4) 准1000 以上天井钻机 3 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (1) 2 ~ 4 m 铲运机; 3 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (1) 4 m 以上铲运机; 摇 摇 (1) 振动放矿机; (2) 装运机; (3) 15 ~300kW、0郾 15 ~0郾 3m 3 摇 摇 摇 摇 摇 (1) 4 m 以上铲运机; (2) 振动放矿机; (2) 振动放矿机; (3) 50kW 以上、0郾 5 ~1m 电耙; (4) 4 ~ 6 m 矿车; (5) 20 t 以下电机车; (6) 胶带输送机 (2) 振动放矿机; (3) 6 ~ 10 m 矿车 (4) 20 t 以下电机车; (5) 胶带运输机 (3) 装运机; 3 3 装运 设备 (4) 15 ~50kW、0郾 15 ~0郾 5m 电耙; 电摇 耙; 3 3 3 3 (5) 2 ~ 4 m 矿车 3 摇 摇 (4) 0郾 55 ~ 2 m 矿车; (5) 7 ~ 10 t 电机车 (6) 7 ~ 10 t 电机车; (7) 胶带输送机 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (1) 3 ~ 5 t 矿用电梯; (2) 装药车; (3) 吊罐; 摇 摇 摇 摇 摇 (1) 1 ~ 3 t 矿用电梯; (2) 装药器; (3) 吊罐; (4) 爬罐; (5) 喷射混凝土车; 摇 摇 摇 摇 (1) 装药车; (2) 锚杆台车; (3) 喷射混凝土车; (4) 人车、材料车、维修车 摇 摇 摇 (1) 装药器; (2) 喷射混凝土机; (3) 吊罐; (4) 人车、材料车、维修车等 辅助 设备 (4) 爬罐; WWW.KY114.CN (5) 锚杆台车; 摇 (6) 喷射混凝土车; 等服务车辆 (7) 人车、材料车、维修车等服 摇 (6) 人车、材料车、维修车等服务 服务车辆 车辆 务车辆 ( 2) 有色金属采矿设计规范规定,有色金属露天矿山装备水平见表 1-12,地下矿山装备水平见表 1-13,砂 矿装备水平见表 1-14。 表 1-12摇 有色金属露天矿山装备水平 采 矿 规 模 设备名称 > 1000 kt/ a 300 ~ 1000 kt/ a < 300 kt/ a 摇 潜孔钻机 逸准250 mm 牙轮钻机,逸准150 ~ 200 mm 摇 200 mm 潜孔钻机 准150 ~ 250 mm 牙轮钻机,准150 ~ 摇 凿岩机 臆准150 mm 潜孔钻机,凿岩台车,手持式 穿孔设备 装载设备 运输设备 3 3 3 3 3 3 摇 逸4 m 挖掘机,逸5 m 前装机 摇 2 ~ 4 m 挖掘机,3 ~ 5 m 前装机 摇 臆2 m 挖掘机,臆3 m 前装机,装岩机 摇 矿车,带式输送机 逸30 t 汽车,100 ~ 150 t 电机车,60 ~ 100 t 摇 20 ~ 30 t 汽车,14 ~ 20 t 电机车,6 ~ 3 摇 20 t 汽车,臆14 t 电机车,臆6 m 矿车 3 10 m 矿车 表 1-13摇 有色金属地下矿山装备水平 采 矿 规 模 设备名称 凿岩设备 > 1000 kt/ a 200 ~ 1000 kt/ a < 200 kt/ a 单机或双机采矿台车 双机掘进台车 逸准100 mm 潜孔钻机 吊罐或爬罐 各种凿岩机 单机采矿台车 单机或双机掘进台车 逸准100 mm 潜孔钻机 吊罐或爬罐 单机或双机采矿台车 双机掘进台车 逸准165 mm 潜孔钻机 逸准1500 mm 天井钻机 臆准1500 mm 天井钻机 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 1郾 2摇 矿业开发现状、问题及建设规模 续表 1-13 采 矿 规 模 设备名称 装运设备 > 1000 kt/ a 200 ~ 1000 kt/ a < 200 kt/ a 3 3 逸4 m 铲运机 逸55 kW 电耙 逸4 m 矿车 逸10 t 电机车 带式输送机 振动放矿机 2 ~ 4 m 铲运机 3 臆2 m 铲运机 臆55 kW 电耙 臆30 kW 电耙 3 3 2 ~ 4 m 矿车 3 臆2 m 矿车 逸6t 电机车 带式输送机 振动放矿机 臆7 t 电机车 振动放矿机 表 1-14摇 砂矿装备水平 采 矿 规 模 开采方式 机械开采 设 备 名 称 备摇 注 > 2000 kt/ a 1000 ~ 2000 kt/ a 162 ~ 228 < 1000 kt/ a 臆132 推土机/ kW 逸228 15 ~ 25 4 ~ 8 3 铲运机 / m 9 ~ 15 2 ~ 4郾 6 3 ~ 5 < 9 < 2 平装斗容 额定斗容 3 挖掘机 / m 3 前装机 / m 逸5 1郾 5 ~ 3 7 ~ 15 臆132 < 6 载重汽车/ t 推土机/ kW 20 ~ 32 逸228 7 ~ 9 15 ~ 20 162 ~ 228 6 ~ 8 平装斗容 额定斗容 3 铲运机 / m 3 前装机 / m 3 ~ 5 2 ~ 4 1郾 5 ~ 3 < 5 水力开采 载重汽车/ t 砂泵/ mm 水枪/ mm 7 ~ 15 4 ~ 7 准200 ~ 300 准250 ~ 500 准150 ~ 250 准150 ~ 250 准100 ~ 200 准100 ~ 150 出口管径 进水管径 ( 3) 金属露天矿 W 设备匹 W 配方案 W 见表 1- . 15, K 设备组 Y 合配 1 套实 1 例见 4 表 1- . 16。CN 表 1-15摇 金属露天矿设备匹配方案 设 备 名 称 小型露天矿 臆150 150 中型露天矿 150 ~ 200 250 大型露天矿 特大型露天矿 潜孔钻机(孔径) / mm 牙轮钻机(孔径) / mm 150 ~ 200 > 150 ~ 200 穿孔设备 挖掘设备 250 ~ 310 4 ~ 10 310 ~ 380(硬岩);250 ~ 310(软岩) 3 单斗挖掘机(斗容) / m 1 ~ 2 1 ~ 4 逸10 8 ~ 13 3 前装机(斗容) / m 臆3 3 ~ 5 5 ~ 8 自卸设备(载重) / t 电机车(黏重) / t 翻斗车 臆15 ~ 20 < 14 < 50 ~ 60 10 ~ 20 50 ~ 100 100 ~ 150 60 ~ 100 t 1400 ~ 1600 165 ~ 240 120 逸100 150 运输设备 3 3 < 4 m 4 ~ 6 m 100 t 钢丝芯带式输送机(带宽) / mm 履带推土机/ kW 轮胎推土机/ kW 炸药混装车/ t 800 ~ 1000 1000 ~ 1200 135 ~ 165 75 ~ 120 8,12 1800 ~ 2000 240 ~ 308 120 ~ 165 15,24 75 75 8 12,15 平地机/ kW 75 ~ 100 10 75 ~ 135 10 ~ 14 25 75 ~ 150 14 ~ 19 165 ~ 240 14 ~ 19 辅助设备 振动式压路机 / t 汽车吊/ t < 25 4 ~ 8 40 100 洒水车/ t 8 ~ 10 10,20,30 1200 ~ 1500 (1郾 5 ~ 3) 伊 10 10,20,30 ~ 60 1200 ~ 1500 破碎机(旋回移动) / mm 液压碎石器 / (N·m) 4 4 4 (1郾 5 ~ 3) 伊 10 (1郾 5 ~ 3) 伊 10 摇14 1摇 绪摇 摇 论 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 表 1-16摇 金属露天矿设备组合配套实例 矿山规模 方案 配套主体设备 配套辅助设备 主要使用条件 矿山实例 3 摇 准80 ~ 120 潜孔钻机,0郾 6 m 柴油铲 摇 以 下 中 等 深 度 的 或 摇 祥山铁矿 100 万吨左右露天矿 采剥总 量 50 万 吨 3 玉 或 1m 电铲,3 ~ 7 t 电机车。 10 t 以下 矿车、斜坡提升或 8 t 以下汽车 3 摇 电铲,8 ~ 15 t 汽车 准150 潜孔钻,准150 牙轮钻,1 ~ 2 m 摇 采剥总量 100 万 ~ 200 万吨露天矿 域 摇 车,4 ~ 8 t 洒水车,25 t 以下 75 kW 推土机,8 t 装药 摇 可可托海一矿 小型 3 汽车吊 摇 业或配 20 t 以下汽车 准150 潜孔钻,3 ~ 5 m 前装机装运作 摇 岩石运距在 3 km 以 内露天矿 芋 郁 玉 摇 山西铝土矿 摇 雅满苏铁矿 3 摇 1 准150 ~ 200 潜孔钻,2 ~ 4 m 电铲, 5 ~ 32 t 汽车 摇 采剥总量 300 万 ~ 500 万吨露天矿 3 摇 准200 潜孔钻或 准250 牙轮钻,4 m 电 铲或 5 m 前装机,20 ~ 32 t 汽车 摇 一般开采深度中型 摇 金堆城钼矿、密云铁矿、 露天矿 3 姑山铁矿 摇 75 ~ 240 kW 推土机,8 ~ 3 准200 潜孔钻或 准250 牙轮钻,4 m 电 铲,100 t 电机车或内燃机车,60 t 侧卸 翻斗车 摇 1 2 t 装 药 车, 8 ~ 10 t 洒 摇 深度不大的中型露 摇 连甘井子石灰石矿 大冶铁矿上部扩帮、大 域 中型 水车,25 t 汽 车 吊, 10 ~ 天矿 3 0 kN·m 液 压 碎 石 器 或 3 准0郾 8 ~ 2 m 电动破碎机 摇 准250 牙轮钻,4 ~ 6 m 电铲,60 t 以下 芋 汽车,破碎站,1000 ~ 1200 mm 钢绳芯 摇 深度较大的露天矿 带式输送机 摇 准250 ~ 380 牙轮钻或 准250 潜孔钻, 摇 天矿 大 型、 特 大 型 露 摇 南芬铁矿、水厂铁矿、南 非阿斯旺铁矿 3 玉 域 4 ~11郾 5m 电铲,32 ~ 60 t 汽车和 108 ~ 1 54t 电动轮汽车 摇 238 kW 以上履带式推土 机,220 kW 以上轮式推土 机, 12 t 以 上 装 药 车, 135 kW 以上 平 地 机, 14 t 以上振动式压路机,40 t 以 上汽车,10 t 以上洒水车, 天矿 15 ~ 30 kN·m 液压碎石器 3 WWW.KY114.CN 准250 以上牙轮钻,10 m 以上电铲, 摇 美国西雅里塔铜钼矿、 摇 大 型、 特 大 型 露 90 t 以上汽车,1200 mm 伊 2000 mm 破碎 司家营铁矿、大孤山铁矿、 天矿 机,1200 mm 以上钢绳芯带式输送机 德兴铜矿、齐大山铁矿 3 摇 电铲,73、108、136、154 t 电动轮汽车 准310、准380、准410 牙轮钻,10 ~ 21 m 摇 特大型露天矿 摇 智利丘基卡马塔铜矿 大型, 特大型 芋 3 摇 准250 ~ 380 牙轮钻,8 ~ 15 m 电铲, 100 ~ 150 t 电机车或联动机车组,100 t 摇 大 型、 特 大 型 露 摇 马钢高村铁矿、和尚桥 铁矿、兰尖铁矿 侧卸翻斗车 摇 郁 ( 4) 露天煤矿设备配套分级方案见表 1-17。 表 1-17摇 露天煤矿设备配套分级方案 设 备 名 称 中型矿(年产 300 ~ 900 kt) 大型矿(年产 900 ~ 3000 kt) 特大型矿(年产 3000 kt 以上) 牙轮钻机孔径 / mm 回转钻机孔径 / mm 120,150 120,150 16000 1郾 6 150,200 150,200 20000 150,200 150,200 穿孔设备 挖掘设备 3 斗轮挖掘机/ (m / d) 46000 3 单斗挖掘机斗容/ m 4郾 8 12,16,20 3 索斗铲、液压铲斗容 / m 1郾 6 4 8 钢绳芯胶带机带宽/ mm 自卸汽车/ t 800,100 32 1000,1200,1400 32,60 1600,1800,2000,2200,2400 60,100,150 60,100 自翻车/ t 60 60 运输设备 电机车(黏重) / t 100 100,150 24000 100,150 3 排土机/ (m / d) 15000 15000 1500 60000,120000 40000,60000,120000 4000 3 堆料机/ (m / d) 24000 取样机 / (t/ h) 2000 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 1郾 3摇 有关矿产资源开发的法律法规 续表 1-17 设 备 名 称 推土机/ kW 中型矿(年产 300 ~ 900 kt) 大型矿(年产 900 ~ 3000 kt) 132郾 3,235郾 2 132郾 3,183郾 75 15 特大型矿(年产 3000 kt 以上) 73郾 5,88郾 2 132郾 3 15 132郾 3,253郾 2,301郾 4 平路机/ kW 推土犁/ t 装药车/ t 183郾 75 15 辅助设备 8,10 8,10,12 15 3 洒水车 / m 8,10 8,10,12 10,12,20 20,40,75 汽车吊/ t 20,40 20,40,75 1郾 2郾 3郾 3摇 矿山工作制度 ( 1) 黑色冶金露天矿采矿工作制度。 大中型露天矿一般采用连续工作制,采矿年工作日 330 天,剥离年 工作日 340 天,每天工作班数可根据具体情况确定,一般为每天 3 班,每班 8h。 小型露天矿一般采用间断工作制,年工作日 300 天,每天工作班数可根据具体情况确定,每班 8h。 高寒、高温、高海拔地区和有特殊要求的矿山工作制度应按有关规定执行。 一般矿山的工作制度也应同 建设单位(业主)共同商定。 ( 2) 有色金属采矿工作制度。 宜采用连续工作制,年工作天数不应低于 330 天,每天 3 班,每天 8h。 高 山、严寒、高温、多雷电,多雨、多雾地区和扩散严重影响人体健康的粉尘、气体、放射性物质的矿山,工作制度 应按国家有关规定执行。 ( 3) 非金属露天矿工作制度。 露天矿工作制度应根据矿床开采工艺、规模、装备水平及当地的气候条件 等因素研究确定。 一般非金属矿山以采用每周 6 天工作的间断工作制为宜,每天的工作班数可根据具体情况确定,每班 8 h。 4) 地下矿山工作制度。 一般可根据具体条件分别采用年工作天数为 330 天的连续工作制或 306 天的 ( WWW.KY114.CN 间断工作制。 为了保证设备的检修维护,一般特大型和大、中型地下矿宜采用每周 6 天、每天 3 班、每班 8 h 的间断工 作制,年工作天数一般为 306 天;一些中小型地下矿也可采用每天 2 班,每班 8 h 的间断工作制。 对于采选联 合的地下矿,为配合选矿连续生产,也可采用年工作日数为 330 天的连续工作制。 当矿尘中有毒或有毒矿物含量较高、矿石中含有放射性物质、采场有大量滴水的矿山,工作面的工人可 考虑适当减少每班的工作小时数。 对于水文地质条件复杂、地下涌水量大、矿山压力大和具有内因火灾的地下矿,为提高采矿强度,也可考 虑采用连续工作制。 ( 5) 矿山职工工作时间。 矿山职工工作时间的计算: 年工作日:365 - 104(休息日) - 11(法定节假日) = 250 天。 季工作日:62郾 5 天/ 季。 月工作日:20郾 83 天/ 月。 工作小时数的计算:以月、季、年的工作日乘以每日 8 h。 1 郾 3摇 有关矿产资源开发的法律法规 1郾 3郾 1摇 矿产资源法 多年来,我国矿产资源管理逐步得到加强,并走上法制化、规范化、科学化轨道。 为适应经济体制改革的 要求,国家对矿产资源管理体制进行了改革,转变并加强政府职能,实行政企分开。 996 年 1 月,成立了全国矿产资源委员会,以加强国家对矿产资源的统一管理,维护矿产资源的国家所 1 摇16 1摇 绪摇 摇 论 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 有权益。 1 998 年 3 月 10 日,九届人大一次会议表决通过关于国务院机构改革方案的决定。 根据这个决定,由地 质矿产部、国家土地管理局、国家海洋局和国家测绘局共同组建了国土资源部,将原国家计委和煤炭、冶金等 有关工业部门的矿产资源管理职能转移到国土资源部,实现了全国矿产资源的统一管理。 国土资源部的主要职能是:土地资源、矿产资源、海洋资源等自然资源的规划、管理、保护与合理利 用。 在国务院机构改革方案中,国务院机构被分为四类:宏观调控部门,专业经济管理部门,教育科技文 化、社会保障和资源管理部门一类中,与教育科技文件、社会保障一起作为国民经济发展的基础保障 部门。 目前已制定多部矿产资源方面的法律法规,形成了由矿产资源法及相关法律法规构成的矿产资源法律 体系。 1 982 年以来,我国立法机关陆续颁布了《矿产资源法》、《土地管理法》、《煤炭法》、《矿山安全法》、《环 境保护法》、《海洋环境保护法》、《海域使用管理法》 等法律,我国政府还发布实施了《矿产资源法实施细 则》、《对外合作开采海洋石油资源条例》、《对外合作开采陆上石油资源条例》、《矿产资源勘查区块登记管 理办法》、《矿产资源开采登记管理办法》、《探矿权采矿权转让管理办法》、《矿产资源补偿费征收管理规 定》、《矿产资源监督管理暂行办法》、《地质资料管理条例》等 20 多项配套法规和规章,各省、自治区、直辖市 也制定了相关的地方性法规。 这些法律法规确定了中国矿产资源管理的基本法律制度,为实行依法行政、依 法管矿、依法办矿提供了法律保障。 1 986 年 3 月 19 日全国人大会议通过了《中华人民共和国矿产资源法》。 1996 年 8 月 29 目第八届全国 人民代表大会常务委员会第二十一次会议通过了《全国人民代表大会常务委员会关于修改掖中华人民共和 国矿产资源法业的决定》,修改后的矿产资源法自 1997 年 1 月 1 日起施行。 新的矿产资源法包括总则、矿产资源勘查的登记和开采的审批、矿产资源的勘查、矿产资源的开采、集体 矿山企业和个体采矿、法律责任以及附则 7 章共 53 条,主要内容如下。 1 郾 3郾 1郾 1摇 总则 WWW.KY114.CN 矿产资源法总则中明确规定:矿产资源属于国家所有,由国务院行使国家对矿产资源的所有权。 地表或 者地下的矿产资源的国家所有权,不因其所依附的土地的所有权或者使用权的不同而改变。 国家保障矿产 资源的合理开发利用,禁止任何组织或者个人用任何手段占有或者破坏矿产资源。 同时规定,勘查、开采矿 产资源,必须依法分别申请,经批准取得探矿权、采矿权,并办理登记。 国家保护探矿权和采矿权不受侵犯, 保障矿区和勘查作业区的生产秩序、工作秩序不受影响和破坏。 从事矿产资源勘查和开采的,必须符合规定 的资质条件。 总则同时规定:国家实行探矿权、采矿权有偿取得的制度;但是,国家对探矿权、采矿权有偿取得的费用, 可以根据不同情况规定予以减缴、免缴。 开采矿产资源,必须按照国家有关规定缴纳资源税和资源补偿费。 同时规定了探矿权、采矿权合法转让的具体条件,即:探矿权人有权在划定的勘查作业区内进行规定的勘查 作业,有权优先取得勘查作业区内矿产资源的采矿权。 探矿权人在完成规定的最低勘查投入后,经依法批 准,可以将探矿权转让他人。 已取得采矿权的矿山企业,因企业合并、分立、与他人合资、合作经营,或者因企 业资产出售以及有其他变更企业资产产权的情形而需要变更采矿权主体的,经依法批准可以将采矿权转让 他人采矿。 1郾 3郾 1郾 2摇 矿产资源勘查的登记和开采的审批 国家对矿产资源勘查实行统一的区块登记制度。 矿产资源勘查登记工作由国务院地质矿产主管部门负 责;特定矿种的矿产资源勘查登记工作可以由国务院授权有关主管部门负责。 国土资源部和省、自治区、直辖市人民政府地质矿产主管部门负责矿产资源储量评审认定管理。 供矿山 建设设计使用的采矿权或取水许可证依据的矿产资源储量;探矿权人或者采矿权人在转让探矿权或者采矿 权时应核实的矿产资源储量;以矿产资源勘查、开发项目分开发行股票及其他方式筹资、融资时依据的矿产 资源储量;停办或关闭矿山时提交的尚未采尽的和注销的矿产资源储量;矿区内的矿产资源储量发生重大 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 1郾 3摇 有关矿产资源开发的法律法规 变化,需要重新评审认定的矿产资源储量;矿产资源储量评审机构和评审专家负责矿产资源储量的评审 工作。 经评审的矿产资源储量须到国土资源部和省、自治区、直辖市人民政府地质矿产主管部门登记备 案和认定。 零星分散矿产资源的储量评审认定办法由省、自治区、直辖市人民政府地质矿产主管部门制定;只能用 作普通建筑材料的砂、石、黏土的矿产资源储量,由市(地)、县(市)负责地质矿产管理工作的部门管理评审 工作并负责认定,具体办法由省、自治区、直辖市人民政府地质矿产主管部门制定。 关闭矿山,必须提出矿山闭坑报告及有关采掘工程、不安全隐患、土地复垦利用、环境保护的资料,并按 照国家规定报请审查批准。 1 郾 3郾 1郾 3摇 矿产资源的勘查 区域地质调查按照国家统一规划进行。 区域地质调查的报告和图件按照国家规定验收,提供有关部门 使用。 矿产资源普查在完成主要矿种普查任务的同时,应当对工作区内包括共生成或者伴生矿产的成矿地质 条件和矿床工业远景做出初步综合评价。 矿床勘探必须对矿区内具有工业价值的共生和伴生矿产进行综合评价,并计算其储量。 未作综合评价 的勘探报告不予批准。 但是,国务院计划部门另有规定的矿床勘探项目除外。 矿产资源勘查的原始地质编录和图件,岩矿芯、测试样品和其他实物标本资料,各种勘查标志,应当按照 有关规定保护和保存。 矿床勘探报告及其他有价值的勘查资料,按照国务院规定实行有偿使用。 1郾 3郾 1郾 4摇 矿产资源的开采 对于矿产资源的开采,矿产资源法规定:开采矿产资源,必须采取合理的开采顺序、开采方法和选矿工 艺。 矿山企业的开采回采率、采矿贫化率和选矿回收率应当达到设计要求。 在开采主要矿产的同时,对具有工业价值的共生和伴生矿产应当统一规划,综合开采,综合利用,防止浪 费;对暂时不能综合开采或者必须同时采出而暂时还不能综合利用的矿产以及含有有用组分的尾矿,应当采 WWW.KY114.CN 取有效的保护措施,防止损失破坏。 开采矿产资源,必须遵守国家劳动安全卫生规定,具备保障安全生产的必要条件。 开采矿产资源,必须遵守有关环境保护的法律规定,防止污染环境。 在建设铁路、工厂、水库、输油管道、输电线路和各种大型建筑物或者建筑群之间,建设单位必须向所在 省、自治区、直辖市地质矿产主管部门了解拟建工程所在地区的矿产资源分布和开采情况。 非经国务院授权 的部门批准,不得压覆重要矿床。 1郾 3郾 1郾 5摇 集体矿山企业和个体采矿 国家对集体矿山企业和个体采矿实行积极扶持、合理规划、正确引导、加强管理的方针,鼓励集体矿山企 业开采国家指定范围内的矿产资源,允许个人采挖零星分散资源和只能用作普通建筑材料的砂、石、黏土以 及为生活自用采挖少量矿产。 同时规定,矿产储量规模适宜由矿山企业开采的矿产资源、国家规定实行保护 性开采的特定矿种和国家规定禁止个人开采的其他矿产资源,个人不得开采。 矿产资源法第 36 条规定,国务院和国务院有关主管部门批准开办的矿山企业矿区范围内已有的集体矿 山企业,应当关闭或者到指定的其他地点开采,由矿山建设单位给予合理的补偿,并妥善安置群众生活;也可 以按照该矿山企业的统筹安排,实行联合经营。 集体矿山企业和个体采矿应提高技术水平,提高矿产资源回收率。 禁止乱挖滥采,破坏矿产资源。 集体 矿山企业必须测绘井上、井下工程对照图。 1 郾 3郾 1郾 6摇 法律责任 对于违反矿产资源法的行为应依法追究其法律责任。 1) 违反矿产资源法规定,未取得采矿许可证擅自采矿的,擅自进入国家规划矿区、对国民经济具有重 要价值的矿区范围采矿的,擅自开采国家规定实行保护性的特定矿种的,责令停止开采、赔偿损失,没收采出 ( 摇18 1摇 绪摇 摇 论 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 的矿产品和违法所得,可以并处罚;拒不停止开采,造成矿产资源破坏的,依照刑法第一百五十六条的规定对 直接责任人员追究刑事责任。 ( 2) 超越批准的矿区范围采矿的,责令退回本矿区范围内开采、赔偿损失,没收越界开采的矿产产品和 违法所得,可以并处罚款;拒不退回本矿区范围内开采,造成矿产资源破坏的,吊销采矿许可证,依照刑法第 一百五十六条的规定对直接责任人员追究刑事责任。 ( 3) 盗窃、抢夺矿山企业和勘查单位的矿产品和其他财物的,破坏采矿、勘查设施的,扰乱矿区和勘查作 业区的生产秩序、工作秩序的,分别依照刑法有关规定追究刑事责任;情节轻微的,依照治安管理处罚条例有 关规定予以处罚。 ( ( 4) 买卖、出租或者以其他形式转让矿产资源的,没收违法所得,处以罚款。 5) 违反本法规定收购和销售国家统一收购的矿产品的,没收矿产品和违法所得,可以并处罚款;情节 严重的,依照刑法第一百一十七条、第一百一十八条的规定,追究刑事责任。 6) 违反本法规定,采取破坏性的开采方法开采矿产资源的,处以罚款,可以吊销采矿许可证;造成矿产 资源严重破坏的,依照刑法第一百五十六条的规定对直接责任人员追究刑事责任。 7) 负责矿产资源勘查、开采监督管理工作的国家工作人员和其他有关国家工作人员徇私舞弊、滥用职 ( ( 权或者玩忽职守,违反本法规定批准勘查、开采矿产资源和颁发勘查许可证、采矿许可证,或者对违法采矿行 为不依法予以制止、处罚,构成犯罪的,依法追究刑事责任;不构成犯罪的,给予行政处分。 违法颁发的勘查 许可证、采矿许可证,上级人民政府地质矿产主管部门有权予以撤销。 ( 8) 以暴力、威胁方法阻碍从事矿产资源勘查、开采监督管理工作的国家工作人员依法执行职务的,依 照刑法第一百五十七条的规定追究刑事责任;拒绝、阻碍从事矿产资源勘查、开采监督管理工作的国家工作 人员依法执行职务未使用暴力、威胁方法的,由公安机关依照治安管理处罚条例的规定处罚。 1郾 3郾 1郾 7摇 附则 本法施行之前,未办理批准手续、未划定矿区范围、未取得采矿许可证开采矿产资源的,应当依照本法有 WWW.KY114.CN 关规定申请补办手续。 外商投资勘查、开采矿产资源,法律、行政法规另有规定的,从其规定。 本法实施细则由国务院制定,已公布。 1郾 3郾 2摇 探矿权的取得及转让 1 郾 3郾 2郾 1摇 探矿权的取得 探矿权是指依法取得勘查许可证规定的范围内,勘查矿产资源的权利。 取得勘查许可证的单位或个人 称为探矿权人。 取得探矿权首先应提出申请,并提交规定的申请材料,经有关部门审查批准后即可取得指定区块的探矿 权。 按照不同情况,探矿权申请人应提交下面材料。 A摇 探矿权新立申请需要提交的材料 ( 1) 《探矿权申请登记书》(原件,一式 3 份,每跨一个省级行政区增加一式 3 份);(2) 申请的区块范围 图(原件,一式 1 份,每跨一个省级行政区增加一式 1 份);(3) 探矿权申请人《法人营业执照》,或涉外项目 探矿权申请人的《非法人营业执照》,公民申请为身份证,在有效期内(复印件,1 份下同);(4) 勘查单位《地 质勘查单位资格证》,在有效期内并已经年检;(5) 勘查计划、合同;(6) 资金证明文件;(7) 勘查工作实施方 案及附件;(8) 交通位置图;(9) 涉外项目还应提交探矿权申请人的《企业批准证书》;(10) 合作勘查项目 申请还应提交合作合同。 B摇 探矿权变更申请需要提交的材料 ( 1) 《探矿权变更、延续、保留申请登记书》(原件,一式 3 份,每跨一个省级行政区增加一式 3 份);(2) 申 请的区块范围图(原件,一式 1 份,每跨一个省级行政区增加一式 1 份);(3) 勘查许可证;(4) 勘查单位《地 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 1郾 3摇 有关矿产资源开发的法律法规 质勘查单位资格证》,在有效期内并已经年检。 按变更类型不同,还应提交如下文件: 扩大或缩小勘查范围的,应提交勘查工作实施方案及附件(1 份);变更勘查主要矿种的,应提交勘查年 度报告或勘查工作阶段性报告;探矿权人改变名称(包括法人代表易人)或改变地址的,应提交:探矿权申请 人营业执照和变更前原探矿权人营业执照;转让探矿权的,应提交:转让审批机关出具的探矿权转让批准书、 探矿权申请人营业执照、勘查计划、合同、资金证明文件以及勘查工作实施方案及附件。 C摇 探矿权延续申请需要提交的材料 ( 1) 《探矿权变更、延续、保留申请登记书》(原件,一式 3 份,每跨一个省级行政区增加一式 3 份);(2) 申 请的区块范围图(原件,一式 1 份,每跨一个省级行政区增加一式 1 份);(3) 勘查许可证;(4) 勘查单位《地 质勘查单位资格证》,在有效期内并已经年检;(5) 勘查工作年度报告;(6) 勘查项目资金投入情况的会计报 表;(7) 资金证明文件(原件或复印件,1 份)。 D摇 探矿权保留申请需要提交的材料 ( 1) 《探矿权变更、延续、保留申请登记书》(原件,一式 3 份,每跨一个省级行政区增加一式 3 份);(2) 申 请的区块范围图(原件,一式 1 份,每跨一个省级行政区增加一式 1 份);(3) 勘查许可证(原件)。 首次申请保留的,还应提交:勘查项目完成报告或勘查项目终止报告以及勘查项目资金投入情况的会计 报表。 E摇 探矿权注销申请 ( 1) 《探矿权注销申请书》(原件,1 份);(2) 勘查项目完成报告或者勘查项目终止报告;(3) 项目成果 资料汇交的证明文件;(4) 资金投入情况报表和有关证明文件;(5) 勘查许可证原件。 郾 3郾 2郾 2摇 探矿权的转让 1 A摇 探矿权转让的条件 为了加强对探矿权、采矿权转让的管理,保护探矿权人、采矿权人的合法权益,促进矿业发展,《探矿权 WWW.KY114.CN 采矿权转让管理办法》规定: ( ( ( ( ( 1) 自颁发勘查许可证之日至满 2 年,或者在勘查作业区内发现可供进一步勘查或者开采的矿产资源; 2) 完成规定的最低勘查投入; 3) 探矿权属无争议; 4) 按照国家有关规定已经缴纳探矿权使用费、探矿权价款; 5) 国务院地质矿产主管部门规定的其他条件。 探矿权转让的受让人,应当符合《矿产资源勘查区块登记管理办法》或者《矿产资源开采登记管理办法》 规定的有关探矿权申请人的条件。 B摇 探矿权转让需提交的资料 《 资料: ( 探矿权采矿权转让管理办法》 规定探矿权人在申请转让探矿权时,应当向审批管理机关提交下列 1) 转让申请书;(2) 转让人与受让人签订的转让合同;(3) 受让人资质条件的证明文件;(4) 转让 人具备转让探矿权条件的证明;(5) 矿产资源勘查情况的报告;(6) 审批管理机关要求提交的其他有关 资料。 探矿权出让(新立与变更)审批程序如图 1-1 所示。 1郾 3郾 2郾 3摇 探矿权申请书的种类及内容 探矿申请书包括以下 8 种: 地质调查申请登记书;探矿权申请登记书;探矿权、采矿权使用费减免申请书;矿产资源勘查登记项目开 工报告;探矿权转让申请书;探矿权注销申请书;矿产资源勘查年度报告;探矿权变更、延续、保留申请登 记书。 摇20 1摇 绪摇 摇 论 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 WWW.KY114.CN 图 1-1摇 探矿权出让(新立与变更)审批流程图 以上每种申请书的格式及内容都不相同,如果需要可从相关网站下载。 1 郾 3郾 2郾 4摇 探矿权人的权利和义务 中华人民共和国矿产资源法实施细则》对探矿权人的权利和义务做出如下规定。 A摇 探矿权人享有下列权利 《 ( ( 1) 按照勘查许可证规定的区域、期限、工作对象进行勘查; 2) 在勘查作业区及相邻区域架设供电、供水、通讯管线,但是不得影响或者损害原有的供电、供水设施 和通讯管线; 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 1郾 3摇 有关矿产资源开发的法律法规 ( ( ( ( ( 3) 在勘查作业区及相邻区域通行; 4) 根据工程需要临时使用土地; 5) 优先取得勘查作业区内部发现矿种的探矿权; 6) 优先取得勘查作业区内矿产资源的采矿权; 7) 自行销售勘查中按照批准的工程设计施工回收的矿产品,但是国务院规定由指定单位统一收购的 矿产品除外。 探矿权人行使以上所列权利时,有关法律、法规规定应当经过批准或者履行其他手续的,应当遵守有关 法律、法规的规定。 B摇 探矿权人应当履行下列义务 ( ( ( ( ( ( ( ( 1) 在规定的期限内开始施工,并在勘查许可证规定的期限内完成勘查工作; 2) 向勘查登记管理机关报告开工等情况; 3) 按照探矿工程设计施工,不得擅自进行采矿活动; 4) 在查明主要矿种的同时,对共生、伴生矿产资源进行综合勘查、综合评价; 5) 编写矿产资源勘查报告,提交有关部门审批; 6) 按照国务院有关规定汇交矿产资源勘查成果档案资料; 7) 遵守有关法律、法规关于劳动安全、土地复垦和环境保护的规定; 8) 勘查作业完毕,及时封、填探矿作业遗留的井、硐或者采取其他措施,消除安全隐患。 探矿权人可以对符合国家边探边采规定要求的复杂类型矿床进行开采;但是,应当向原颁发勘查许可证 的机关、矿产储量审批机构和勘查项目主管部门提交论证材料,经审核同意后,按照国务院关于采矿登记管 理法规的规定,办理采矿登记。 1 郾 3郾 2郾 5摇 探矿权管理政策重大调整 国土资源部 2009 年 12 月 31 日发布了《关于进一步规范探矿权管理有关问题的通知》。 在探矿权准入、 探矿权转让变更、探矿权新立延续审批管理 方面作出了一系列新规定。 主要内容如下: 1) 规范矿产资源勘查准入。 《通知》首次在全国矿业权管理政策中对探矿权申请人的资金能力、主体 WWW.KY114.CN 等 ( 资格、勘查实施方案管理作出明确的规定:其一,探矿权申请人的资金能力必须与申请的勘查矿种、勘查面积 和勘查工作阶段相适应,以提供的银行资金证明或石油企业的年度项目计划为依据,不得低于申请项目勘查 实施方案安排的第一勘查年度资金投入额,同时不得低于申请项目勘查实施方案安排的总资金的 1 / 3。 其 二,探矿权申请人应是企业法人或事业单位法人。 探矿权人和勘查单位均不得对勘查项目转包。 其三,省级 以上登记管理机关应组织专家对探矿权申请人提交的勘查实施方案进行审查。 登记管理机关可依法以行政 合同方式与探矿权人就勘查工作法规规定及相关事宜作出约定,明确双方的责任、权利与义务,对勘查实施 方案的实施实行合同管理。 ( 2) 加强探矿权转让变更审批管理。 《通知》在《矿产资源法》的基础上第一次细化明确了探矿权转让 的条件,对探矿权变更的各类行为予以规范。 通知》明确,以申请在先、招标、拍卖、挂牌方式取得的探矿权,探矿权人申请探矿权转让的,应持有探 《 矿权满 2 年,或持有探矿权满 1 年且提交经评审备案的普查以上工作程度的地质报告,或经原登记管理机关 组织审查并证实在勘查作业区内新发现可供进一步勘查或开采的矿产资源;以协议方式取得的探矿权,5 年 内不得转让。 《 通知》对探矿权的各类变更行为作出规定:其一,探矿权人申请扩大勘查范围,比照新立探矿权程序进 行审查。 以招标、拍卖、挂牌和协议出让方式取得低风险类矿产勘查的探矿权人,不得申请扩大勘查范围。 其二,探矿权人申请变更勘查矿种,应提交勘查过程中新发现矿种的地质勘查报告。 由低风险类矿种变更为 高风险类矿种的,或在低风险类矿种之间变更的,可以依法申请办理变更登记手续。 由高风险类矿种变更为 低风险类矿种的,原则上不允许变更。 铀矿探矿权人原则上不得申请变更勘查矿种。 其三,探矿权人变更勘 查单位,应提交探矿权人与勘查单位签订的勘查合同,勘查单位必须符合规定的资质条件。 其四,探矿权人 摇22 1摇 绪摇 摇 论 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 申请探矿权分立,勘查项目应达到普查以上工作程度,分立方案须提交由省级以上登记管理机关组织的专家 论证,审查及论证通过的,经登记管理机关同意后准予变更登记。 ( 3) 完善探矿权新立、延续(保留)审批管理。 对申请在先方式取得探矿权实行信息公开制度,探矿权 申请人依法按申请在先方式申请探矿权的,登记管理机关应在受理申请时立即将其申请的区块范围、勘查矿 种等信息上网登记,依法保护申请人的“在先权冶。 《通知》还对新立延续探矿权的时间、如何延续、新立探矿 权最小区块面积、地质调查项目备案制度等作出明确规定。 ( 4) 强化探矿权监督管理。 《关于进一步规范探矿权管理有关问题的通知》的出台,对进一步规范探矿 权管理,加快矿产资源勘查进程、推进矿业权市场建设具有十分重要的意义。 1郾 3郾 3摇 采矿权的取得及转让 1郾 3郾 3郾 1摇 采矿权的取得 采矿权是指在依法取得的采矿许可证规定的范围内,开采矿产资源和取得所开采的矿产品的权利。 取 得采矿许可证的单位或者个人称为采矿权人。 根据我国有关法律规定,企业必须依法取得采矿许可证,拥有采矿权才能获得开采矿产资源的权利,其 采矿权才能得到法律的保护。 符合规定资质条件的竞得人或申请人,经批准并办理规定手续,领取采矿许可 证,成为采矿权人。 符合条件的采矿权,经批准可以转让。 符合规定资质条件的受让人,经批准并办理规定 手续,领取采矿许可证,成为采矿权人。 A摇 采矿权设立 采用招标方式审批采矿权。 按照国土资源部《探矿权采矿权招标拍卖挂牌管理办法(试行)》的规定,有下列 5 种情形之一的新采矿 权设置,采矿权主管部门应当通过招标拍卖挂牌的方式授予采矿权: 国家出资勘查并已探明可供开采的矿产地;采矿权灭失的矿产地;探矿权灭失的可供开采的矿产地;主 WWW.KY114.CN 管部门规定无须勘查即可直接开采的矿产地;国土资源部、省级主管部门规定的其他情形。 B摇 批准申请方式出让采矿权 根据《探矿权采矿权招标拍卖挂牌管理办法(试行)》的规定,有下列情形之一的,采矿权主管部门不得 以招标拍卖挂牌的方式授予采矿权: 探矿权人依法申请其勘查区块范围内的采矿权;符合矿产资源规划或者矿区总体规划的矿山企业的接 续矿区、已设采矿权的矿区范围上下部需要统一开采的区域;为国家重点基础设施建设项目提供建筑用矿 产;探矿权采矿权权属有争议;法律法规另有规定以及主管部门规定因特殊情形不适于以招标拍卖挂牌方式 授予的。 我国实行采矿权有偿取得制度。 申请国家出资勘查并已探明的矿产地的采矿权时,采矿权申请人需缴 纳经评估确认的国家出资勘查形成的采矿权价款,方可获得采矿权。 C摇 采矿权转让中的受让人获得采矿权 因企业合并、分立,与他人合资、合作经营,或者因企业资产出售以及有其他变更企业资产产权的情形而 需要变更采矿权主体的,经依法批准,采矿权可以转让,受让人办理变更登记手续,领取采矿许可证,成为采 矿权人。 1郾 3郾 3郾 2摇 采矿权的转让 为了加强对探矿权、采矿权转让的管理,保护探矿权人、采矿权人的合法权益,促进矿业发展,《探矿权 采矿权转让管理办法》规定采矿权转让的条件是: 矿山企业投入采矿生产满 1 年;采矿权属无争议; 按照国家有关规定已经缴纳采矿权使用费、采矿权价 款、矿产资源使用费和资源税;国务院地质矿产主管部门规定的其他条件。 国有矿山企业在申请转让采矿权前,应当征得矿山企业主管部门的同意。 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 1郾 3摇 有关矿产资源开发的法律法规 采矿权转让的受让人,应当符合《矿产资源勘查区块登记管理办法》或者《矿产资源开采登记管理办法》 规定的有关采矿权申请人的条件。 《 探矿权采矿权转让管理办法》 规定采矿权人在申请转让采矿权时,应当向审批管理机关提交下列 资料: 转让申请书;转让人与受让人签订的转让合同;受让人资质条件的证明文件;转让人具备转让采矿权条 件的证明;矿产资源开采情况的报告;审批管理机关要求提交的其他有关资料。 国有矿山企业转让采矿权时,还应当提交有关主管部门同意转让采矿权的批准文件。 1郾 3郾 3郾 3摇 采矿权人的权利和义务 采矿权人享有下列权利: 按照采矿许可证规定的开采范围和期限从事开采活动;自行销售矿产品,但是国务院规定由指定的单位 统一收购的矿产品除外;在矿区范围内建设采矿所需的生产和生活设施;根据生产建设的需要依法取得土地 使用权;法律、法规规定的其他权利。 采矿权人行使上述权利时,法律、法规规定应当经过批准或者履行其他手续的,依照有关法律、法规和规 定办理。 采矿权人应当履行下列义务: 在批准的期限内进行矿山建设或者开采;有效保护、合理开采、综合利用矿产资源;依法缴纳资源税和矿 产资源补偿费; 遵守国家有关劳动安全、水土保持、土地复垦和环境保护的法律、法规;接受地质矿产主管部 门和有关主管部门的监督管理,按照规定填报矿产储量表和矿产资源开发利用情况统计报告。 1郾 3郾 3郾 4摇 采矿申请书及采矿登记审批 采矿权申请书包括以下 6 种,即采矿权申请登记书、采矿权变更申请登记书、采矿权延续申请登记书、采 矿权注销申请登记书、采矿权转让申请书和划定矿区范围申请登记书,每种申请书的格式及内容均可从相关 网站下载。 WWW.KY114.CN 我国实行采矿登记审批制度,国土资源部对我国采矿登记审批收费项目及收费金额作出了明确规定。 1 郾 3郾 4摇 开办矿山企业的条件和矿产资源的开发利用及资源税 1 郾 3郾 4郾 1摇 开办矿山企业的条件 A摇 开办国有矿山企业应具备的条件 中华人民共和国矿产资源法实施细则》规定,开办国有矿山企业,除应当具备有关法律、法规规定的条 《 件外,并应当具备下列条件: 有供矿山建设使用的矿产勘查报告;有矿山建设项目的可行性研究报告(含资源利用方案和矿山环境 影响报告);有确定的矿区范围和开采范围;有矿山设计;有相应的生产技术条件。 国务院、国务院有关主管部门和省、自治区、直辖市人民政府,按照国家有关固定资产投资管理的规定, 对申请开办的国有矿山企业审查合格后,方予批准。 B摇 申请开办集体所有制矿山企业或私营矿山企业应具备的条件 申请开办集体所有制矿山企业或者私营矿山企业,除应当具备有关法律、法规规定的条件外,并应当具 备下列条件: 有供矿山建设使用的与开采规模相适应的矿产勘查资料;有经过批准的无争议的开采范围;有与所建矿 山规模相适应的资金、设备和技术人员;有与所建矿山规模相适应的,符合国家产业政策和技术规范的可行 性研究报告、矿山设计或者开采方案;矿长具有矿山生产、安全管理和环境保护的基本知识。 C摇 申请个体采矿应当具备条件 《 中华人民共和国矿产资源法实施细则》规定,申请个体采矿应当具备下列条件: 有经过批准的无争议的开采范围;有与采矿规模相适应的资金、设备和技术人员;有相应的矿产勘查资 摇24 1摇 绪摇 摇 论 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 料和经批准的开采方案;有必要的安全生产条件和环境保护措施。 中华人民共和国矿产资源法》规定,开采矿产资源,应当节约用地。 耕地、草原、林地因采矿受到破坏 《 的,矿山企业应当因地制宜地采取复垦利用、植树种草或者其他利用措施。 开采矿产资源给他人生产、生活 造成损失的,应当负责赔偿,并采取必要的补救措施。 D摇 集体所有制矿山企业、私营矿山企业和个体采矿者可以开采的矿产资源 国家依法保护集体所有制矿山企业、私营矿山企业和个体采矿者的合法权益,依法对其进行监督管理。 ( 1) 集体所有制矿山企业可以开采下列矿产资源: 不适于国家建设大、中型矿山的矿采及矿点;经国有矿山企业同意,并经其上级主管部门批准,在其矿区 范围内划出的边缘零星矿产;矿山闭坑后,经原矿山企业主管部门确认可以安全开采并不会引起严重环境后 果的残留矿体;国家规划可以由集体所有制矿山企业开采的其他矿产资源。 集体所有制矿山企业开采上述前两项所列矿产资源时,必须与国有矿山企业签定合理开发利用矿产资 源和矿山安全协议,不得浪费和破坏矿产资源,并不得影响国有矿山企业的生产安全。 ( ( 1 2) 私营矿山企业开采矿产资源的范围参照集体所有制矿山企业的规定执行。 3) 个体采矿者可以采挖下列矿产资源: ) 零星分散的小矿体或者矿点;2) 只能用作普通建筑材料的砂、面、黏土。 1郾 3郾 4郾 2摇 矿产资源的开发利用 根据《中华人民共和国矿产资源法实施细则》,矿产资源的开发利用必须遵守以下规定。 A摇 矿产资源勘查报告的审批 矿产资源勘查报告按照下列规定审批: ( 1) 供矿山建设使用的重要大型矿床勘查报告和供大型水源地建设使用的地下水勘查报告,由国务院 矿产储量审批机构审批; ( 2) 供矿山建设使用的一般大型、中型、小型矿床勘查报告和供中型、小型水源地建设使用的地下水勘 WWW.KY114.CN 查报告,由省、自治区、直辖市矿产储量审批机构审批:矿产储量审批机构和勘查单位的主管部门应当自收到 矿产资源勘查报告之日起 6 个月内作出批复。 B摇 矿产资源勘查的损害赔偿 《 中华人民共和国矿产资源法实施细则》第 21 条规定,探矿权人取得临时使用土地权后,在勘查过程中 给他人造成财产损害的,按照下列规定给以补偿: 1) 对耕地造成损害的,根据受损害的耕地面积前 3 年平均年产量,以补偿时当地市场平均价格计算, 逐年给以补偿,并负责恢复耕地的生产条件,及时归还; ( ( ( 2) 对牧区草场造成损害的,按照前项规定逐年给以补偿,并负责恢复草场植被,及时归还; 3) 对耕地上的农作物、经济作物造成损害的,根据受损害的耕地面积前 3 年平均年产量,以补偿时当 地市场平均价格计算,给以补偿; ( ( 4) 对竹木造成损害的,根据实际损害株数,以补偿时当地市场平均价格逐株计算,给以补偿; 5) 对土地上的附着物造成损害的,根据实际损害的程度,以补偿时当地市场价格,给以适当补偿。 对于矿产资源勘查中的其他问题,实施细则中规定: 探矿权人在没有农作物和其他附着物的荒岭、荒坡、荒地、荒漠、沙滩、河滩、湖滩、海滩上进行勘查的,不 予补偿;但是,勘查作业不得阻碍或者损害航运、灌溉、防洪等活动或者设施,勘查作业结束后应当采取措,防 止水土流失,保护生态环境。 C摇 矿产资源的开采 《 ( 中华人民共和国矿产资源法实施细则》对矿产资源的开采作出以下规定: 1) 全国矿产资源的分配和开发利用,应当兼顾当前和长远、中央和地方的利益,实行统一规划,有效保 护、合理开采、综合利用。 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 1郾 3摇 有关矿产资源开发的法律法规 ( 和社会发展中、长期规划,组织国务院有关主管部门和省、自治区、直辖市人民政府编制,报国务院批准后 施行。 ( 3) 矿产资源开发规划是对矿区的开发建设布局进行统筹安排的规划。 矿产资源开发规划分为行业开 发规划和地区开发规划。 矿产资源行业开发规划由国务院有关主管部门根据全国矿产资源规划中分配给本部门的矿产资源编制 实施。 矿产资源地区开发规划由省、自治区、直辖市人民政府根据全国矿产资源规划中分配给本省、自治 区、直辖市的矿产资源编制实施;并作出统筹安排,合理划定省、市、县级人民政府审批、开发矿产资源的 范围。 ( 4) 设立、变更或者撤销国家规划矿区、对国民经济具有重要价值的矿区,由国务院有关主管部门提出, 并附具矿产资源详查报告及论证材料,经国务院计划行政主管部门和地质矿产主管部门审定,并联合书面通 知有关县级人民政府。 县级人民政府应当自收到通知之日起一个月内予以公告,并报国务院计划行政主管 部门、地质矿产主管部门备案。 ( 5) 确定或者撤销国家规定实行保护性开采的特定矿种,由国务院有关主管部门提出,并附具论证材 料,经国务院计划行政主管部门和地质矿产主管部门审核同意后,报国务院批准。 6) 单位或者个人开采矿产资源前,应当委托持有相应矿山设计证书的单位进行可行性研究和设计。 ( 开采零星分散矿产资源和用作建筑材料的砂、石、黏土的,可以不进行可行性研究和设计,但是应当有开采方 案和环境保护措施。 矿山设计必须依据设计任务书,采用合理的开采顺序、开采方法和选矿工艺。 矿山设计必须按照国家有关规定审批;未经批准,不得施工。 D摇 停办或关闭矿山 采矿权人在采矿许可证有效期满或者在有效期内,停办矿山而矿产资源尚未采完的,必须采取措施将资 WWW.KY114.CN 源保持在能够继续开采的状态,并事先完成下列工作: ( ( ( 1) 编制矿山开采现状报告及实测图件; 2) 按照有关规定报销所消耗的储量; 3) 按照原设计实际完成相应的有关劳动安全、水土保持、土地复垦和环境保护工作,或者缴清土地复 垦和环境保护的有关费用。 采矿权人停办矿山的申请,须经原批准开办矿山的主管部门批准、原颁发采矿许可证的机关验收合格 后,方可办理有关证、照注销手续。 矿山企业关闭矿山,应当按照下列程序办理审批手续: ( ( 1) 开采活动结束的前一年,向原批准开办矿山的主管部门提出关闭矿山申请,并提交闭坑地质报告; 2) 闭坑地质报告经原批准开办矿山的主管部门审核同意后,报地质矿产主管部门会同矿产储量审批 机构批准; ( 3) 闭坑地质报告批准后,采矿权人应当编写关闭矿山报告,报请原批准开办矿山的主管部门会同同级 地质矿产主管部门和有关主管部门按照有关行业规定批准。 关闭矿山报告批准后,矿山企业应当完成下列工作: ( 1) 按照国家有关规定将地质、测量、采矿资料整理归档,并汇交闭坑地质报告、关闭矿山报告及其他有 关资料; ( 2) 按照批准的关闭矿山报告,完成有关劳动安全、水土保持、土地复垦和环境保护工作,或者缴清土地 复垦和环境保护的有关费用。 矿山企业凭关闭矿山报告批准文件和有关部门对完成上述工作提供的证明,报请原颁发采矿许可证的 机关办理采矿许可证注销手续。 摇26 1摇 绪摇 摇 论 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 1郾 3郾 4郾 3摇 资源税 A摇 资源税条例 中华人民共和国资源税暂行条例》规定:在中华人民共和国境内开采本条例规定的矿产品或者生产盐 以下简称开采或者生产应税产品)的单位和个人,为资源税的纳税义务人(以下简称纳税人),应当依照本 条例缴纳资源税。 资源税的税目、税额,依照条例所附的《资源税税目税额幅度表》及财政部的有关规定执行。 税目、税额 幅度的调整,由国务院决定。 资源税税目税额见表 1-18。 《 ( 表 1-18摇 资源税税目税额幅度 序摇 号 税摇 目 税 额 幅 度 备摇 注 1 原油 / (元 / t) 8 ~ 30 2 ~ 15 3 2 3 4 5 6 天然气/ (元/ km ) 煤炭 / (元 / t) 0郾 3 ~ 5 0郾 5 ~ 20 2 ~ 30 3 摇 税额幅度经常会调整,地区间 也会有 差 别, 引 用 时 应 查 阅 新 标准 其他非金属原矿/ (元/ t 或 km ) 黑色金属矿原矿/ (元/ t) 有色金属矿原矿/ (元/ t) 0郾 4 ~ 30 10 ~ 60 2 ~ 10 固体盐/ (元/ t) 7 盐 液体盐/ (元/ t) 纳税人开采或者生产不同税目应税产品的,应当分别核算不同税目应税产品的课税数量;未分别核算或 者不能准确提供不同税目应税产品的课税数量的,从高适用税额。 资源税的应纳税额,按照应税产品的课税数量和规定的单位税额计算。 应纳税额计算公式: 应纳税额 = 课税数量 伊 单位税额 WWW.KY114.CN 资源税的课税数量:纳税人开采或者生产应税产品销售的,以销售数量为课税数量;纳税人开采或者生 产应税产品自用的,以自用数量为课税数量。 有下列情形之一的,减征或者免征资源税: 开采原油过程中用于加热、修井的原油,免税;纳税人开采或者生产应税产品过程中,因意外事故或者自 然灾害等原因遭受重大损失的,由省、自治区、直辖市人民政府酌情决定减税或者免税;国务院规定的其他减 税、免税项目。 《 中华人民共和国资源税暂行条例》规定资源税由税务机关征收。 B摇 资源税的调整 a摇 黑色金属矿原矿 财政部、国税总局财税[2005]168 号文,《关于调整钼矿石等品目资源税政策的通知》中规定,2006 年 1 月 1 日起,调整对冶金矿山铁矿石资源税减征政策,暂按规定税额标准的 60% 征收;将锰矿石资源税适用税 额标准由 2 元/ t 调整到 6 元/ t。 b摇 有色金属原矿 财政部、国税总局财税[2005]168 号文,《关于调整钼矿石等品目资源税政策的通知》中规定,2006 年 1 月 1 日起取消对有色金属矿资源税减征 30% 的优惠政策,恢复按全额征收;调整钼矿石资源税适用税额标 准:一等税额标准为 8 元/ t,二等税额标准为 7 元/ t,三等税额标准为 6 元/ t,四等税额标准为 5 元/ t,五等税 额标准为 4 元/ t。 2 007 年 7 月 5 日财政部、国家税务总局《关于调整铅锌矿石等税目资源税适用税额标准的通知》(财税 2007]100 号),对部分有色金属矿石资源税进行了调整。 具体如下: 1) 铅锌矿石单位税额标准:一等矿山调整为每吨 20 元;二等矿山调整为每吨 18 元;三等矿山调整为 [ ( 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 1郾 3摇 有关矿产资源开发的法律法规 每吨 16 元;四等矿山调整为每吨 13 元;五等矿山调整为每吨 10 元。 ( 2) 铜矿石单位税额标准:一等矿山调整为每吨 7 元;二等矿山调整为每吨 6郾 5 元;三等矿山调整为每 吨 6 元;四等矿山调整为每吨 5郾 5 元;五等矿山调整为每吨 5 元。 3) 钨矿石单位税额标准:三等矿山调整为每吨 9 元;四等矿山调整为每吨 8 元;五等矿山调整为每吨 ( 17 元。 1郾 3郾 5摇 矿产资源开发过程安全规定 1郾 3郾 5郾 1摇 矿山建设的安全保障 《 ( ( 中华人民共和国矿山安全法》对矿山建设的安全保障作出以下主要规定: 1) 矿山建设工程的安全设施必须和主体工程同时设计、同时施工、同时投入生产和使用。 2) 矿山建设工程的设计文件必须符合矿山安全规程和行业技术规范,并按照国家规定经管理矿山企 业的主管部门批准;不符合矿山安全规程和行业技术规范的,不得批准。 ( 1 3) 矿山设计下列项目必须符合矿山安全规程和行业技术规范: )矿井的通风系统和供风量、风质、风速;2)露天矿的边坡角和台阶的宽度、高度;3)供电系统;4)提升、 运输系统;5)防水、排水系统和防火、灭火系统;6)防瓦斯系统和防尘系统;7)有关矿山安全的其他项目。 4) 每个矿井必须有两个以上能行人的安全出口,出口之间的直线水平距离必须符合矿山安全规程和 行业技术规范。 ( ( ( 5) 矿山必须有与外界相通的、符合安全要求的运输和通讯设施。 6) 矿山建设工程必须按照管理矿山企业的主管部门批准的设计文件施工。 矿山建设工程安全设施竣工后,由管理矿山企业的主管部门验收。 郾 3郾 5郾 2摇 矿山开采的安全保障 1 《 中华人民共和国矿山安全法》规定,矿山开采必须具备保障安全生产的条件,执行开采不同矿种的矿 WWW.KY114.CN 山安全规程和行业技术规范。 ( ( 1) 矿山设计规定保留的矿柱、岩柱,在规定的期限内,应当予以保护,不得开采或者毁坏。 2) 矿山使用的有特殊安全要求的设备、器材、防护用品和安全检测仪器,必须符合国家安全标准或者 行业安全标准;不符合国家安全标准或者行业安全标准的,不得使用。 ( ( ( 1 3) 矿山企业必须对机电设备及其防护装置、安全检测仪器,定期检查、维修,保证使用安全。 4) 矿山企业必须对作业场所中的有毒有害物质和井下空气含氧量进行检测,保证符合安全要求。 5) 矿山企业必须对下列危害安全的事故隐患采取预防措施: ) 冒顶、片帮、边坡滑落和地表塌陷;2)瓦斯爆炸、煤尘爆炸;3)岩爆(冲击地压)、瓦斯突出、井喷;4)地 面和井下的火灾、水灾;5)爆破器材和爆破作业发生的危害;6)粉尘、有毒有害气体、放射性物质和其他有害 物质引起的危害;7)其他危害。 ( 6) 矿山企业对使用机械、电气设备,排土场、矸石山、尾矿库和矿山闭坑后可能引起的危害,应当采取 预防措施。 1郾 3郾 5郾 3摇 矿山企业的安全管理 《 中华人民共和国矿山安全法》规定,矿山企业必须建立、健全安全生产责任制。 矿长对本企业的安全 生产工作负责。 ( ( 1) 矿长应当定期向职工代表大会或者职工大会报告安全生产工作,发挥职工代表大会的监督作用。 2) 矿山企业职工必须遵守有关矿山安全的法律、法规和企业规章制度,有权对危害安全的行为提出批 评、检举和控告。 ( ( 3) 矿山企业工会依法维护职工生产安全的合法权益,组织职工对矿山安全工作进行监督。 4) 矿山企业违反有关安全的法律、法规,工会有权要求企业行政方面或者有关部门认真处理。 矿山企 摇28 1摇 绪摇 摇 论 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 业召开讨论有关安全生产的会议,应当有工会代表参加,工会有权提出意见和建议。 5) 矿山企业工会发现企业行政方面违章指挥、强令工人冒险作业或者生产过程中发现明显重大事故 ( 隐患和职业危害,有权提出解决的建议;发现危及职工生命安全的情况时,有权向矿山企业行政方面建议组 织职工撤离危险现场,矿山企业行政方面必须及时做出处理决定。 ( ( 6) 矿山企业必须对职工进行安全教育、培训;未经安全教育、培训的,不得上岗作业。 7) 矿长必须经过考核,具备安全专业知识,具有领导安全生产和处理矿山事故的能力;矿山企业安全 工作人员必须具备必要的安全专业知识和矿山安全工作经验。 ( ( 8) 矿山企业必须向职工发放保障安全生产所需的劳动防护用品。 9) 矿山企业不得录用未成年人从事矿山井下劳动。 矿山企业对女职工按照国家规定实行特殊劳动保 护,不得分配女职工从事矿山井下劳动。 ( 10) 矿山企业必须制定矿山事故防范措施,并组织落实。 ( 药物。 ( 11) 矿山企业应当建立由专职或者兼职人员组成的救护和医疗急救组织,配备必要的装备、器材和 12) 矿山企业必须从矿产品销售额中按照国家规定提取安全技术措施专项费用。 安全技术措施专项 费用必须全部用于改善矿山安全生产条件,不得挪作他用。 为认真贯彻落实《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》(国发[2010]23 号)精神,国家安 全生产监督管理总局发布《金属非金属地下矿山安全避险“六大系统冶安装使用和监督检查暂行规定》(安监 总管[2010]168 号文)。 对安全避险六大系统(指监测监控系统、井下人员定位系统、紧急避险系统、压风自 救系统、供水施救系统和通信联络系统),规定了安装标准、使用管理、监督检查具体要求,在矿山设计、施 工、监理、竣工验收和生产中要认真贯彻执行。 1 郾 3郾 5郾 4摇 矿山安全的监督和管理 中华人民共和国矿山安全法》规定,县级以上各级人民政府劳动行政主管部门对矿山安全工作行使下 列监督职责: 《 WWW.KY114.CN ( ( ( ( ( ( ( 《 1) 检查矿山企业和管理企业的主管部门贯彻执行矿山安全法律、法规的情况。 2) 参加矿山建设工程安全设施的设计审查和竣工验收。 3) 检查矿山劳动条件和安全状况。 4) 检查矿山企业职工安全教育、培训工作。 5) 监督矿山企业提取和使用安全技术措施专项费用的情况。 6) 参加并监督矿山事故的调查和处理。 7) 法律、行政法规规定的其他监督职责。 中华人民共和国矿山安全法》规定,县级以上人民政府管理矿山企业的主管部门对矿山安全工作行使 下列管理职责: ( ( ( ( ( ( 1) 检查矿山企业贯彻执行矿山安全法律、法规的情况。 2) 审查批准矿山建设工程安全设施的设计。 3) 负责矿山建设工程安全设施的竣工验收。 4) 组织矿长和矿山企业安全工作人员的培训工作。 5) 调查和处理重大矿山事故。 6) 法律、行政法规规定的其他管理职责。 劳动行政主管部门的矿山安全监督人员有权进入矿山企业,在现场检查安全状况,发现有危及职工安全 的紧急险情时,应当要求矿山企业立即处理。 1郾 3郾 5郾 5摇 矿山事故处理 《 ( 中华人民共和国矿山安全法》对矿山事故处理做出以下规定: 1) 发生矿山事故,矿山企业必须立即组织抢救,防止事故扩大,减少人员伤亡和财产损失,对伤亡事故 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 1郾 3摇 有关矿产资源开发的法律法规 必须立即如实报告劳动行政主管部门和管理矿山企业的主管部门。 ( 2) 发生一般矿山事故,由矿山企业负责调查和处理;发生重大矿山事故,由政府及其有关部门、工会和 矿山企业按照行政法规的规定进行调查和处理。 ( ( 3) 矿山企业对矿山事故中伤亡的职工按照国家规定给予抚恤或者补偿。 4) 矿山事故发生后,应当尽快消除现场危险,查明事故原因,提出防范措施。 现场危险消除后,方可恢 复生产。 《 中华人民共和国矿山安全法》还对违反本法所应承担的法律责任进行了规定。 经国务院批准,我国于 1996 年 10 月 30 日发布施行了《中华人民共和国矿山安全法实施条例》,条例中 对矿山安全法做出许多重要的补充规定,详细内容请参阅《中华人民共和国矿山安全法实施条例》。 1郾 3郾 6摇 矿产资源开发环境保护 1郾 3郾 6郾 1摇 《环境保护法》有关规定 ( 1) 关于环境的定义。 《中华人民共和国环境保护法》所称环境,是指影响人类社会生存和发展的各种 天然的和经过人工改造的自然因素总体,包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生动物、自然古迹、人 文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。 ( 2) 《环境保护法》第六条规定:一切单位和个人都有保护环境的义务,并有权对污染和破坏环境单位 和个人进行检举和控告。 3) 《环境保护法》第十三条规定:建设污染环境项目,必须遵守国家有关建设项目环境保护管理的规 ( 定。 建设项目的环境影响报告书,必须对建设项目产生的污染和对环境的影响做出评价,规定防治措施,经 项目主管部门预审并依照规定的程序报环境保护行政主管部门批准。 ( ( 4) 《环境保护法》第十九条规定:开发利用自然资源,必须采取措施保护生态环境。 5) 《环境保护法》第三十六条规定:建设项目的防止污染设施没有建成或者没有达到国家规定的要 求,投入生产或者使用的,由批准该建设项目的环境影响报告书的环境保护行政主管部门责令停止生产或者 WWW.KY114.CN 6) 《环境保护法》第三十七条规定:未经环境保护行政主管部门同意,擅自拆除或者闲置防治污染的 使用,可以并处罚款。 ( 设施,污染物排放超过规定的排放标准的,由环境保护行政主管部门责令重新安装使用,并处罚款。 ( 7) 《环境保护法》第三十八条规定:对违反本法规定,造成环境污染事故的企业事业单位,由环境保护 行政主管部门或者其他依照法律规定行使环境监督管理权的部门,根据所造成的危害后果处以罚款;情节较 严重的,对有关责任人员由其所在的单位或政府主管机关给予行政处分。 1郾 3郾 6郾 2摇 对矿山环境保护、污染防治、土地复垦的有关规定 ( 1) 继续坚持矿产资源开发利用与生态环境保护并重、预防为主、防治结合的方针。 严格执行矿山环境 影响评价报告书制度、土地复垦制度和排污收费制度;严格执行矿山建设与矿山环境保护设施的设计、施工 与投产使用的“三同时冶制度;积极引导企业在矿产资源勘查、开采过程中实施清洁、安全生产。 ( 2) 限制对生态环境有较大影响的矿产资源开发。 在自然保护区和其他生态脆弱的地区,严格控制矿 产资源勘查开发活动。 禁止在自然保护区、重要风景区和重要地质遗迹保护区内开采矿产资源,严格控制在 生态功能保护区内开采矿产资源。 限制在地质灾害易发区开采矿产资源,禁止在地质灾害危险区开采矿产 资源。 未经批准,不得在铁路、重要公路两侧一定距离以内开采矿产资源。 ( 3) 新建矿产资源开发项目应当论证其对生态环境的影响,采取生态环境保护措施,避免或减少对大 气、水、耕地、草原、森林、海洋等的不利影响和破坏。 矿产资源开发利用方案中应当包括水土保护方案、土地 复垦实施方案、矿山地质灾害防治方案和地质环境影响评估报告,并按照规定报批。 加强对矿山“三废冶治 理的监督管理,严格按国家规定标准控制废气排放,加大对矿山有毒有害废水污染物的监督治理和查处 力度。 ( 4) 加强矿山环境调查、监测和灾害防治。 国家组织开展全国矿山生态环境调查评价。 矿山企业应加 摇30 1摇 绪摇 摇 论 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 强在矿山开发过程中可能诱发灾害的调查、监测及预报预警,及时采取有效防治措施,并向当地政府主管部 门提交监测报告。 建立信息网络,做好防灾减灾预案,最大限度地避免突发性灾害发生。 ( 5) 建立多元化的矿山环境保护投资机制。 建立矿山环境保护和土地复垦履约保证金制度,实行政府 引导、市场运作,确保矿山环境能够得到有效恢复和治理。 对废弃矿山和老矿山,国家将在示范项目的基础 上,加大生态环境恢复治理的力度,并鼓励社会资金投入。 对生产矿山,建立以矿山企业为主的环境治理投 资机制;对新建矿山,由企业负担治理资金。 1郾 3郾 7摇 有关矿产资源开发的法规目录 我国有关矿产资源开发的法规目录见表 1-19。 表 1-19摇 我国有关矿产资源开发的法规目录 序号 法律、法规名称 发布日期 1994郾 7郾 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 中华人民共和国劳动法 中华人民共和国矿产资源监督管理暂行办法 矿产资源勘查、采矿登记收费标准及其使用范围的暂行规定 中华人民共和国水法 1987郾 4郾 29 1987郾 7郾 1 1988郾 1郾 21 全国地质资料汇交管理办法 1988郾 5郾 20 中华人民共和国环境保护法 1989郾 12郾 26 1991郾 2郾 19 地质勘查市场管理暂行办法 中华人民共和国水土保持法 1991郾 6郾 29 中华人民共和国矿山安全法 1992郾 11郾 7 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 取水许可制度实施办法 1993郾 6郾 11 中华人民共和国资源税暂行条例 1993郾 11郾 26 1994郾 3郾 26 WWW.KY114.CN 中华人民共和国矿产资源法实施细则 矿山闭坑地质报告审批办法 中华人民共和国矿产资源法 1995郾 3郾 11 1996郾 8郾 29(修改) 1996郾 8郾 29 中华人民共和国煤炭法 中华人民共和国矿山安全法实施条例 中华人民共和国矿产资源补偿费征收管理规定 中华人民共和国矿产资源勘查区块登记管理办法 中华人民共和国矿产资源开采登记管理办法 中华人民共和国探矿权采矿权转让管理办法 中华人民共和国消防法 1996郾 10郾 30 1997郾 7郾 3(修改) 1998郾 2郾 12 1998郾 2郾 12 1998郾 2郾 12 1998郾 4郾 29 中华人民共和国森林法 1998郾 4郾 29(修改) 1999郾 6郾 7 中华人民共和国探矿权采矿权使用费和价款管理办法 矿产资源储量评审认定办法 1999郾 7郾 15 矿产资源规划管理暂行办法 1999郾 10郾 12 1999郾 12郾 25 2000郾 4郾 29 中华人民共和国海洋环境保护法 中华人民共和国大气污染防治法 公益性地质资料提供利用暂行办法 探矿权采矿权评估资格管理暂行办法 中华人民共和国防沙治沙法 2000郾 6郾 13 2000郾 10郾 31(修改) 2001郾 8郾 31 中华人民共和国对外合作开采海洋石油资源条例 2001郾 9郾 23(修改) 第二章部分内容预览 WWW.KY114.CN 2 摇 矿山地质及水文地质 2 郾 1摇 矿山地质概述 矿山地质,一般是指矿床经过勘探之后,在矿山基建和矿山生产过程中,在已建或拟建矿山范围内,为保 证矿山基建与生产工作的顺利进行,而对矿床所进行的一系列地质工作的总称。 即从矿山建设到矿山投产 并进入正常生产的整个过程中,为进一步了解与掌握矿床地质条件,更深入、细致地了解矿体的特点、分布、 变化规律以及矿石的质量和储量、预测可能发生的地质变化、地质灾害预报及预防等问题展开的地质工作。 矿山地质按其工作性质和任务的不同,可分为基建地质、生产地质、闭坑地质和矿区深部、边部(有时还 包括矿区外围)隐伏矿体的勘查等四个组成部分。 可见,矿山地质既是矿产勘查在生产条件下的继续与深 化,又是矿山生产的重要组成部分,它贯穿于矿产资源开发的始终,是矿床开采中的基础工作之一,对矿山生 产的安全、合理、有序进行和持续发展具有重要意义。 矿山地质工作的主要任务是:为矿山设计、建矿、采掘进度计划编制、工程施工等提供可靠的地质资料; 参与生产技术的管理工作,如储量计算、矿石质量、矿石损失贫化等管理工作;开展专门性地质调查等。 2郾 1郾 1摇 矿山开发程序及矿山地质工作的作用 一个矿山的开发,一般分为四个阶段,即设计前期阶段、设计阶段、建设阶段及生产阶段。 一般后两个阶 段中的地质工作属矿山地质工作。 WWW.KY114.CN 郾 1郾 1郾 1摇 矿山设计前期阶段 2 本阶段主要进行普查找矿和矿床地质勘探工作。 这些工作一般由专业地质队伍进行,不属于矿山地质 工作范畴,但生产矿区周围的找矿勘探工作,有时也由矿山地质部门承担。 2郾 1郾 1郾 2摇 矿山设计阶段 本阶段的主要工作为: ( ( 1) 在可行性研究报告和设计任务书批准并取得采矿许可证后,编制初步设计; 2) 根据初步设计和技术设计编制施工图。 以上工作中的地质工作主要是配合采矿、矿石加工和技术经济专业,核查矿床勘探资料;根据地质勘探 资料和设计工作要求,编制设计地段的地质图件,并计算储量等。 这些地质工作一般由矿山设计部门中的地质科室进行,但是如果矿山扩建设计由矿山自己承担,这些地 质工作也由矿山地质部门进行。 2 郾 1郾 1郾 3摇 矿山建设阶段 本阶段的主要工作为:根据施工图进行施工准备和组织施工;订购并安装设备;进行试生产、验收和交付 生产。 本阶段的地质工作主要是配合施工的进行,开展各项工程中的地质工作。 对于地质条件复杂的矿山,要 组织基建勘探,提高设计开采区段的勘探程度和储量级别,为保证基建质量和顺利投产奠定地质基础。 此 外,本阶段还要进行许多为矿山投产的地质准备工作,如制定有关投产后地质工作的规章制度等。 本阶段及以后的地质工作均属矿山地质范畴。 2郾 1郾 1郾 4摇 矿山生产阶段 当矿山投入生产后,要开展更大量的矿山地质工作。 一方面要为生产提供更准确、更可靠的地质资料, 摇44 2摇 矿山地质及水文地质 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 包括矿石储量及规模、产状、内部结构、矿体赋存因素等资料;另一方面要保证和监督矿产资源充分合理地开 发利用。 2郾 1郾 2摇 矿山地质工作的原则 2郾 1郾 2郾 1摇 继承与发展相结合的原则 矿山地质工作是地质勘探工作的继续和深化,具有继承和发展两重性,因此在工作中应注意分析、研究 和充分利用已有的工作成果。 为了便于继承利用已有地质资料,应尽可能地在原有勘探工程布置系统及勘 探网度的基础上,布置和加密生产勘探工程,提高对矿体和地质构造的控制程度和研究程度,提高储量级别 和深化对矿床成因、成矿规律等方面的认识。 2郾 1郾 2郾 2摇 地质与生产密切结合的原则 矿山地质工作所依据的基础是原始地质勘探工作的成果,它较之地质勘探更直接用于生产,并受生产结 果的检验,因此,必须注意与生产密切结合,特别应注意时空与内容要求上的结合。 在时间上,矿山地质工作 必须适当超前生产,及时为生产提供地质资料和相应的高级储量;在空间上必须与生产工程的进度密切结 合,及时按工序要求进行相应的地质工作和为生产准备矿量提供相应级别的储量及地质资料;在资料内容方 面,必须紧密结合生产,以满足生产需要为主要目的。 2郾 1郾 2郾 3摇 技术与管理相结合的原则 矿山地质工作同时具有技术服务和技术管理的职能。 其工作内容除了大量技术工作之外,还要参与生 产管理,这是矿山地质工作有别于其他地质工作的特点。 矿山地质工作部门,一方面,利用其全部工作成果 为生产服务;另一方面,又利用所掌握的技术手段和对矿床地质条件的全面认识参与生产管理,根据生产管 理的需要又反过来进一步补充和改进技术工作的内容和方法。 2郾 1郾 2郾 4摇 统一性与灵活性相结合的原则 同一矿区的矿山地质工作,一般应坚持严格的统一性,如图纸规格、比例尺、图例、岩矿石的命名、生产勘 探的布置原则及网度等应有统一的要求。 而在局部地区,由于地质情况的差异,又应有一定的灵活性,例如, WWW.KY114.CN 郾 1郾 2郾 5摇 技术与经济相结合的原则 地质条件复杂的矿床,局部地段往往有较大变化,则应因地制宜地采用不同的工程布置、网度、工程手段及工 作方法。 亦即矿山地质工作既要有全局的统一性,又要注意局部的灵活性。 2 地质技术与经济分析相结合是矿山地质工作较之其他地质工作更为突出的一个重要方面。 矿山企业的 经济属性决定了直接为矿山实物生产服务的矿山地质工作必须立足于矿山现有的资源和生产技术条件,既 保证矿山生产的经济性,又尽可能充分合理地利用已查明的矿产资源。 例如,矿山技术指标的优化、合理生 产勘探网度,探采结合、取样方法及规格的确定、矿石伴生有益组分的合理回收利用等,均属地质技术经济范 畴的研究工作,相关的研究结果表明,此类工作可以显著地提高矿山企业的经济效益和资源回收效益。 2郾 1郾 2郾 6摇 实践与认识密切结合的原则 实践与认识密切结合是地质工作各阶段均必须遵循的原则,但在矿山地质工作阶段有着更深刻的意义。 矿山地质工作既立足于地质勘探的成果,又是在其“认识冶的指导下进行的,从这个意义上讲,后者是前者的 实践(认识到实践)。 矿山地质工作的成果(认识) 又是其前一阶段(地质勘探) 的深化和提高(实践到认 识),而矿山地质工作本身所经历的基建勘探、生产勘探和生产中的开拓、采准、回采的多次生产地质工作又 是实践认识、再实践再认识的多次循环,其成果(认识) 一次比一次更深刻。 与此同时,全部地质工作成果 ( 认识)又受采矿实践的检验,直到开采结束,提出闭坑(矿)地质总结报告。 因此,整个过程是矿山地质由实 践到认识、再实践再认识的飞跃过程,它具有双重意义。 一是对丰富、完善和提高地质认识的理论意义,二是 直接服务和指导生产的实用意义。 2郾 1郾 3摇 矿山地质工作的主要内容 根据其工作性质的不同,矿山地质工作的主要内容可以分为以下几个方面。 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 2郾 1摇 矿山地质概述 郾 1郾 3郾 1摇 经常性生产地质工作 2 经常性生产地质工作是指在矿山的开采过程中,为了保证矿山建设、生产的正常进行,每个矿山都应进 行的地质工作。 它主要包括: ( ( ( ( ( 1) 生产勘探工作; 2) 探采工程中及时进行的地质调查、取样及原始地质编录工作; 3) 综合地质编录工作; 4) 资源储量计算及管理工作; 5) 矿石质量均衡及损失贫化管理与监督工作。 2郾 1郾 3郾 2摇 专门性地质工作 专门性地质工作是指矿山开采过程中,为了解决某些与地质因素有关的特殊问题或关键问题,由矿山地 质部门专门进行或配合其他部门进行的地质调查及研究工作。 这种工作不是每个矿山都必须进行的,仅在 必要时才专门进行。 包括: ( ( ( 1) 为评价露天或地下矿山开采过程中岩体的稳定性所进行的工程地质调查研究工作; 2) 为解决矿坑防排水所进行的水文地质调查研究工作; 3) 为改变或改进矿石加工工艺或开展矿山资源的综合利用而进行的工艺矿物学、矿产经济学等方面 的调查和评价工作; 4) 为保护矿山生产和生活环境而进行的爆破地质、环境地质、灾害地质调查研究工作。 郾 1郾 3郾 3摇 地质技术管理及监督工作 ( 2 地质技术管理及监督工作主要包括: ( ( ( ( ( ( 1) 矿产资源储量管理; 2) 矿石质量管理及质量均衡; 3) 开采过程中矿石损失和贫化的管理和监督; WWW.KY114.CN 4) 生产准备矿量(三级或二级矿量)的管理和监督; 5) 参与开采设计、采掘(剥)计划的编审工作和采掘(剥)工程施工及日常生产的管理、监督; 6) 闭坑及采掘单元的停采、报废的管理和监督等。 2郾 1郾 3郾 4摇 综合地质研究工作 综合地质研究工作,诸如矿体形态的综合研究、矿床物质成分的综合研究、矿床地质构造的综合研究、成 矿规律的综合研究等。 这些研究成果不仅可用于指导盲矿体的寻找、错失矿体的追索、生产勘探工程的合理 布置以及采、选生产活动,而且对于地质学的发展,特别是矿床成因理论的发展有重要意义。 2郾 1郾 3郾 5摇 矿区深部及外围找矿勘探及综合利用工作 由于生产矿山在基建前进行的地质勘探工作的探矿工程有限,对矿床构造和成矿规律等的认识还不够 深入,不可能找到和探明矿区深部及外围的所有隐伏或错失矿体。 此外,受地质勘探阶段理论、技术及认识 水平所限,存在于矿区范围之内且在当时被认为无用的矿物原料,在当前的加工和利用技术水平下很有可能 变为非常有用的矿产资源。 为此,在矿山开发过程中,在矿床地质综合研究的基础上,进一步地采用各种探 矿工程和技术手段,开展矿山深部及外围的找矿勘探,加强矿产资源的综合利用研究工作,是挖掘矿床资源 潜力,延长矿山寿命的重要途径。 2郾 1郾 3郾 6摇 矿产经济分析研究工作 矿山经济分析研究工作主要指与矿山地质工作有关的技术经济参数的优化与经济分析研究工作。 例如 矿床工业品位指标、出矿截止品位、矿石入选品位以及矿量管理、生产勘探工作的各项技术经济参数的优化 与经济分析研究工作。 此类工作对提高矿山企业的决策水平、保障矿山企业经济效益和资源合理利用具有 十分重大的意义。 摇46 2摇 矿山地质及水文地质 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 2 郾 2摇 矿床地质 矿床是地壳内部或表面由地质(成矿)作用形成的、其所含有用矿物的质和量达到工业要求、在一定的 技术经济条件下能被开采利用的地质体,矿床由矿体和围岩两部分组成。 2郾 2郾 1摇 成矿作用和矿床的成因分类 所谓成矿作用,是指导致地壳和上地幔中一种或多种有用组分(元素或化合物)被分离出来集中形成矿 床的地质作用。 地壳中各种有用成分在这种作用之下局部富集的过程是极为复杂的,从成矿作用及成矿物 质的来源考虑,成矿作用可概括地归纳为三大类:内生成矿作用、外生成矿作用及变质成矿作用。 2郾 2郾 1郾 1摇 内生成矿作用 由地球内部各种能量导致矿床形成的所有地质作用称为内生成矿作用。 根据其所处物理化学条件及地 质作用的不同,可分为侵入岩浆、伟晶岩、气化 - 热液和火山等四种成矿作用类型,并分别形成相应的内生矿 床。 除与火山活动有关的成矿作用外,其他内生成矿作用都发生于地壳内部不同深度,是在较高温度和压力 条件下进行的。 2郾 2郾 1郾 2摇 外生成矿作用 外生成矿作用是指在外动力地质作用下,在地壳表面常温常压下所进行的各种成矿作用。 其成矿物质 主要来源于出露或接近地表的岩石、矿床、火山喷出物以及生物有机体等。 外生成矿作用,就是这些物质在 风化、剥蚀、搬运以及沉积等作用过程中,成矿物质富集成为矿床的作用。 按其形成时作用的不同,进一步分 为风化成矿作用和沉积成矿作用。 2郾 2郾 1郾 3摇 变质成矿作用 地壳中原先形成的岩石或矿床,如果所处的地质环境发生变化,尤其是在区域变质作用和岩浆侵入引起 的接触变质作用下,由于温度和压力的增高,会使原岩或原矿床的矿物成分、化学成分、结构构造等发生不同 WWW.KY114.CN 程度的变化,或重新组合富集成为新的矿床,这种作用即是变质成矿作用。 变质矿床虽然也是内动力地质作 用下的产物,但成矿作用的方式以及矿床的次生性质,显然和内生矿床有所不同,所以划归另一类型矿床。 变质成矿作用和变质作用一样,可进一步划分为接触变质、区域变质、混合岩化等三种成矿作用类型,并各形 成相应的变质矿床。 2郾 2郾 1郾 4摇 矿床成因分类 基于以上成矿作用类型的不同,相应的可以将矿床也分为三大类,见表 2-1。 表 2-1摇 矿床成因分类 内 生 矿 床 早期岩浆矿床 外 生 矿 床 残积、坡积矿床 变 质 矿 床 受变质矿床 变成矿床 岩浆矿床 晚期岩浆矿床 熔离矿床 风化矿床 残余矿床 淋积矿床 接触变质矿床 伟晶岩矿床 气液矿床 机械沉积矿床 真溶液沉积矿床 胶体化学沉积矿床 受变质矿床 变成矿床 矽卡岩矿床 热液矿床 区域变质矿床 沉积矿床 火山岩浆矿床 生物 - 生物化学 沉积矿床 火山成因矿床 火山 - 次火山气液矿床 火山 - 沉积矿床 摇 摇 注:该表未包括“层控矿床冶和“可燃有机矿床冶。 表 2-1 所述三大类成矿作用和矿床并不是截然分开的,有很多矿床并非单一成矿作用的产物,且近年 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 2郾 2摇 矿 床 地 质 来“多源成矿论冶已为大量事实所证实。 2郾 2郾 2摇 矿床地质 - 工业类型 从矿床工业开发利用角度出发对矿床所划分的类型称矿床工业类型,每一矿种的矿床都可划分为若干 个工业类型。 由于矿床工业上开发利用条件与其成矿地质条件及矿床成因是有密切联系的,所以在分类中 往往要综合考虑矿床的赋存条件、成因、开采技术条件以及矿石的加工工艺等特征。 以下对各类矿产按类型 对其矿床地质特征进行简要介绍。 2郾 2郾 3摇 黑色金属矿床 2郾 2郾 3郾 1摇 铁矿床 我国铁矿资源丰富,成矿类型、成矿地质条件复杂多样,各个地质时期的各种岩系均有铁矿产出。 我国 铁矿资源的突出特点是蕴藏量大,分布广泛,储量比较集中;贫矿多,富矿少;共生、伴生组分多。 我国的铁矿按地质 - 工业类型划分,有沉积变质型、沉积变质碳酸盐型、接触交代型、岩浆钒钛磁铁矿 型、海相火山岩型、陆相火山岩型、沉积型等 7 种主要类型。 其中以分布于东北、华北地区的沉积变质型磁铁 矿最为重要,该类型铁矿含铁量虽低(35% 左右),但储量大,约占全国总储量的一半,且可选性能良好,经选 矿后可以获得含铁 65% 以上的精矿。 从成矿时代来看,自元古宙至新生代均有铁矿形成,但以元古宙最为 重要。 各类铁矿的矿床地质特征见表 2-2。 表 2-2摇 我国铁矿床地质 - 工业类型及其特征 矿床类型 地质特点 矿体形态及产状 矿石类型 主要矿石矿物 矿石质量特点 矿床规模 相对重要性 矿床实例 摇 主要产于太古界中 到深变质火山沉积岩 摇 储 量 占 世 界 摇 成 分 简 单, 含 摇 层 状、 似 层 摇 磁 铁 矿、 赤 铁矿的 60% ,我 Fe20% ~ 40%, 少 14.CN 摇 特 大 国铁矿的 53% 。 数 有 含 Fe45% ~ 65%的富矿。 有害 摇 英 岩, 赤 铁石英岩 磁铁 石 摇 辽 宁弓 长 岭, 河 北迁安 沉积 系中,为含铁 W 石英岩, W 状或 透 镜 W 状, .K铁矿 Y 、 假 象 1 赤 变质型 即鞍山式铁矿。 偶见 矿体长数百米 产于其中的变质热液 至数千米 成因富铁矿 铁矿、镜铁矿、 褐铁矿 至中小型 其中 富 铁 矿 占 全 国 富 铁 矿 的 13% 杂质含量低 摇 成分复杂,共生 TR、Nb、Ta 或 Cu、 Co 或 Pb、Zn,以富 摇 矿为 主, 含 Fe 一 型 为 主, 4% , 其 中 富 铁 般 30% ~ 60% ,有 少数小型 矿占 全 国 富 铁 摇 磁 铁 矿、 赤 摇 内 蒙古 摇 主 要 产 于 中 下 元 沉积变 古界 碎 屑 - 碳 酸 盐 质碳酸 岩 层 中, 变 质 程 度 状、透镜状,厚 石, 赤 铁 摇 大、 中 铁 矿 总 量 的 储 量 占 全 国 铁矿、褐铁矿、 菱铁 矿、 黄 铁 矿、磁黄铁矿、 方 铅 矿、 黄 铜矿 白 云 鄂 博, 吉 林 大 栗 子, 广东 海 南 (石碌) 摇 层 状、 似 层 摇 磁铁 矿 盐岩型 浅,一般不超过绿片 度变化 岩相 矿石 害杂质 S、P、F 等 含量高 矿的 14郾 5% 摇 矿体常与中生代中 到酸性侵入岩(花岗 岩、花岗闪长岩、石英 状、透镜状,囊 交代型 闪长岩等)有关,多产 状 及 不 规 则 在与碳酸岩岩层接触 状,形态复杂 带矽卡岩中 摇 铁矿、 假 象 赤 摇 磁铁矿石 铁矿、黄铁矿、 黄 铜 矿、 闪 锌矿 磁 铁 矿、 赤 摇 储 量 占 全 国 摇 层 状、 似 层 摇 较富,一般含 Fe 35% ~ 60% ,常含 小 型 为 Cu、 Co, 含 Au 较 主, 少 数 摇 以 中、 摇 湖 北大 铁 矿 总 量 的 8% , 其 中 富 铁 矿占 全 国 富 铁 矿的 40% 接触 冶、 山 东 张 家 洼、 河北邯邢 高,可综合利用 大型 摇 2 含 Fe 一 般 为 2% ~ 42% ,TiO2 摇 多 产 于 流 层 状 辉 摇 似 层 状、 脉 长岩 体 中、 下 部, 围 状及 透 镜 状, 岩有时绿泥石化,规 走向长 1000 ~ 模与 岩 体 大 小 和 分 2000m,厚数米 摇 铁矿、 钛 铁 晶 石、钛磁铁矿 磁 铁 矿、 钛 摇 铁 的 14% 储 量 占 全 国 摇 四 川攀 枝 花、 河 北大庙 岩浆钒钛 磁铁矿型 摇 磁铁矿石 钒、 钛 6% ~ 15% , V2O5 为0郾 15% ~ 0郾 40%, 型为主 P 低 S 高, 伴 生 Pt、Ni 摇 大、 中 矿 总 量 异程度有关 至数十米 摇 火山喷发中心附近, 海相火 与中 性 - 中 基 性 火 山岩型 山 岩、 细 碧 角 斑 岩 系、 火 山 碎 屑 岩 有 产 于 地 槽 的 海 底 摇 磁 铁 矿、 赤 摇 Fe 一般 30% ~ 摇 占 全 国 铁 矿 铁矿、镜铁矿、 60%, 常 伴 生 V、 总 量 的 3郾 2% , 摇 大、中、 菱铁 矿、 假 象 Cu、Co,贫富兼有, 其中 富 铁 矿 占 红 山、 甘 赤铁 矿、 黄 铁 并有自熔性矿石, 全 国 富 铁 矿 肃镜铁山 的 8% 摇 磁铁 矿 摇 状、透镜状,少 数为脉状 层 状、 似 层 摇 云 南大 石、 镜 铁 矿 菱 铁 矿石 小型 矿、黄铜矿 含 S 高 关,一般已变质 摇48 2摇 矿山地质及水文地质 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 续表 2-2 矿床类型 地质特点 矿体形态及产状 矿石类型 主要矿石矿物 块 状、 角砾 状 磁 矿石质量特点 矿床规模 相对重要性 矿床实例 摇 多 见 于 侏 罗 - 白 摇 摇 占 全 国 铁 矿 摇 多 为 富 矿, 品 位 30% ~ 50% , 多伴 生 磷 灰 石、 型为主 Co、V、S 垩纪 断 陷 盆 地 内 闪 长玢 岩 与 安 山 岩 接 触的 破 碎 带 内。 矿 石多具角砾状 摇 磁 铁 矿、 假 总 量 的 2郾 5% , 其中 富 铁 矿 占 全 国 富 铁 矿 的 11% 陆相火山 岩型 摇 似 层 状、 透 摇 中、 小 摇 江 苏 铁 矿 石, 象赤 铁 矿、 黄 浸染 状 磁 铁矿、菱铁矿 铁矿石 镜状及脉状 梅山 摇 元 古 代 至 中 生 代 摇 河 北庞 都有 规 模 不 等 的 铁 矿产 出。 多 由 砂 岩 和页岩构成含矿层, 矿石呈鲕状,有的与 煤、铝 土 矿、 黏 土 矿 等相伴 摇 占 全 国 总 量 摇 矿,含 Fe 30% ~ 50% , 多 为 含 P 小型 高难选矿石 主 要 为 贫 铁 家 堡、 湖 北 火 烧 坪、 湖 南 茶 陵、 四 川綦江 摇 石、 菱 铁 铁 矿、 鲕 绿 矿石 赤铁 矿 摇 赤 铁 矿、 菱 的 12% ,开采量 只占 4% 。 其中 富铁 矿 占 全 国 富铁矿的3郾 7% 沉积型 铁矿 摇 较薄 层 状, 厚 度 摇 大、 中 泥石 2郾 2郾 3郾 2摇 锰矿床 中国锰矿资源较多,分布广泛,总保有储量矿石5郾 66 亿吨,居世界第3 位。 中国富锰矿较少,在保有储量中 仅占 6郾 4% 。 从地区分布看,以广西、湖南最为丰富,占全国总储量的 55% ;贵州、云南、辽宁、四川等地次之。 从矿床成因类型来看,以沉积型锰矿为主,如广西下雷锰矿、贵州遵义锰矿、湖南湘潭锰矿、辽宁瓦房子 锰矿等;除此之外,依次为火山 - 沉积矿床,如新疆莫托沙拉铁锰矿床;受变质矿床,如四川虎牙锰矿等;热液 改造锰矿床,如湖南玛瑙山锰矿;表生风化锰矿床,如广西钦州锰矿。 从成矿时代来看,自元古宙至第四纪均 有锰矿形成,以震旦纪和泥盆纪为最重要。 锰矿石主要有氧化锰矿及碳酸锰矿两类,目前所用锰矿石的绝大部分需经过选矿。 我国对多组分锰矿 石有益组分的回收利用已取得了显著成果,对含金、银锰矿石,含钴、镍、铅锰矿石,含铅、锌、银、砷锰矿石等, 已分别成功地回收了铜、铅、锌、镉、金、银、铁、钴、镍、锰等金属。 各类锰矿的矿床地质特征见表 2-3。 表 2-3摇 我国锰矿床地质 - 工业类型及 WWW.KY114其特征.CN 矿体形态 矿石类型 主要矿石矿物 矿石质量特点 矿床规模 相对重要性 矿床实例 及产状 矿床 类型 地质特点 摇 成矿时代为前寒武纪 至三 叠 纪, 产 在 碳 酸 盐 岩、泥质岩或碎屑岩与碳 酸盐岩过渡部位。 含矿 岩系可分为:泥质岩型、 泥质碳酸岩型、硅质岩型 摇 菱锰矿、锰方 摇 层 状、 似 石及 其 氧 化 层 状、 透 镜 的氧 化 锰 矿 状和矿饼群 石、原生灰质 氧化锰矿石 碳 酸 锰 矿 摇 主要为碳酸锰 矿,氧化锰矿次 之。 Mn 16% ~ 39郾 0% , 有 害 杂 质 S、P 较低 摇 湖 南 湘 解 石、 锰 白 云 石、 硬 锰 矿、 软 锰 矿、 褐 锰 矿、 水 锰 矿、 硬 锰 矿、软锰矿 沉 积 型 摇 潭、云南斗 南、广西下 雷、贵州铜 锣井 摇 小型 大、 中、 摇 国锰矿85% 储量占全 摇 碳 酸 锰 矿 菱锰矿、锰方 摇 解 石、 锰 白 云 石、 软 锰 矿、 硬 锰 矿、 硫 锰 矿、 锰石榴石、锰闪 石、 红 钛 锰 矿、 磁铁矿 摇 沉积锰矿床受区域变 石、 铁 锰 矿 石、硫锰 - 碳 酸 锰 矿 石 ( 高 硫 锰 矿 石) 摇 矿 物 成 分 复 ~ ~ 摇 湖 南 棠 摇 层 状、 扁 豆 状、透镜状 层 状、 似 摇 型 为 主, 全 国 锰 矿 个别大型 的 5% 中、 小 摇 储量不到 受变 质或接触变质作用。 矿 质型 石的物质成本发生变化, 使持变质前的形态、产状 杂, Mn11% 43% , Fe1% 21% ,S 高 甘山、四川 虎牙、陕西 黎家营 摇 磁 铁 矿、 硫 锰 热 液 型 摇 产在中酸性岩浆与围岩 接触 带 或 围 岩 的 裂 隙 构 造中 扁豆状、脉 摇 磁 铁 硫 锰 矿、黄铁矿、 方铅 摇 矿物成分复杂, 摇 摇 国锰矿 1% 瑙山 储 量 占 全 摇 湖南玛 方铅矿石、氧 矿、褐锰矿、 硬锰 Mn10% ~27%,Fe鄄 摇 中、小型 状、不规则状 化锰矿石 矿、 软 锰 矿、 褐 1郾 0% ~29% 铁矿 摇 包括:(1) 含锰岩层及含 锰多金属矿床风化 锰帽; (2) 含锰岩层风化壳中及 下伏岩层的裂隙和溶洞内 的淋滤型锰帽;(3)锰帽或 淋滤型锰矿破坏后就地堆 积或短距离搬运的堆积物 摇 矿石质量好,易 采易选 Mn15% ~ 摇 储 量 占 全 风 化 型 氧 化 锰 矿 摇 矿、硬水锰锰矿、矿软、 褐锰 40% , 个 别 达 摇 中、 小 国 锰 矿 9% , 摇 广西八 为 开 采 利 用 一木圭 的主要类型 摇 似层状、透 摇 型 为 主, ~ 个别大型 镜状、沙包状 石摇 50% 。 Fe3% 锰矿 2 0% , 有 害 杂 质 S、P 低 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 2郾 2摇 矿 床 地 质 郾 2郾 3郾 3摇 铬铁矿床 2 中国铬矿资源比较贫乏,按可满足需求的程度看,属短缺资源。 总保有储量矿石 1078 万吨,其中富矿占 3郾 6% 。 铬矿产地有 56 处,分布于西藏、新疆、内蒙古、甘肃等 13 个省(区),以西藏为最主要,保有储量约占 5 全国的一半。 中国铬矿床是典型的与超基性岩有关的岩浆型矿床,绝大多数属蛇绿岩型,矿床赋存于蛇绿岩 带中。 西藏罗布莎铬矿和新疆萨尔托海铬矿等皆属此类。 从成矿时代来看,中国铬矿形成时代以中、新生代 为主。 铬铁矿矿石主要工业矿物是铬铁矿(镁铬铁矿)、铝铬铁矿(硬铬尖晶石)、富铬尖晶石。 前者铬铁比高, 后二者则低,通过选矿也难于根本改变铬铁比。 2郾 2郾 3郾 4摇 钒和钛矿床 中国钒矿资源较多,总保有储量 V2 O5 2596 万吨,居世界第 3 位。 钒矿的分布范围较广,在 19 个省(区) 有探明储量,四川钒储量居全国之首,占总储量的 49% ;湖南、安徽、广西、湖北、甘肃等省(区)次之。 钒矿主 要产于岩浆岩型钒钛磁铁矿床之中,作为伴生矿产出(表 2-2)。 作为独立矿床产出的钒矿主要为寒武纪的 黑色页岩型钒矿。 钒钛磁铁矿主要分布于四川攀枝花 - 西昌地区,黑色页岩型钒矿主要分布于湘、鄂、皖、赣 一带。 钒矿成矿时代主要为古生代,其他地质时代也有少量钒矿产出。 中国钛矿资源丰富,分布于 10 多个省区。 钛铁矿的保有储量 TiO2 为 3郾 57 亿吨,居世界首位。 钛矿主 要为钒钛磁铁矿中的钛矿(表 2-2)、金红石矿和钛铁矿砂矿等。 钛矿矿床类型主要为岩浆型钒钛磁铁矿,其 次为砂矿。 钒钛磁铁矿中的钛主要产于四川攀枝花地区;金红石矿主要产于湖北、河南、山西等省;钛铁矿砂 矿主要产于海南、云南、广东、广西等省(区)。 从成矿时代来看,原生钛矿主要形成于古生代,砂钛矿则于新 生代形成。 2郾 2郾 4摇 有色金属矿床 有色金属矿产包括铝、镁、铜、铅、锌、钨、锡、钼、锑、汞、铋、钴等十余种。 金属量消费最多和产量最高的 WWW.KY114.CN 郾 2郾 4郾 1摇 铝矿床 为铝,其次为铜、锌、铅,四者合计常占有色金属总产量的 95% 以上。 其他金属的消费与生产的数量较少,但 其价格则远较铝、铜、铅、锌为高。 2 铝土矿是铝矿石的主要来源。 中国的铝土矿资源丰度属中等水平,产地 310 处,分布于 19 个省(区)。 总保有储量矿石 22郾 7 亿吨,居世界第 7 位。 山西铝资源最多,保有储量占全国储量 41% ;贵州、广西、河南 次之,各占 17% 左右。 铝土矿的矿床类型主要为古风化壳型矿床和红土型铝土矿床,以前者为最重要。 古风化壳型铝土矿又 可分贵州修文式、遵义式、广西平果式和河南新安式 4 个亚类。 从成矿时代来看,古风化壳型铝土矿主要产 于石炭纪和二叠纪地层之中,为一水型铝土矿。 福建漳浦式红土型铝土矿为由第三系到第四系玄武岩受近 代风化作用形成的残积红土型铝矿床,属三水型铝土矿。 各类铝矿床地质 - 工业类型及其特征见表 2-4。 表 2-4摇 铝矿床地质 - 工业类型及其特征 矿床 类型 地质特点 矿体形态及规模 矿石类型 主要矿石矿物 矿石质量特点 矿床规模 相对重要性 矿床实例 摇 成 矿 时 代 为 古 生 摇 层 状、 似 层 状、 摇 以一水 硬铝 代至新生代,以石炭 透镜 状。 产 状 较 到三 叠 纪 及 白 垩 纪 缓, 走 向 长 可 达 石、高 岭 石、 一 一 水 型 铝 水软铝石为主, 40% ~ 70% , 摇 Al O 含量 2 3 摇 沉积 一水 铝石型 摇 小、中、 摇 我国重 摇 河南张 大型及特 要, 国 外 窑 院、 山 为主。 产 于 沉 积 岩 1 ~5 km, 倾 向 宽 土 矿。 致 密 尚有蒙脱石、伊 铝硅比 3% ~ 主 要 为 碳 酸 盐 岩, 0郾 5 ~ 1 km,厚 1 ~ 块状,时有鲕 利石、 叶 蜡 石、 15% , 伴 生 ( 大型 次要 东田庄 次为硅酸盐岩) 古侵 4 m, 尚有厚 的 透 状和斗状 赤 铁 矿、 黄 铁 Ga、 Ti、 V、 矿、 锆 石、 金 Ge、Li 红石 蚀间 断 面 上 或 岩 溶 镜体及特厚漏斗 凹地中 状体 摇50 2摇 矿山地质及水文地质 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 续表 2-4 矿床 类型 地质特点 矿体形态及规模 矿石类型 主要矿石矿物 摇 以三水铝 石 矿石质量特点 矿床规模 相对重要性 矿床实例 摇 成 矿 时 代 以 新 生 摇 似层状、不规则 状、斗篷状, 产状 平 缓, 分 布 面 积 广, 厚 数 米 至 数 十米 摇 Al 2 O 3 含量 摇 广 东 文 摇 国 外 重 昌、几内亚 要, 我 国 桑加雷迪、 代 为 主, 次 为 中 生 代。 产 于 各 种 原 岩 的风化壳红土层中, 可有短距离移动,其 上为疏松沉积物覆盖 摇 三 水 型 铝 土 矿。 疏 散 为主,时有一水 土状,结核状 软铝石及一 水 红土 三水型 铝土矿 30% ~ 61% , 铝 摇 中、大型 硅 比 6% ~ 45% , 伴 生 Ga、 及特大型 次要 澳 大 利 亚 韦帕 及半固结状 硬铝石 Ti、V、Ge 摇 以 新 生 代 为 主。 摇 不规则状、透镜 产于第四系中,为沉 状,厚数米至十几 土 矿。 堆 积 石、高 岭 石、 以 65% ~ 74% , 铝 摇 积型铝土矿风化、破 米,宽数十米至数 块状、假豆鲕 水软铝石为主, 硅 比 4% 摇 一 水 型 铝 摇 以一水硬 铝 摇 Al O 含量 2 3 风化 堆积 一水型 铝土矿 小、 中、 摇 平果 广 西 ~ 摇 次要 碎、短距离搬运堆积 百 米, 长 500 ~ 于岩溶或洼地的产物 4500 m 状、 多 孔 状、 少量次生三 水 20% , 伴 生 Ga、 大型 Ti、V、Ge 粉末状 铝石 摇 含霞石 35% ~ 5%,伴生 P、Ti、 5 摇 霞石、磷灰石 摇 以 泥 盆 纪 为 主。 Zr、 Nb、 TR、 Ga、 岩体边部的透 摇 霞石矿、块 霞 石、 含 钛 辉 Rb、V、K 镜状、夹层状体或 状 磷 霞 岩、 石、磷 灰 石、 钛 摇 俄 罗 斯 摇 霞石 产于 霞 石 正 长 岩 体 铝矿 的磷 灰 石 - 霞 石 矿 床或磷霞岩矿床 希宾、俄罗 斯 基 亚 - 沙尔特尔 摇 大、中型 摇 次要 摇 含霞石 75% ~ 90%,伴生 P、Ti、 Zr、 Nb、 TR、 Ga、 Rb、V、K 小岩体 块状 磁铁矿、铁锂云 母、黄铁矿 摇 块 状 明 矾 石 明 矾石矿。 摇 明矾石 主。 产 于 明 矾 石 凝 层状。 含 矿 层 厚 铝矿 灰岩、 沉 凝 灰 岩、 凝 达 175 m,延长达 以 中 生 新 生 代 为 摇 透镜状、 脉状、 摇 Al O 含 量 2 3 摇 物(5% ) 少量黏土 矿 摇 扎格利克 俄 罗 斯 ( 矿 物 含 量 0% ~ 60%)、 石英为主 16% ~ 18% , 伴 摇 小、中型 摇 次要 生 S、K、P 4 灰砂岩岩层中 1郾 5 ~ 2郾 6 m 2 郾 2郾 4郾 2摇 铜、铅、锌及镍矿床 中国是世界上铜矿较多的国家之一。 总保有储量铜 6243 万吨,居世界第 7 位。 探明储量中富铜矿占 5% 。 江西铜储量位居全国榜首,占 20郾 8% ,西藏次之,占 15% 。 从矿床类 看,以斑岩型铜矿为最重要,如 3 型 WWW.KY114.CN 江西德兴特大型斑岩铜矿和西藏玉龙大型斑岩铜矿;其次为铜镍硫化物矿床(如甘肃自家嘴子铜镍矿),矽 卡岩型铜矿(如湖北铜录山铜矿、安徽铜官山铜矿),火山岩型铜矿(如甘肃白银厂铜矿等);沉积岩中层状铜 矿(如山西中条山铜矿、云南东川式铜矿),陆相砂岩型铜矿(云南六直铜矿)以及少量热液脉状铜矿等。 从 铜矿形成时代来看,从太古宙至第三纪皆有铜矿形成。 但从储量规模和矿床数量来看,则主要集中在中生代 和元古宙。 中生代铜矿多与侵位浅的中酸性岩浆活动有关,如德兴铜矿;元古宙铜矿多与海相火山岩浆活动 有关,如甘肃白银厂铜矿;两者相比,以中生代斑岩型铜矿为重要。 中国铅锌矿资源比较丰富,全国大部分省区均有,产地有 700 多处,保有铅总储量 3572 万吨,居世界第 4 位;锌储量 9384 万吨,居世界第 4 位。 其中云南铅储量占全国总储量 17% ,位居全国榜首;广东、内蒙古、 甘肃、江西、湖南、四川次之,探明储量均在 200 万吨以上。 全国锌储量以云南为最,占全国 21郾 8% ;内蒙古 次之,占 13郾 5% 。 从矿床类型来看,有与花岗岩有关的花岗岩型(广东连平)、矽卡岩型(湖南水口山)、斑岩 型(云南姚安)矿床,有与海相火山有关的矿床(青海锡铁山),有产于陆相火山岩中的矿床(江西冷水坑和浙 江五部铅锌矿),有产于海相碳酸盐(广东凡口)、泥岩 - 碎屑岩系中的铅锌矿(甘肃西成铅锌矿),有产于海 相或陆相砂岩和砾岩中的铅锌矿(云南金顶)等。 铅锌矿成矿时代从太古宙到新生代皆有,以古生代铅锌矿 资源最为丰富。 中国镍矿资源不能满足需要。 总保有储量镍 784 万吨,居世界第 9 位。 其中以甘肃省为最,保有储量占 全国的 61郾 9% ,新疆、吉林、四川等省(区)次之。 甘肃金川镍矿规模仅次于加拿大的萨德伯里镍矿,为世界 第二大镍矿。 镍矿矿床类型主要为岩浆熔离矿床和风化壳硅酸盐镍矿床两个大类。 后者以云南墨江镍矿为 代表;前者又分岩浆就地熔离矿床与岩浆深部熔离贯入矿床两个亚类。 从成矿时代分析,从前寒武纪到新生 代皆有镍矿产出。 岩浆型镍矿主要产于前寒武纪和晚古生代,早古生代、中生代也有镍矿产出。 风化壳型镍 矿则形成于新生代。 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 2郾 2摇 矿 床 地 质 铜、铅、锌及镍矿的矿床地质 - 工业类型及其特征见表 2-5 ~ 表 2-7。 表 2-5摇 铜矿床地质 - 工业类型及其特征 矿床 类型 地质特点 矿体形态及规模 矿石类型 主要矿石矿物 矿石质量特点 矿床规模 相对重要性 矿床实例 摇 成 矿 时 代 主 要 为 摇 铜 镍 硫 化 摇 镍黄铁矿、黄 摇 川、加拿大 甘 肃 金 基性和 超基性 岩铜 摇 似层状、透镜状、 脉状。 沿走向可达 1郾 5km,倾向 0郾 8 ~ 1km,厚0郾 5 ~100m 摇 含 Cu 0郾 2% ~ 前寒武纪及中生代, 古生 代 次 之。 产 于 纯橄 榄 岩、 辉 橄 岩、 橄辉岩岩体中 矿、 块 状、 浸 铜 矿、 磁 黄 铁 染 状。 海 绵 矿、偶见含钴黄 4C郾o7、%S、,P伴t 族生、ZNui、、 摇 中、大型 摇 较重要 萨德伯里、 陨 铁 状、 角 铁矿代替镍 黄 俄 罗 斯 诺 里尔斯克 镍矿 Ag、Se、Te、Zn 砾状 铁矿 摇 细脉浸染透镜 摇 含 Cu 0郾 5% ~ 1郾 5%, 伴 生 Fe、 Ti、 V、 P、 Se、 摇 中、大型 Te、Pd 摇 于含 钛 磁 铁 矿 辉 长 岩中 新 生 代 为 主。 产 摇 含 V、Ti 铁 摇 斑铜矿、黄铜 铜硫化矿,细 矿、钛 磁 铁 矿、 脉浸染状 含磷灰石 辉长岩 铁铜矿 体,沿走向及倾向 达 数 百 米, 厚 数 十米 摇 巴西卡 拉伊巴 摇 次要 摇 黄铜矿、斑铜 摇 含 Cu 0郾 5% ~ 矿、磁 铁 矿、 并 岩浆 摇 成 矿 时 代 为 前 寒 摇 筒状网脉体,面 碳酸岩 武纪。 产 于 岩 浆 成 积达 0郾 5 km , 深 矿, 细 脉 浸 摇 铁 铜 硫 化 0P郾、9U%、T,h伴、A生u、AFge、、 摇 中、大型 摇 次要 摇 南非帕 拉博拉 2 含磷灰石、斜锆 石、方钍石 铜矿 因碳酸岩岩体中 达 300 m 以上 染状 Se、Te、TR、Zr 摇 成 矿 时 代 为 前 寒 摇 似 层 状、 透 镜 摇 斑 铜 矿、 黄 铜 武纪 至 新 生 代。 产 状、柱状及复杂形 矽卡岩 于中酸性岩( 石英闪 态,长、 宽数 十米 铜矿 长岩、 花 岗 闪 长 岩、 到数百米,厚度变 花岗岩) 和碳酸盐类 化 大, 直 至 呈 等 矿、黄铁矿、磁铁 摇 含 Cu 0郾 8% ~ 铁铜硫化矿, 矿矿)(,附或近磁硐黄穴铁堆 5C郾u0、%A,g伴、 C生o、 FSee、、 摇 中、大型 要, 国 外 我 国 重 摇 湖 北 铜 录山、河北 摇 含 Au、 Ag 摇 寿王坟、广 块状、浸染状 次要 积中偶见碳酸铜 Te、S 东阳春碌 岩石内外接触带中 轴形 或自然铜 火山岩 摇 成 矿 时 代 以 古 生 摇 层状、透镜状和 摇 铜 硫 化 矿 摇 黄 铁 矿、 黄 铜 摇 4 含 Cu 1郾 0% ~ 铜矿 - 代为主,次为前寒武 复杂的复合状,走 或 锌 铜 硫 化 矿、闪锌矿、其他 摇 甘 肃 白 火山岩 纪。 产 于 变 质 海 相 向及倾向长数十 矿, 块 状、 浸 有磁 黄 铁 矿、 斑 S郾、0A%u、,A伴g、C生d、ZSne、、 摇 中、大型 摇 较重要 银厂、青海 黄铁矿 火 山 岩 ( 石 英 角 斑 至数百米,厚 1 ~ 染 状、 角 砾 铜矿、砷黝铜矿、 状、脉状 红沟 Te、In、Tl、Ge 铜矿 岩、细粒岩等)中 200 m 方铅矿 WWW.KY114.CN 生 摇 中、大型 摇 较重要 火山岩 铜矿 - 火山岩 武纪、古生代。 产于 向及倾向长数十至 或自然铜,浸 浸染 基性或酸性火山岩中 数百米,厚1 ~10m 染状 铜矿 摇 云 南 大 摇 成 矿 时 代 为 前 寒 摇 层状、似层状,走 摇 铜 硫 化 矿 摇 含 Cu 0郾 8% ~ 黄 铜 矿、 斑 铜 摇 红山、四川 拉拉山、山 西落家河 2郾 5%, Ag、Co 伴 矿、自然铜 摇 成 矿 时 代 以 新 生 代 为 主, 中 生 代 次 之。 产于花岗斑岩、 花岗闪长斑岩、二长 斑岩、闪长斑岩岩体 和 内 外 接 触 带 中。 围岩蚀变具分带性, 发育钾长石化、绢英 岩化、 泥 化、 青 盘 岩 化带。 矿 化 呈 细 脉 状、浸染状及网脉状 摇 环状、 盆状、 脉 摇 黄铜矿、辉钼 摇 含 Cu 0郾 4% ~ 矿、黄 铁 矿、 有 1郾 5%,伴生 Mo、 时见大量硫 砷 Re、 Au、 Ag、 Se、 大型 摇 矿, 细 脉 浸 染状 钼 铜 硫 化 摇 江 西 德 兴、智利丘 基卡马塔 斑岩 铜矿 状、 筒 状, 面 积 0郾 2 至 几 平 方 公 里,深达数百米 摇 大、 特 摇 重要 铜矿 Te、Co、S 摇 成 矿 时 代 为 前 寒 摇 脉状及脉带,走 向及倾向长数十 至数百米,厚一至 十余米 摇 含 Cu 1郾 5% ~ 摇 江 苏 铜 武纪 至 新 生 代。 产 于各 种 岩 石 断 裂 带 中的 石 英 脉 及 硫 化 物脉 摇 铜硫化矿,块 矿或方铅矿,闪 状、浸染状 锌矿共生 含 Au、 Ag 摇 黄铜矿、黄铁 6郾 0%,伴生 Au、 摇 小、中、 Ag、 Se、 Te、 Pb、 大型 Zn、Bi 脉状 铜矿 井、吉林二 道洋岔、美 国比尤特 摇 次要 沉积变 摇 成 矿 时 代 为 前 寒 摇 似层状、 层状, 摇 内 蒙 古 质岩铜 武纪、古生代。 产于 矿 - 黄 沉 积 变 质 岩 ( 千 枚 铁矿 岩、硅 质 白 云 岩、 石 铜矿 英岩)层中 摇 铜硫化矿, 摇 黄铜矿、黄铁 摇 含 Cu 1郾 0% ~ 块 状、 浸 染 矿、方 铅 矿、 闪 3郾 2%,伴生 Pb、 状、条带状 锌矿 Zn、Ag、S 长、 宽 可 达 1000 至几千米,厚可达 数十至 300 m 摇 特大型 大 型、 霍各乞、澳 大 利 亚 芒 特艾萨 摇 较重要 摇52 2摇 矿山地质及水文地质 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 续表 2-5 矿床 类型 地质特点 矿体形态及规模 矿石类型 主要矿石矿物 矿石质量特点 矿床规模 相对重要性 矿床实例 摇 扁豆状,长与宽为 数百米至数公里, 化 矿, 浸 染 厚小于 1 m 至 三 状、条带状 十余米 层状、 透镜状、 摇 云 南 东 沉积变 摇 成 矿 时 代 以 前 寒 摇 黄铜矿、斑铜 摇 含 Cu 1郾 0% ~ 矿、辉 铜 矿, 极 6郾 0%,伴生 Ag、 少数矿床以 自 Re、 Se、 Te、 Pb、 特大型 摇 含 银 铜 硫 川、 易 门、 扎 伊 尔 - 赞 比 亚 铜 矿带 质岩铜 武纪为主,古生代次 矿 - 浸 之。 产于白云岩、大 染铜矿 理岩、片岩、石英岩中 摇 大 型、 摇 重要 然铜为主 Zn、Co 摇 状、透镜状。 矿层 厚小于 1 m 至 十 浸 染 状、 条 余米,含矿层常有 带状 数层至十几层 似 层 状、 扁 豆 摇 成 矿 时 代 为 晚 古 摇 辉铜矿为主, 少量斑铜矿、黄 铜矿、 方 铅 矿、 自然铜 砂页 岩浸 摇 铜硫化矿, 摇 含 Cu 1郾 0% ~ 摇 小、中、 3郾 0%, 伴 生 S、 大 型、 特 摇 较重要 姚、俄罗斯 摇 云 南 大 生代 至 中 生 代。 产 于未 变 质 红 层 中 的 浅色砂岩及页岩层中 染铜矿 Pb、Ag、Mo、W 大型 杰兹卡兹甘 表 2-6摇 铅锌矿床地质 - 工业类型及其特征 相对重 要性 矿床类型 地质特点 矿体形态及规模 矿石类型 主要矿石矿物 矿石质量特点 矿床规模 矿床实例 湖 南 水 摇 成 矿 时 代 为 古 生 代 至 中 生 代。 摇 方铅矿、闪锌 矿、 黄 铁 矿 为 主, 还 有 黄 铜 矿、磁黄 铁 矿、 时有白钨矿、辉 钼矿、辉铋矿 摇 筒 状、 似 层 摇 含 Pb 1郾 1% ~ 6郾 1%,含 Zn1郾 7% ~ 摇 中、大 6郾 3%,伴生 Cu、Au、 型、 特 Ag、Bi、Se、Te、Cd、In、 大型 Co、Au、Ge、Ga、Ti、Sb 状、脉状,走向长 摇 铅 锌 硫 化 摇 我 国 重 要 国 外次要 矽卡岩 产于 中 酸 性 侵 入 铅锌矿 岩与 碳 酸 盐 岩 石 的 接 触 带 或 其 附近 摇 200 ~ 800 m, 倾 矿。 致 密 块 口山 向 100 ~ 600 m, 状、浸染状 厚0郾 5 ~70m 摇 成 矿 时 代 前 寒 摇 似层状、透镜 摇 山、 俄 罗 斯 较 重 鲁德内依 阿 尔 泰 区、 日 本 黑 矿 分 布区 甘肃小铁 摇 摇 铜 铅 锌 硫 矿、闪锌矿、黄铁 7郾 4%,含 Zn1郾 5% ~ 摇 中、大 化 矿。 致 密 矿、有时有毒砂、 11郾 9%,伴生 Cu、Au、 型、 块状、条带状 辉铋矿、辉银矿、 Ag、 Cd、 Ba、 Se、 Te、 大型 砷黝铜矿 黄铜 矿、 方 铅 摇 含 Pb0郾 4% ~ 武纪 及 古 生 代 为 状、扁豆 状, 走 主,少量为中生代 向达 1500 m,有 及 新 生 代。 产 于 的达 3000 m,倾 海 相 火 山 沉 积 向达 900 m, 厚 火山岩 黄铁矿 铅锌矿 摇 要摇 特 Hg、Sb、Bi、Ga、Ti、In 岩中 1 ~ 100 m 摇 辽宁青城 摇 带,走向长 20 ~ 8 5 充 填 脉、 脉 摇 矿。 致 密 块 铅 锌 硫 化 摇 含 Pb 1郾 2% ~ 摇 脉状铅 寒武纪至新生代, 以 新 生 代 为 主。 产于各种岩石中 成 矿 时 代 W 为 前 WW.KY114.CN 子、 内 蒙 古 孟 恩 陶 拉 盖、 湖 南 桃 林、 美 国 科 达伦 方铅 矿、 闪 锌 4郾 0%,含 Zn1郾 9% ~ 7郾 3%,伴生 Cu、Ag、 矿、黄铁矿 摇 摇 中、大 型摇 00 m, 倾 向 状、 条 带 状、 0 ~ 500 m, 厚 角 砾 状、 浸 摇 次要 锌矿 Cd、Bi、 Se、 Te、 Ga、 In、Ge 数米至数十米 染状 摇 成 矿 时 代 前 寒 摇 甘 肃 厂 摇 似层状、透镜 摇 铜 铅 锌 硫 武纪为主,古生代 次 之。 产 于 各 种 沉积变质岩中,原 岩常 属 复 理 石 或 类复理石建造 摇 摇 方铅 矿、 闪 锌 含 Pb0郾 5% ~ 坝、 内 蒙 古 东 升 庙、 加 拿 大 沙 利 文、 澳 大 利 亚茫特艾萨 沉积变质 岩黄铁矿 铅锌矿 状、筒状, 走 向 化 矿 或 铅 锌 达 1500 m,倾向 硫 化 矿。 块 矿、黄铜矿、黄铁 79郾郾 15%%,,伴含生Zn3C郾u7、%Ag~、 摇 大型、 摇 重要 特大型 达 1000 m, 厚 状、 角 砾 状、 矿(磁黄铁矿) S、Cd、Au、Co、Bi 1 ~ 50 m摇 浸染状 摇 6郾 0%,含 Zn 0郾 9% ~ 摇 中、大 11%, 伴 生 Ag、 Ba、 型、 特 摇 重要 Cd、 Se、 Te、 In、 Ti、 大型 Ge、Cu 含 Pb 1郾 0% ~ 摇 广 东 凡 摇 层状、透 镜状, 摇 闪锌矿、方铅 矿 ( 含 重 晶 石),黄铁矿较 少,时有黄铜矿 碳酸盐 摇 成 矿 时 代 为 古 摇 矿。 块 状、 浸 染状 铅 锌 硫 化 口、 云 南 会 泽 及 金 沙 厂、 美 国 密 西西比地区 走向可达2000 m, 倾向可达 1000 m, 厚1 ~50m 岩层状 生 代。 产 于 地 台 铅锌矿 型碳酸盐岩层中 表 2-7摇 镍矿床地质 - 工业类型及其特征 矿床 规模 相对 重要性 矿床类型 地质特点 矿体形态及产状 矿石类型 主要矿石矿物 矿石质量特点 矿床实例 摇 成 矿 时 代 元 古 代 至 中 生 代。 含 摇 似层状、透镜 矿岩 体 常 产 于 克 状、 少 量 为 脉 拉通或边缘,常受 状,矿体常产于 深断裂系统控制, 岩体下部,一般 含矿 岩 相 为 苏 长 与 岩 体 产 状 岩、 辉 长 岩、 橄 榄 一致 摇 以 硫 化 物 摇 甘 肃 金 川、 摇 黄铁 矿、 紫 硫 镍 含 Cu0郾 2% ~ 4郾 7%。 Co、 贵 金 矿、黄铜矿、方黄 伴生 Co、贵金属、稀散 属 均 可 磁黄 铁矿、 镍 摇 含 Ni0郾 5% ~ 2郾 2%, 摇 Ni、Cu、 基性 - 超 基性岩 镍铜矿 矿 石 为 主。 浸染状、海绵 陨 铁 状、 块 状、角砾状 吉林 红 旗 岭、 加拿大萨德伯 里、俄 罗 斯 诺 里尔斯克 重要 铜矿 元素 达大型 辉石岩、橄榄岩等 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 2郾 2摇 矿 床 地 质 续表 2-7 矿床 规模 相对 重要性 矿床类型 地质特点 矿体形态及产状 矿石类型 主要矿石矿物 矿石质量特点 矿床实例 摇 状、透 镜 状、 脉 状及 巢 状。 一 矿 为 主。 土 般面型矿床 产 状、 碎 屑 状、 状平缓,线型矿 角 砾 状、 结 的高 岭 石、 绿 泥 生 Co 层 状、 似 层 摇 重要 ( 约 国 外 摇 成 矿 时 代 中 生 摇 古 巴 莫 摇 硅 酸 盐 镍 摇 镍铝镍铁铁绿矿泥及石含、 硅镍 含摇 含CuN0i 郾02郾%5%左~右3郾。0%伴, 摇 暗 镍 蛇 纹 石、 代、新生代。 产于 热带、亚热带超基 性岩发育区,受岩 体风 化 壳 或 断 裂 带控制 扎湾,以及 新 喀 里 多 尼 亚 和 菲 律 宾 的 许 多矿床 常 见 占 陆 地 红土 镍矿 镍 储 量 大型摇 的 70% , 镍 产 量 的40% ) 床 陡 倾, 形 态 核状 复杂 石和褐铁矿 2郾 2郾 4郾 3摇 钨、锡及钼矿床 中国是世界上钨矿资源最丰富的国家,总保有储量 2529 万吨,居世界第 1 位,产量也居世界首位,是我 国传统出口的矿产品。 就省(区)来看,以湖南(白钨矿为主)、江西(黑钨矿为主) 为多,储量分别占全国总 储量的 33郾 8% 和 20郾 7% ;河南、广西、福建、广东等省(区)次之。 在钨矿床类型方面,以层控叠加矿床和壳源 改造花岗岩型矿床为最重要;壳幔源同熔花岗(闪长)岩型矿床、层控再造型矿床和表生型钨矿床次之。 从 成矿时代来看,最早为早古生代,晚古生代较少,中生代形成钨矿最多,新生代钨矿则属罕见。 中国是世界上锡矿资源丰富的国家之一。 总保有储量锡 407 万吨,居世界第 2 位。 矿产地分布于 15 个 省(区),以广西、云南两省(区)储量最多,分别占全国的 32郾 9% 和 31郾 4% ,湖南、广东、内蒙古、江西次之,以 上 6 省(区)共占全国的 93% 。 锡矿矿床类型主要有与花岗岩类有关的矿床、与中、酸性火山 - 潜火山岩有 关的矿床、与沉积再造变质作用有关的矿床和沉积 - 热液再造型矿床,以第一类矿床为最重要,云南个旧和 广西大厂等世界级超大型锡矿皆属此类。 这两个锡矿储量占全国锡总储量的 33% 。 从成矿时代来看,锡矿 成矿时代比较广泛,以中生代锡矿为最重要,前寒武纪次之。 中国钼矿资源丰富,总保有储量钼 840 万吨,居世界第 2 位。 以河南省钼矿资源为最丰富,钼储量占全 国总储量的 30郾 1% ,陕西、吉林次之,以上 3 省钼储量占全国 56郾 5% 以上。 钼矿大型矿床多,是一个重要特 点,如陕西金堆城、河南栾川、辽宁杨家杖子、吉林大黑山钼矿均属世界级规模的大矿。 矿床类型以斑岩型钼 WWW.KY114.CN 矿和斑岩 - 矽卡岩型钼矿为最重要,前者如陕西金堆城、江西德兴,后者如河南南泥湖钼矿;矽卡岩型、碳酸 盐脉、石英脉型次之;沉积型钼 - 铀 - 钒 - 镍矿床有较大的潜在价值,伟晶岩脉型钼矿无独立工业意义。 从 钼矿形成时代来看,除少数钼矿形成于晚古生代和新生代之外,绝大多数钼矿床均形成于中生代,为燕山期 构造岩浆活动的产物。 钨、锡、钼矿的矿床地质特征见表 2-8 ~ 表 2-10。 表 2-8摇 钨矿床地质 - 工业类型及其特征 矿床 规模 相对 重要性 矿床类型 地质特点 矿体形态及规模 矿石类型 主要矿石矿物 矿石质量特点 矿床实例 摇 成 矿 时 代 古 生 摇 镜 状、 少 量 脉 似 层 状、 透 摇 湖南瑶岗 仙、 加 拿 大 钨 矿 城、 俄 罗斯特尔内 奥 兹、 澳 大 利亚金岛 代至新生代,以新 生 代 为 主。 产 于 花岗 岩 类 岩 体 与 沉积 岩 接 触 带 及 其附近,常在矽卡 岩中 摇 白 钨 矿 矿 摇 白钨 矿、 伴 生 摇 WO 3 0郾 2% ~ 矽卡岩 钨矿 状。 厚 数 米 至 石。 块 状、 角 辉钼矿、黄铜矿、 2郾 5% , 伴 生 Mo、 大摇 小型、,中时、 百 余 米, 走 向 砾状、 细 脉 状、 方铅矿、闪锌矿、 Pb、Zn、 Cu、 Bi、 Au、 有特大型 重要 可达 1 ~ 2 km, 浸染状 倾向达 1 km 锡石及铍矿物 Ag、Sn 摇 成 矿 时 代 侏 罗 纪为主,次为白垩 纪。 产 于 花 岗 岩 类 ( 花 岗 闪 长 斑 岩、 石 英 斑 岩、 花 岗斑岩) 岩体上部 或顶 部 内 外 接 触 带 中, 具 钾 化、 绢 云 母 化、 泥 化、 青 盘岩化 摇 白钨矿或黑钨 摇 WO 0郾 2% ~ 3 摇 透 镜 状、 带 摇 白 钨 矿 矿 石 矿,伴生辉钼矿、 摇 广东莲花 山、 江 西 阳 储岭 斑岩 钨矿 状。 长 宽 为 数 或黑钨矿矿石。 锡石、辉铋矿、闪 0郾 6% ,伴生 Cu、Sn、 摇 小、中、 次要 Mo、 Pb、 Zn、 Fe、 S、 大型 Bi、Au、Ag 百米,厚数十米 网脉状 锌矿、黄铁矿、方 铅矿、方钴矿 ꢀ 54 2ꢀ 矿 山 地 质 及 水 文 地 质  ꢀ 续 表 2-8 矿 床 规 模 相 对 矿 床 类 型 地 质 特 点 矿 体 形 态 及 规 模 矿 石 类 型 主 要 矿 石 矿 物 矿 石 质 量 特 点 矿 床 实 例 重 要 性 ꢀ 代 至 成 矿 时 代 中 生 ꢀ 脉 状 囊 、 柱 状 脉 矿 化 体 。 ꢀ 黑 钨 矿 、 伴 生 新 生 代 。 产 网 ꢀ石 。黑 块 状 、 细 钨 矿 矿 白 钨 矿 、 辉 钼 矿 、 锡 石 、 铋 矿 物 、 方 铅 矿 、 闪 锌 矿 、 黄 铜 矿 、 黄 铁 矿 次 要 ꢀ 江 西 九 龙 脑 、 俄 阿 克 怡 陶 罗 斯 云 英 岩 钨 矿 于 花 岗 岩 类 岩 体 上 部 及 顶 板 砂 页 岩 层 中 , 云 英 岩 化 发 育 面 积 为 几 万 至 几 十 万 平 方 米 , ꢀ WO 3 0 2% ~2 0%, ꢀ 小 、 中 型 伴 生 Mo、 Bi、 Si 脉 状 、 浸 染 状 深 可 达 千 米 以 上 ꢀ 成 矿 时 代 中 生 代 、 新 古 生 生 代 为 主 , 产 ꢀ带 。 脉 状 和 脉 状 厚 几 厘 米 ꢀ 黑 钨 矿 、 有 时 代 次 之 。 于 花 岗 岩 类 岩 体 上 部 与 围 岩 的 内 外 接 触 带 裂 隙 中 , 花 岗 岩 具 钾 长 石 化 、 云 英 岩 化 、 角 砾 化 、 泥 质 岩 具 黑 ꢀ 黑 钨 矿 矿 石 、 白 钨 矿 矿 石 。 块 状 、 细 脉 状 , 时 见 角 砾 状 、 浸 染 状 至 几 米 , 脉 带 可 达 几 十 米 , 走 向 长 可 达 1 ~2km, 倾 向 达 700m, 常 有 几 至 几 百 条 平 行 脉 为 白 钨 矿 , 伴 生 锡 石 、 辉 钼 矿 、 黄 铁 矿 、 铋 矿 物 、 钽 铌 矿 物 、 方 铅 矿 、 闪 锌 矿 、 绿 柱 石 ꢀ WO 0 2% ~2 4%, ꢀ 小 、 ꢀ 江 西 西 华 山 、 浒 坑 、 俄 罗 斯 尤 利 3 石 英 脉 钨 矿 伴 生 Sn、 Mo、 Bi、 Nb、 中 、 大 重 要 Ta、 Be 型 云 母 化 、 电 气 石 化 、 浅 色 云 母 化 ꢀ 状 、 透 镜 状 。 层 状 、 似 层 矿 ꢀ 含 钨 赤 铁 矿 、 ꢀ 黑 钨 矿 及 钨 酸 铁 矿 ( 微 细 白 钨 矿 矿 石 、 粒 ) 、 白 钨 矿 、 菱 ꢀ 生 代 。 成 矿 时 代 为 古 带 长 数 百 至 千 米 , 最 长 2 6 km, 宽 百 余 米 至 数 百 米 , 厚 数 米 至 百 余 米 ꢀ WO 3 0 2% ~0 5%, ꢀ 小 、 ꢀ 江 西 枫 大 硅 质 岩 钨 矿 产 于 沉 积 潜 在 资 源 为 主 伴 生 Cu、 Fe、 S、 Mo、 中 、 大 林 、 广 西 明 山 及 火 山 沉 积 岩 的 硅 质 岩 中 微 细 粒 浸 染 铁 矿 、 辉 钼 矿 与 硅 质 岩 或 细 粒 状 石 英 岩 相 伴 Au、 Ag、 Bi 型 状 、 条 带 状 WWW表 2-9ꢀ.锡 K矿 床 地 质Y- 工1业 类 型1及 其 4特 征 .CN 矿 床 相 对 矿 床 类 型 地 质 特 点 矿 体 形 态 及 规 模 矿 石 类 型 主 要 矿 石 矿 物 矿 石 质 量 特 点 矿 床 实 例 规 模 重 要 性 ꢀ 伟 晶 岩 呈 板 ꢀ 成 矿 时 代 为 前 寒 状 、 透 镜 状 , 含 锡 云 英 岩 呈 矿 巢 、 透 镜 状 和 不 规 则 ꢀ 锡 石 、 铌 钽 铁 矿 、 锂 辉 石 、 伴 石 、 金 红 石 、 钽 锡 矿 武 纪 。 花 岗 岩 类 岩 体 内 外 接 触 带 的 钠 锂 型 伟 晶 岩 , 具 云 英 岩 化 、 钠 长 石 化 原 生 锡 矿 ꢀ石 。 带 状 、 浸 ꢀ 含 Sn 0 1生% 花 岗 伟 晶 岩 锡 矿 ꢀ 扎 伊 尔 马 诺 ~ 0 2% , 伴 ꢀ 小 型 次 要 生 锆 染 状 Nb、 Ta、 Li、 Ti 体 , 集 中 产 生 脉 壁 ꢀ代 。成 产 于 花 岗 岩 类 岩 体 与 碳 酸 盐 岩 石 内 外 接 触 带 , 下 部 为 矽 卡 岩 含 矿 , 远 离 岩 体 出 现 各 种 成 分 似 层 状 , 沿 层 透 镜 状 、 脉 状 矿 床 矿 时 代 中 生 ꢀ 似 层 状 、 透 镜 状 、 囊 状 、 脉 状 。 ꢀ 云 南 个 旧 、 广 大 厂 、 俄 ꢀ 锡 石 、 伴 生 磁 矿 、 闪 锌 原 生 锡 矿 ꢀ石 。 浸 染 状 、 ꢀ 含 Sn0 3% ~ ꢀ 小 、 中 、 型 、 特 西 矽 卡 岩 锡 矿 黄 铁 厚 数 米 至 数 十 1 0% , 伴 生 Fe、 Cu、 Pb、 Zn 大 重 要 矿 、 黄 铁 矿 、 毒 砂 、 方 铅 矿 米 , 延 伸 数 十 至 数 百 米 块 状 、 网 脉 状 大 型 罗 斯 基 捷 利 亚 ꢀ 成 矿 时 代 以 中 生 代 新 生 代 为 主 。 产 ꢀ 锡 石 、 伴 生 黑 钨 矿 、 辉 钼 矿 、 矿 、 黄 ꢀ 筒 状 、 复 杂 形 ꢀ 广 东 银 于 浅 成 - 超 浅 成 酸 性 斑 岩 岩 体 内 接 触 带 , 具 黄 玉 绢 英 岩 化 、 云 英 岩 化 、 绿 泥 石 化 、 硅 化 ꢀ 含 Sn0 1% ~ 斑 岩 锡 矿 态 , 平 面 面 积 一 般 小 于 1 km2 , 延 深 达 数 百 米 石ꢀ 。原 生 锡 矿 网 脉 状 ꢀ 型 中 、 大 岩 、 西 岭 , 玻 利 维 亚 一 些 锡 矿 辉 铋 铁 0 6% , 伴 生 W、 重 要 矿 、 黄 铜 矿 、 闪 锌 矿 、 方 铅 矿 Mo ꢀ 2 2ꢀ 矿 床 地 质  续 表 2-9 矿 床 相 对 矿 床 类 型 地 质 特 点 矿 体 形 态 及 规 模 矿 石 类 型 主 要 矿 石 矿 物 矿 石 质 量 特 点 矿 床 实 例 规 模 重 要 性 ꢀ 成 矿 时 代 以 中 生 代 为 主 , 古 生 代 次 之 。 产 于 花 岗 岩 类 岩 体 外 接 触 带 的 硅 铝 质 岩 石 中 , 近 岩 体 以 电 气 石 为 主 , ꢀ 厂 、 英 云 南 铁 ꢀ 脉 状 、 带 状 矿 化 体 、 囊 、 柱 状 网 脉 体 , 矿 化 深 达 数 百 米 ꢀ 锡 石 , 伴 生 有 铜 和 锌 的 硫 化 ꢀ 含 Sn0 4% ~ 国 锡 石 硅 酸 盐 脉 锡 矿 原 生 锡 矿 ꢀ石 。 浸 染 状 、 ꢀ 小 、 中 、 型 、 特 3 0% , 伴 生 W、 康 沃 尔 、 大 重 要 物 , 有 钨 矿 时 有 黑 萤 石 、 Cu、 Bi、 俄 罗 斯 远 带 状 、 角 砾 状 大 型 In、 Pb、 Zn 东 一 些 远 岩 为 主 体 以 绿 泥 石 锡 矿 ꢀ 成 矿 时 代 以 中 生 ꢀ 锡 石 为 主 , 伴 ꢀ 含 Sn0伴2% 生~ ꢀ 内 蒙 古 井 、 俄 代 为 主 , 第 三 纪 次 之 。 产 于 花 岗 岩 类 岩 体 外 接 触 带 的 硅 铝 质 岩 石 中 ꢀ 脉 状 、 带 状 矿 ꢀ石 。 浸 染 状 、 原 生 锡 矿 锡 石 硫 化 物 脉 锡 矿 生 磁 黄 铁 矿 、 黄 铜 矿 、 方 铅 矿 、 闪 锌 矿 、 黄 铁 矿 2 0% , ꢀ 小 、 中 、 大 型 大 化 体 、 柱 状 、 似 层 状 、 透 镜 状 次 要 Cu、 Zn、 Pb、 In、 W、 Ag 罗 斯 远 东 一 些 锡 矿 角 砾 状 ꢀ 成 矿 时 代 以 中 生 ꢀ 脉 状 、 脉 带 、 囊 代 为 主 。 产 于 中 深 花 岗 岩 体 与 硅 铝 质 岩 石 内 外 接 触 带 附 近 , 具 云 英 岩 化 、 浅 原 生 锡 矿 ꢀ石 。 块 状 、 浸 ꢀ 锡 石 为 主 , 常 伴 生 黑 钨 矿 、 辉 矿 、 铌 柱 状 网 脉 体 和 不 规 则 状 。 从 岩 体 围内 岩10中0 m 至 上 部 600 m 为 ꢀ 含 Sn0 3% ~ 石 英 脉 及 云 英 岩 锡 矿 ꢀ 广 西 粟 木 , 俄 斯 尤 利 廷 0 8% , 伴 生 W、 Bi、 Ta、 Nb、 Sc、 Be、 Li ꢀ 小 、 中 、 大 型 染 状 , 少 量 为 铋 钽 铁 次 要 罗 角 砾 状 集 矿 、 辉 钼 矿 、 绿 柱 石 、 锂 云 母 色 云 母 化 、 电 气 合 体 矿 化 区 间 石 化 ꢀ 成 矿 时 代 为 中 生 ꢀ 层 状 、 似 层 状 、 状 、 带 状 。 代 、 新 生 代 。 产 于 锡 石 花 岗 岩 或 锡 石 蚀 变 ( 钠 长 石 化 、 云 W、 电 气 WW ꢀ 锡 石 , 伴 生 黑 钨 矿 、 白 钨 矿 、 铌 钽 铁 矿 、 磷 钇 透 镜 ꢀ 锡 石 0 15 ~ 花 岗 岩 风 化 壳 锡 矿 ꢀ 风 化 壳 锡 ꢀ 云 南 云 龙 、 泰 白 山 3 长 宽 一 般 数 百 米 直 至 千 米 以 上 , 0 4 kg/ m , 伴 ꢀ 小 、 中 、 矿 石 。 土 状 、 重 要 国 生 W、 Nb、 Ta、 大 型 英 岩 化 、 硅 化 半 . 松 散 K 状 Y 矿 、 1 钛 铁 矿 1、 金 4.CN 厚 数 米 至 数 十 米 直 至 百 米 以 上 TR、 Ti 石 化 等 ) 花 岗 岩 的 顶 部 风 化 壳 中 红 石 成 矿 时 代 为 新 生 ꢀ代 。 产 于 现 代 残 坡 ꢀ 广 西 平 桂 、 马 西 亚 坚 打 谷 、 泰 泰 孟 地 区 ꢀ 锡 石 为 主 , 伴 砂 锡 矿 积 、 冲 积 、 洪 积 物 ꢀ状 。层 厚 可 达 5 m, 状 和 透 镜 ꢀ 锡 石 砂 矿 ꢀ 锡 5 kg/ m3 , 石 0伴 2 生~ ꢀ 小 、 中 数 重 要 来 生 有 钛 铁 矿 、 白 钨 矿 、 锆 石 、 黑 钨 矿 中 , 部 分 埋 藏 在 河 谷 中 延 长 可 达 数 公 里 Ti、 W、 Zr 国 表 2-10ꢀ 钼 矿 床 地 质 - 工 业 类 型 及 其 特 征 矿 床 规 模 相 对 矿 床 类 型 地 质 特 点 矿 体 形 态 及 规 模 矿 石 类 型 主 要 矿 石 矿 物 矿 石 质 量 特 点 矿 床 实 例 重 要 性 ꢀ 辽 宁 杨 ꢀ 成 矿 时 代 为 古 生 状ꢀ 。似 厚层 几状 米、 透至 镜百 ꢀ 辉 钼 矿 、 伴 生 家 肖 杖 子 、 营 ꢀ 钼 硫 化 矿 。 ꢀ 含 Mo 0 02生% ~ 0 3% , 伴 代 及 中 生 代 。 产 于 花 岗 岩 类 、 闪 长 岩 类 岩 体 与 碳 酸 盐 岩 接 触 带 的 矽 卡 岩 中 钼 白 钨 矿 、 白 钨 矿 或 黑 钨 矿 、 黄 铜 矿 及 少 量 闪 锌 矿 小 、 中 、 大 型 , 时 有 特 大 型 家 矽 卡 岩 钼 矿 块 状 、 角 砾 余 米 , 走 向 几 十 米 至 2 km, 倾 向 几 十 米 至 1 km 重 要 子 、 俄 罗 状 、 细 脉 状 、 Cu、 W、 Bi、 Se、 Te、 Sn、 Au、 Ag 斯 特 尔 内 兹 、 韩 国 上 东 浸 染 状 奥 ꢀ 成 矿 时 代 以 新 生 代 为 主 , 其 次 为 中 生 代 、 古 生 代 。 ꢀ 陕 西 金 城 、 美 矿ꢀ 。铜 钼 硫 化 ꢀ 辉 钼 矿 、 伴 生 ꢀ 含 Mo 0 01% ~ 0 25% , 伴 生 产 ꢀ状 。 面 积 几 千 至 几 万 平 方 米 , 深 达 1 km 以 上 囊 柱 状 、 网 脉 堆 细 脉 细 浸 脉 黄 铜 矿 、 黑 钨 矿 或 白 钨 矿 、 斑 铜 矿 、 方 铅 矿 、 闪 锌 矿 斑 岩 钼 矿 于 花 岗 岩 类 斑 岩 体 及 外 接 触 带 中 , 具 钾 长 石 化 、 绢 英 岩 中 、 大 、 特 大 型 国 克 莱 克 染 状 、 Cu、 W、 Bi、 Pb、 Zn、 Au、 Ag、 Se、 Te、 Re、 Ge 重 要 斯 、 智 利 卡 状 、 浸 染 状 、 丘 基 时 有 角 砾 状 化 、 泥 化 、 青 化 带 盘 岩 马 塔 ꢀ 56 2ꢀ 矿 山 地 质 及 水 文 地 质  ꢀ 续 表 2-10 矿 床 规 模 相 对 矿 床 类 型 地 质 特 点 矿 体 形 态 及 规 模 矿 石 类 型 主 要 矿 石 矿 物 矿 石 质 量 特 点 矿 床 实 例 重 要 性 ꢀ 成 矿 时 代 为 中 生 ꢀ 钼 硫 化 矿 。 ꢀ 辉 钼 矿 、 伴 生 黑 钨 矿 、 锡 石 、 矿 、 辉 代 、 新 生 代 。 产 于 花 岗 岩 岩 体 顶 部 裂 隙 中 , 有 时 在 外 接 触 带 中 ꢀ 脉 状 囊 、 柱 状 网 脉 体 。 深 可 达 500 m 细 脉 浸 染 状 、 细 脉 状 、 浸 染 ꢀ 含 Mo 0 03生% ~ 0 3% , 伴 云 英 岩 钼 矿 ꢀ 俄 罗 斯 卡 拉 奥 巴 黄 铁 铋 小 、 中 型 小 、 中 、 大 型 小 、 中 型 次 要 状 、 时 砾 状 有 角 矿 、 磁 黄 铁 矿 、 方 铅 矿 、 闪 锌 矿 W、 Sn ꢀ 成 矿 时 代 以 中 生 代 为 主 。 产 于 花 岗 岩 类 岩 体 内 外 接 触 ꢀ 钼 硫 化 矿 。 细 脉 状 、 浸 染 ꢀ 含 Mo 0 05生% ꢀ 辉 钼 矿 、 伴 生 ꢀ 脉 状 、 脉 带 。 ~ 0 9% , 伴 ꢀ 浙 江 石 坪 川 石 英 钼 矿 带 的 裂 隙 中 , 围 岩 具 钾 长 石 化 、 云 英 岩 化 、 黄 铁 绢 英 岩 化 、 硅 化 黑 钨 矿 、 锡 石 及 其 他 硫 化 物 次 要 深 可 达 800 m 状 、 细 染 状 脉 浸 W、 Sn、 Bi、 Se、 Pb、 Zn、 Ag ꢀ 成 矿 时 代 为 早 寒 ꢀ 层 状 、 似 层 状 、 透 镜 状 。 长 数 米 ꢀ 含 Mo 0 3生% ꢀ 硫 钼 矿 、 二 硫 钼 矿 、 辉 钼 矿 、 矿 、 针 矿 、 黄 铁 矿 武 纪 。 产 于 黑 色 含 磷 碳 硅 页 岩 建 造 的 轻 微 改 造 碳 硅 质 页 岩 中 ~ 0 7% , 伴 ꢀ 湖 南 大 碳 硅 页 岩 钼 矿 潜 在 资 源 至 3350 m, 宽 ꢀ 镍 硫 化 矿 Ni、 V、 U、 P、 Ba、 Se、 Ti、 Re、 Pt 族 、 TR 庸 、 云 德 泽 南 辉 镍 镍 500 m, 深 250 m, 厚 0 16 ~ 3 18 m 2  2 4 4ꢀ 钴 矿 床 中 国 钴 矿 资 源 不 多 , 独 立 钴 矿 床 尤 少 , 主 要 作 为 伴 生 矿 产 与 铁 、 镍 、 铜 等 其 他 矿 产 一 道 产 出 。 已 知 钴 矿 产 地 150 处 , 分 布 于 24 个 省 ( 区 ) , 以 甘 肃 省 储 量 最 多 , 约 占 全 国 总 储 量 的 30% 。 全 国 总 保 有 储 量 钴 47 万 吨 。 WWW.KY114.CN 矿 床 类 型 有 岩 浆 型 、 热 液 型 、 沉 积 型 、 风 化 壳 型 4 类 。 以 岩 浆 型 硫 化 铜 镍 钴 矿 和 矽 卡 岩 铁 铜 钴 矿 为 主 , 占 总 量 6 5% 以 上 ; 其 次 为 火 山 沉 积 与 火 山 碎 屑 沉 积 型 钴 矿 , 约 占 总 储 量 17% 。 钴 矿 成 矿 时 代 以 元 古 宙 和 中 生 代 为 主 , 古 生 代 和 新 生 代 次 之 。 2 2 4 5ꢀ 锑 和 汞 矿 床 中 国 是 世 界 上 汞 矿 资 源 比 较 丰 富 的 国 家 之 一 。 总 保 有 储 量 汞 8 14 万 吨 , 居 世 界 第 3 位 。 以 贵 州 省 为 最 多 , 其 储 量 为 全 国 汞 储 量 的 40% , 其 次 为 陕 西 和 四 川 , 以 上 3 省 汞 储 量 占 全 国 的 74% 。 著 名 汞 矿 有 贵 州 万 山 汞 矿 、 务 川 汞 矿 、 丹 寨 汞 矿 、 铜 仁 汞 矿 以 及 湖 南 的 新 晃 汞 矿 等 。 汞 矿 矿 床 类 型 分 为 碳 酸 盐 岩 型 、 碎 屑 岩 型 和 岩 浆 型 3 种 。 碳 酸 盐 岩 型 占 主 要 地 位 , 拥 有 汞 储 量 90% 以 上 , 贵 州 万 山 等 特 大 型 汞 矿 皆 属 此 类 型 , 其 次 为 碎 屑 岩 型 。 我 国 已 知 大 多 数 汞 矿 床 产 于 中 、 下 寒 武 纪 地 层 之 中 ( 占 储 量 80% 以 上 ) 。 在 前 寒 武 纪 、 中 生 代 、 新 生 代 也 有 汞 矿 形 成 , 但 不 占 重 要 地 位 。 中 国 是 世 界 上 锑 矿 资 源 最 为 丰 富 的 国 家 。 总 保 有 储 量 锑 278 万 吨 , 居 世 界 第 1 位 。 以 广 西 锑 储 量 为 最 多 , 约 占 全 国 的 41 3% ; 其 次 为 湖 南 、 云 南 、 贵 州 、 甘 肃 、 广 东 等 省 。 锑 矿 矿 床 类 型 有 碳 酸 盐 岩 型 、 碎 屑 岩 型 、 浅 变 质 岩 型 、 海 相 火 山 岩 型 、 陆 相 火 山 岩 型 、 岩 浆 期 后 型 和 外 生 堆 积 型 7 类 , 以 碳 酸 盐 岩 型 锑 矿 为 最 重 要 。 世 界 著 名 的 湖 南 锡 矿 山 锑 矿 和 广 西 大 厂 锡 、 锑 多 金 属 矿 皆 属 此 类 型 。 从 成 矿 时 代 来 看 , 除 侏 罗 纪 和 白 垩 纪 地 层 中 尚 未 发 现 有 工 业 矿 床 外 , 震 旦 纪 到 第 四 纪 都 有 锑 矿 分 布 ; 但 其 改 造 成 矿 的 时 代 主 要 集 中 在 中 生 代 的 燕 山 期 。 锑 和 汞 矿 的 矿 床 地 质 - 工 业 类 型 及 其 特 征 见 表 2-11、 表 2-12。 2 2 5ꢀ 贵重和稀有金属矿床 2  2 5 1ꢀ 金 、 银 和 铂 族 金 属 矿 床 中 国 金 矿 资 源 比 较 丰 富 。 总 保 有 储 量 金 4265t, 居 世 界 第 7 位 。 就 省 区 论 , 以 山 东 独 立 金 矿 床 最 多 , 金 矿 储 量 占 总 储 量 14 37% ; 江 西 伴 生 金 矿 最 多 , 占 总 储 量 12 6% ; 黑 龙 江 、 河 南 、 湖 北 、 陕 西 、 四 川 等 省 金 矿 资 源 ꢀ 2 2ꢀ 矿 床 地 质  表 2-11ꢀ 锑 矿 床 地 质 - 工 业 类 型 及 其 特 征 矿 床 相 对 矿 床 类 型 地 质 特 点 矿 体 形 态 及 规 模 矿 石 类 型 主 要 矿 石 矿 物 ꢀ 辉 锑 矿 或 辰 砂 矿 石 质 量 特 点 矿 床 实 例 规 模 重 要 性 ꢀ 成 矿 时 代 以 中 生 代 为 主 , 次 为 古 生 ꢀ 锑 硫 化 矿 ꢀ 湖 南 锡 山 、 贵 ꢀ 整 合 透 镜 状 、 似 层 状 。 由 多 层 厚 数 十 厘 米 含 矿 体 互 层 组 成 - 辉 锑 矿 , 伴 ꢀ 含 Sb生2% ~ 或 汞 锑 硫 化 矿 。 浸 染 状 、 矿 州 层 状 锑 矿 代 、 新 生 代 。 产 于 和 汞 锑 矿 硅 酸 盐 及 碳 酸 盐 沉 积 岩 中 , 位 于 大 断 生 黑 钨 矿 、 黄 铁 矿 、 黄 铜 矿 、 方 铅 矿 、 闪 锌 矿 、 雄 黄 6% , 伴 Hg、 中 、 大 型 至 特 大 型 重 要 晴 隆 、 As、 Au、 Ag、 W、 Zn、 Pb 块 状 、 角 砾 俄 罗 斯 卡 达 姆 扎 依 状 、 晶 簇 状 裂 附 近 ꢀ 脉 状 、 脉 带 、 带 状 矿 化 体 。 厚 数 ꢀ 成 矿 时 代 以 中 生 ꢀ 辉 锑 矿 , 次 为 代 为 主 , 次 为 古 生 代 、 新 生 代 。 产 于 各 种 沉 积 岩 石 的 交 ꢀ 含 钨 金 锑 自 然 金 、 白 钨 铁 ꢀ 溪 、 玻 湖 南 沃 十 厘 膨 胀 处 ) , 1脉2 长m 米 至 ꢀ 含 Sb生2% ~ 石 英 脉 金 锑 矿 硫 化 矿 。 染 块 矿 , 伴 生 黄 ꢀ 小 、 中 型 为 主 利 ( 5% , 伴 Au、 较 重 要 状 、 浸 状 、 矿 、 毒 砂 、 脆 硫 维 亚 卡 拉 科 塔 数 百 米 至 1 km, W、 As、 Pb 叉 断 裂 中 裂 和 层 间 断 细 脉 浸 染 状 锑 铅 矿 、 硫 锑 深 300 ~ 400 m, 铅 矿 直 至 千 余 米 ꢀ 成 矿 时 代 以 新 生 代 为 主 , 次 为 古 生 代 、 中 生 代 。 产 于 各 种 岩 石 的 断 裂 带 ꢀ 脉 带 、 脉 状 。 ꢀ 锑 硫 化 矿 。 伴 生 黄 铁 矿 、 砂 、 矿 、 方 铅 矿 ꢀ 辉 锑 矿 , 伴 生 ꢀ 含 Sb2% ~ 石 英 脉 锑 矿 长 数 十 至 数 百 小 、 中 型 , ꢀ 可 达 大 型 ꢀ半 坡 贵 州 黄 铁 矿 、 辰 砂 、 白 钨 矿 、 方 铅 矿 30% , 伴 生 W、 Hg、 As、 Pb 次 要 米 , 厚 数 米 至 十 几 米 辰 白 钨 中 , 常 排 列 呈 雁 行 式 表 2-12ꢀ 汞 矿 床 地 质 - 工 业 类 型 及 其 特 征 矿 床 规 模 相 对 矿 床 类 型 地 质 特 点 矿 体 形 态 及 规 模 矿 石 类 型 主 要 矿 石 矿 物 矿 石 质 量 特 点 矿 床 实 例 重 要 性 ꢀ 辰 砂 、 辉 锑 ꢀ 贵 州 万 ꢀ 成 矿 时 代 为 新 生 ꢀ 矿 , 伴 生 锑 黑 辰 ꢀ 厚 数 米 至 十 几 砂 、 锑 汞 矿 , 时 含 Hg 0 15% ꢀ 或 锑 汞 ꢀ 中 、 大 、 WWW.K硫 化 Y114.CN 米 , 长 宽 达 数 百 有 自 然 汞 , 其 他 ~ 2 0%, 伴 生 重 要 矿 。 浸 染 状 、 特 大 型 米 , 偶 尔 达 数 有 黄 铁 矿 、 白 铁 Sb、 Cu、 Te、 Pb、 Zn 细 脉 浸 染 状 千 米 矿 、 毒 砂 及 铜 、 铅 、 锌 硫 化 物 层 状 、 透 镜 状 。 汞 硫 化 矿 山 、 务 川 , 西 班 牙 阿 代 、 中 生 代 。 常 产 层 状 汞 矿 和 锑 汞 矿 于 背 斜 构 造 内 页 岩 之 下 的 碳 酸 盐 岩 层 中 , 具 硅 化 尔 马 登 、 俄 罗 斯 海 达 尔 坎 ꢀ 辰 砂 、 偶 见 科 ꢀ 成 矿 时 代 为 中 生 代 、 新 生 代 。 产 于 各 种 ꢀ 脉 状 。 长 几 米 尔 德 罗 石 较 多 , 少 量 辉 锑 矿 、 黄 铜 矿 、 方 铅 矿 、 至 300m, 偶 达 ꢀ 含 Hg 0 1生% ꢀ 湖 北 钟 湾 、 美 ꢀ 汞 硫 化 矿 。 岩 石 的 断 裂 500m, 宽 几 米 , 偶 达 几 十 米 , 延 伸 几 十 至 200m, 偶 可 达 700m ~ 1 0% , 伴 小 、 中 至 大 型 鼓 脉 状 汞 矿 浸 染 状 、 细 脉 浸 染 状 次 要 中 , 具 滑 石 菱 镁 片 岩 化 , 少 数 碳 酸 盐 化 和 泥 化 Sb、 Cu、 Pb、 Zn、 Bi、 As 国 新 阿 尔 马 登 闪 锌 矿 、 辉 雄 黄 、 铋 黄 矿 、 铁 矿 也 较 丰 富 。 金 矿 矿 床 分 内 生 、 外 生 两 大 类 。 内 生 矿 床 中 以 岩 浆 - 热 液 破 碎 带 蚀 变 岩 型 和 石 英 脉 型 为 最 重 要 , 前 者 如 山 东 焦 家 金 矿 , 后 者 如 小 秦 岭 地 区 ; 沉 积 改 造 微 细 粒 型 金 矿 具 有 较 大 找 矿 潜 力 ( 如 贵 州 黔 西 南 金 矿 ) ; 砂 金 矿 亦 占 有 重 要 地 位 。 金 矿 成 矿 时 代 的 跨 度 很 大 , 从 距 今 约 28 亿 年 的 太 古 宙 开 始 , 一 直 到 第 四 纪 都 有 金 矿 形 成 。 但 56% 的 金 矿 储 量 集 中 在 前 寒 武 纪 , 其 次 为 中 生 代 和 新 生 代 金 矿 储 量 , 占 总 储 量 的 36% , 古 生 代 的 金 矿 相 对 较 少 , 只 占 5 7% 。 我 国 金 矿 的 矿 床 地 质 - 工 业 类 型 及 其 特 征 见 表 2-13。 表 2-13ꢀ 我 国 黄 金 矿 床 地 质 - 工 业 类 型 及 其 特 征 矿 床 规 模 相 对 矿 床 类 型 地 质 特 点 矿 体 形 态 及 规 模 矿 石 类 型 主 要 矿 石 矿 物 矿 石 质 量 特 点 矿 床 实 例 重 要 性 ꢀ 变 质 岩 岩 浆 岩 中 ꢀ 脉 状 。 长 几 ꢀ 自 然 金 、 毒 砂 、 黄 铁 矿 、 磁 黄 铁 矿 、 方 铅 矿 、 闪 锌 矿 ꢀ 含 Au 1伴9 石 英 单 脉 或 复 脉 带 的 脉 体 及 部 分 围 岩 含 金 矿 , 以 分 布 于 太 古 代 绿 岩 带 中 为 主 ꢀ 吉 林 夹 皮 沟 、 湖 石 英 脉 型 金 矿 床 米 至 几 千 米 , 一 般 厚 几 十 至 几 百 厘 米 ꢀ矿 石硫 化 物 ~ 15 g/ t。 ꢀ 较 重 要 , 我 国 重 要 小 至 中 型 生 Ag、 Cu、 南 沃 溪 Pb、 Zn ꢀ 58 2ꢀ 矿 山 地 质 及 水 文 地 质  ꢀ 续 表 2-13 矿 床 规 模 相 对 矿 床 类 型 地 质 特 点 矿 体 形 态 及 规 模 矿 石 类 型 主 要 矿 石 矿 物 矿 石 质 量 特 点 矿 床 实 例 重 要 性 ꢀ 矿 体 严 格 受 断 裂 构 造 控 制 , 产 于 中 破 碎 带 蚀 酸 性 岩 , 混 - 合 ꢀ 脉 状 。 长 几 ꢀ 自 然 金 、 银 金 矿 、 黄 铁 矿 、 黄 铜 矿 、 方 铅 矿 、 闪 锌 矿 岩 浆 ꢀ 含 Au伴 2生~ 百 至 千 余 米 , 厚 几 米 至 几 十 米 , 形 态 较 简 单 ꢀ 贫 硫 物 矿 石 化 多 为 中 至 大 型 ꢀ 次 要 , 我 国 重 要 ꢀ 山 东 焦 家 、 三 山 岛 变 岩 型 金 矿 床 岩 、 变 质 岩 中 , 含 矿 岩 石 硅 化 、 黄 铁 绢 英 岩 化 。 以 分 布 于 太 古 代 绿 岩 带 中 为 主 10 g/ t。 Ag ꢀ 矿 床 产 于 火 山 岩 ꢀ 饼 状 、 筒 状 、 漏 斗 状 等 不 规 则 形 态 。 发 育 地 区 的 中 酸 性 侵 入 岩 , 次 火 山 岩 、 角 砾 岩 顶 部 边 部 及 ꢀ 自 然 金 、 黄 ꢀ 含 Au 1伴5 斑 岩 型 金 矿 床 长 几 ꢀ矿 石硫 化 物 铁 矿 、 黄 铜 矿 、 方 铅 矿 、 辉 银 矿 、 辉 锑 矿 ꢀ 次 要 , 我 国 较 重 要 ꢀ 黑 龙 江 团 结 沟 ~ 15 g/ t。 小 至 大 型 十 至 千 余 米 , 厚 零 点 几 米 至 几 十 米 生 Ag 围 岩 中 , 围 发 育 岩 蚀 变 ꢀ 太 古 、 元 古 和 古 生 界 的 变 质 硅 质 岩 , 电 气 石 石 英 岩 , 硅 铁 建 ꢀ 一 般 是 自 然 层 状 变 质 造 的 镁 铁 碳 酸 盐 层 , 型 金 矿 床 粉 砂 岩 , 炭 泥 质 岩 含 矿 。 矿 体 中 常 包 含 ꢀ状 。层 长 状 、 似 几 十 层 米 ꢀ矿 石硫 化 物 ꢀ ~ 17 7 g/ t。 含 Au 5 6 ꢀ 较 重 要 , 我 国 次 要 ꢀ 辽 宁 四 道 沟 金 、 黄 铁 矿 、 磁 黄 铁 矿 、 毒 砂 、 中 至 大 型 至 2 5 km, 厚 1 伴 生 Pb、 Zn、 Mo、 Cu 个 别 见 辉 钼 ~ 45 m 矿 、 辉 锑 矿 有 石 英 脉 、 细 脉 、 网 脉 ꢀ 产 于 古 生 代 及 以 后 未 变 质 或 浅 变 质 含 炭 泥 砂 质 碳 酸 盐 ꢀ 似 层 状 为 主 。 ꢀ 自 然 金 、 黄 ꢀ 含 Au 0 46 层 状 微 细 浸 染 岩 或 砂 页 岩 中 W , 少 见 WW.KY114.CNꢀ 最 长 可 达 千 米 , ꢀ 微 染 矿 细 浸 铁 矿 、 毒 砂 、 雄 黄 、 雌 黄 、 辉 锑 矿 、 辰 砂 ~ 9 95 g/ t。 伴 生 Hg、 Ag、 As、 Tl 较 重 要 , 我 国 次 要 ꢀ板 其 贵 州 于 火 山 岩 中 。 金 粒 小 至 大 型 最 厚 可 达 几 型 金 矿 床 微 细 , 一 般 硫 化 物 与 化 十 米 少 , 矿 石 难 辨 识 。 汞 、 锑 、 砷 、 钼 共 生 矿 ꢀ 产 于 含 金 岩 石 风 ꢀ 成 分 复 杂 , 化 壳 中 或 含 低 品 位 金 的 硫 化 物 矿 化 的 铁 帽 中 或 在 基 性 超 基 性 岩 风 化 的 红 土 型 三 水 铝 土 矿 石 及 ꢀ 多 呈 脉 状 、 柱 有 硫 化 物 、 硫 盐 、 碲 化 物 、 自 火 山 热 液 型 金 矿 床 状 、 不 规 则 状 。 单 脉 长 十 余 至 千 余 米 , 厚 几 十 至 千 余 厘 米 ꢀ 含 Au 0伴8 ꢀ 广 西 叫 曼 、 吉 鹁 鸽 砬 子 ꢀ 物 矿 石 为 主 贫 硫 化 ꢀ 较 重 要 , 我 国 次 要 然 元 素 等 。 脉 ~ 80 g/ t。 小 至 大 型 林 石 多 含 玉 髓 、 生 Ag、 Cu、 Te 冰 长 石 、 蛋 其 下 伏 铁 质 黏 土 白 石 带 中 ꢀ 似 层 状 。 长 可 达 千 余 米 , 厚 可 达 几 米 至 几 十 米 , 或 可 因 原 生 地 质 体 产 状 不 同 而 呈 复 杂 形 态 ꢀ 主 要 产 于 河 流 冲 积 物 内 。 ꢀ 金 、 银 的 氯 、 溴 化 合 物 , 褐 风 化 壳 型 金 ꢀ 含 Au 3 0 ~ 14 5 g/ t。 伴 生 Ag 或 洪 积 物 ꢀ新 桥 安 徽 ꢀ ꢀ 氧 化 矿 石 小 至 大 型 ꢀ ꢀ 次 要 残 坡 积 和 湖 滨 海 岸 砂 矿 不 重 要 铁 矿 或 自 然 矿 床 金 , 三 水 铝 石 ꢀ 的 产 状 近 水 平 ꢀ 他 自 然 金 及 其 ꢀ 兴 黑 龙 江 隆 沟 、 砂 金 矿 床 层 状 、 似 层 化 ꢀ 含 Au 0 2 较 重 要 , ꢀ 砂 矿 石 一 些 重 砂 小 至 大 型 状 。 规 模 变 ~ 0 5 g/ t 我 国 重 要 矿 物 内 蒙 金 盆 较 大 中 国 是 银 矿 资 源 中 等 丰 度 的 国 家 。 总 保 有 储 量 银 11 65 万 吨 , 居 美 国 、 加 拿 大 、 墨 西 哥 、 澳 大 利 亚 、 秘 鲁 等 国 家 之 后 , 约 处 世 界 第 6 位 。 我 国 银 矿 分 布 较 广 , 以 江 西 银 储 量 为 最 多 , 占 全 国 的 15 5% ; 其 次 为 云 南 、 内 ꢀ 2 2ꢀ 矿 床 地 质  蒙 古 、 广 西 、 湖 北 、 甘 肃 等 省 ( 区 ) 银 资 源 亦 较 丰 富 。 银 矿 成 矿 的 一 个 重 要 特 点 , 就 是 80% 的 银 是 与 其 他 金 属 , 特 别 是 与 铜 、 铅 、 锌 等 有 色 金 属 矿 产 共 生 或 伴 生 在 一 起 。 我 国 重 要 的 银 矿 区 有 江 西 贵 溪 冷 水 坑 、 广 东 凡 口 、 湖 北 竹 山 、 辽 宁 凤 城 、 吉 林 四 平 、 陕 西 柞 水 、 甘 肃 白 银 、 河 南 桐 柏 银 矿 等 。 矿 床 类 型 有 火 山 - 沉 积 型 、 沉 积 型 、 变 质 型 、 侵 入 岩 型 、 沉 积 改 造 型 等 几 种 , 以 火 山 - 沉 积 型 和 变 质 型 为 最 重 要 。 从 成 矿 时 代 分 析 , 除 太 古 宙 和 新 生 代 没 有 发 现 具 工 业 意 义 的 银 矿 床 外 , 自 元 古 宙 到 中 生 代 都 有 大 中 型 银 矿 床 产 出 , 其 中 以 中 生 代 形 成 的 银 矿 最 多 。 中 国 铂 族 金 属 矿 产 资 源 比 较 贫 乏 , 总 保 有 储 量 铂 族 金 属 310 t。 其 中 以 甘 肃 为 最 多 , 占 全 国 总 储 量 7% ; 其 次 为 云 南 、 四 川 、 黑 龙 江 等 省 。 铂 族 金 属 矿 产 矿 床 类 型 主 要 为 岩 浆 熔 离 铜 镍 铂 钯 矿 床 、 热 液 再 造 5 铂 矿 床 和 砂 铂 矿 床 , 以 前 者 为 最 重 要 , 如 甘 肃 白 家 嘴 子 矿 床 即 属 此 类 。 铂 族 金 属 成 矿 时 代 主 要 为 古 元 古 代 和 古 生 代 。 2  2 5 2ꢀ 稀 有 金 属 矿 床 中 国 是 世 界 上 铌 、 钽 、 锂 、 铍 等 稀 有 金 属 矿 产 资 源 丰 富 的 国 家 。 总 保 有 储 量 Nb O 388 万 吨 , 仅 次 于 巴 2 5 西 , 居 世 界 第 2 位 。 我 国 铌 矿 已 探 明 储 量 以 内 蒙 古 最 多 , 占 全 国 铌 储 量 的 72% ; 湖 北 次 之 , 占 24% 。 钽 矿 总 保 有 储 量 Ta O 8 4 万 吨 , 居 世 界 首 位 ; 从 地 区 分 布 看 , 江 西 钽 矿 最 丰 富 , 内 蒙 古 、 广 东 次 之 , 三 省 合 计 占 全 国 2 5 钽 储 量 72 5% 。 锂 矿 在 九 个 省 ( 区 ) 有 分 布 , 保 有 氯 化 锂 储 量 1667 万 吨 , 氧 化 锂 237 万 吨 , 储 量 居 世 界 第 3 位 ; 从 省 ( 区 ) 看 , 以 青 海 资 源 为 最 丰 富 , 湖 北 、 四 川 等 省 次 之 。 铍 矿 在 15 个 省 ( 区 ) 有 产 出 , 总 保 有 储 量 BeO 2 3 万 吨 , 以 新 疆 、 内 蒙 古 铍 储 量 最 多 , 分 别 占 全 国 的 29 4% 和 27 8% ; 四 川 、 云 南 次 之 , 各 占 16% 左 右 。 以 江 西 宜 春 铌 钽 矿 、 内 蒙 古 白 云 鄂 博 铌 钽 矿 、 新 疆 阿 勒 泰 铍 、 锂 - 稀 有 矿 、 青 海 锂 矿 为 最 重 要 。 铌 、 钽 、 锂 、 铍 矿 床 类 型 有 内 生 矿 床 、 外 生 矿 床 、 变 质 矿 床 和 叠 生 矿 床 4 类 。 内 生 矿 床 中 主 要 与 酸 性 岩 类 和 碱 性 岩 - 碳 酸 岩 有 关 , 外 生 矿 床 中 以 第 四 纪 盐 湖 沉 积 型 为 主 。 铌 、 钽 、 锂 、 铍 矿 床 自 元 古 宙 至 新 生 代 均 有 形 成 , 但 以 中 生 代 和 晚 古 生 代 为 主 。 WWW.KY114.CN 铌 、 钽 、 锂 、 铍 矿 的 矿 床 地 质 - 工 业 类 型 及 其 特 征 见 表 2-14。 表 2-14ꢀ 锂 、 铍 、 铌 、 钽 矿 的 矿 床 地 质 - 工 业 类 型 及 其 特 征 相 对 矿 床 类 型 地 质 特 点 矿 体 形 态 及 规 模 矿 石 类 型 主 要 矿 石 矿 物 矿 石 质 量 特 点 矿 床 规 模 矿 床 实 例 重 要 性 ꢀ 矿 床 赋 存 于 碳 酸 岩 中 , 常 与 超 基 ꢀ 透 镜 状 、 板 状 、 囊 状 及 不 规 则 状 。 矿 体 长 数 百 至 数 千 米 , 厚 数 十 至 数 百 米 ꢀ 含 Nb O 0 1% ~ 2 5 0 5% ~ 铌 、 稀 土 为 性 - 碱 性 杂 岩 共 ꢀ 烧 绿 石 、 独 居 石 、 氟 钽 铈 矿 、 铌 铁 矿 、 铌 铁 金 红 石 ꢀ 巴 西 阿 拉 沙 塔 皮 碳 酸 岩 及 其 风 化 壳 铌 稀 土 矿 4 3%, RE 2 O 3 同 产 出 , 杂 岩 体 呈 大 岩 株 或 大 岩 脉 , 成 矿 时 代 为 前 寒 武 纪 、 中 生 代 、 新 生 代 ꢀ 碳 酸 岩 矿 浸 染 状 5 1%, Ta O 0 01% 大 型 , 钽 为 中 至 大 型 国 外 重 要 2 5 0 03%, 伴 生 U、 Zr、 拉 、 美 国 茫 廷 帕 斯 ~ Ti、 Fe ꢀ 含 Nb O 0 1% ~ 2 2 5 0 002% ꢀ 矿 床 赋 存 于 磷 ꢀ 铈 铌 钙 钛 ꢀ 多 层 状 ( 每 0 4%, Ta O 5 ꢀ 陵 丹 麦 格 兰 、 俄 霞 岩 、 异 性 霞 石 正 长 岩 杂 岩 体 中 , 矿 化 局 限 于 一 定 岩 相 带 中 矿 、 磷 硅 钛 钠 石 、 水 硅 钠 钛 石 、 异 性 石 、 磷 灰 石 碱 性 岩 铌 稀 土 矿 2 5 m) 及0 透2 镜 层 厚 ~ ꢀ 硅 酸 盐 矿 石 浸 染 状 ~ 0 02% , 磷 中 灰 石 大 、 中 型 国 外 重 要 RE O 0 5% ~ 2 3 伴 生 状 , 产 状 平 缓 5  0% , Ti、 Zn、 P ꢀ 似 层 状 、 似 ꢀ 含 矿 花 岗 岩 为 ꢀ 铌 钽 铁 矿 、 细 晶 石 、 褐 钇 ꢀ 含 Nb 2 O 5 0 01% ꢀ 春 、 广 江 西 宜 皮 壳 状 , 长 数 百 至 千 余 米 , 宽 数 十 至 数 百 米 , 厚 二 十 至 近 百 米 花 岗 岩 及 复 式 岩 体 晚 期 相 , 其 风 化 壳 矿 体 产 于 侵 入 体 ~ 0 26% , Ta O 重 要 , 我 国 钽 矿 的 西 2 5 ꢀ 硅 酸 盐 矿 石 浸 染 状 大 中 型 , 少 数 为 小 型 铌 矿 、 锂 云 母 、 0 005% ~ 0 026% 。 栗 木 、 尼 钽 铌 矿 顶 突 部 位 , 成 矿 时 代 为 中 生 代 绿 柱 石 、 锡 石 、 伴 生 Li、 Be、 Rb、 Cs、 黑 钨 矿 主 要 类 型 日 利 亚 Sn、 W 乔 斯 ꢀ 60 2ꢀ 矿 山 地 质 及 水 文 地 质  ꢀ 续 表 2-14 相 对 矿 床 类 型 地 质 特 点 矿 体 形 态 及 规 模 矿 石 类 型 主 要 矿 石 矿 物 矿 石 质 量 特 点 矿 床 规 模 矿 床 实 例 重 要 性 ꢀ 花 岗 伟 晶 岩 成 ꢀ Li O: 0 45% ~ ꢀ 脉 状 、 巢 状 、 2 0 7% ( 高 达 2 9%) ; BeO: 0 05% ~ 0 2% 群 成 组 产 在 中 酸 性 、 酸 性 复 式 侵 入 透 镜 状 及 不 规 则 状 。 长 数 十 至 二 千 多 米 , 宽 数 十 厘 米 至 二 百 余 米 , 延 深 数 十 至 千 米 以 上 ꢀ 新 疆 可 海 、 加 拿 大 伯 湖 、 ꢀ 绿 柱 石 、 锂 辉 石 、 锂 云 母 、 铌 钽 铁 矿 、 细 晶 石 、 富 铪 锆 石 、 铯 榴 石 可 托 花 岗 伟 晶 岩 体 及 其 围 岩 中 , ꢀ 伟 晶 状 盐 ( 高 达 2%) ; Ta O : 5 2 岩 稀 有 金 属 矿 稀 有 金 属 产 出 于 一 定 的 结 构 带 , 伟 晶 岩 主 要 形 成 于 前 寒 武 纪 及 晚 古 生 代 硅 酸 中 至 大 型 重 ꢀ 要 0 011% ~ 0 03% ; Nb O : 0 008% ~ 尼 克 矿 石 俄 罗 斯 科 拉 半 岛 2 5 0  029% 。 伴 生 Zr、 Hf、 Rb、 Cs ꢀ 铍 主 要 产 于 伴 ꢀ 不 规 则 延 透 伸 生 有 少 量 萤 石 ( 石 英 透 长 石 晶 屑 凝 灰 岩 ) , 少 量 产 于 邻 近 火 山 岩 的 白 云 岩 中 ꢀ 羟 硅 铍 石 、 萤 石 、 蒙 脱 石 、 绢 云 母 、 蛋 白 石 、 钾 长 石 镜 达 状 。 ꢀ 浸 染 状 岩 ꢀ BeO: 0伴 28生% 萤~ ꢀ 美 国 斯 山 、 托 凝 灰 岩 铍 矿 4 km, 矿 数 凝 灰 0 7% 。 石 、 铀 大 ꢀ 型 重 ꢀ 要 波 百 米 , 厚 15 ~ 矿 石 马 斯 山 2 0 m ꢀ体 。脉 沿 状 走 透 镜 向 ꢀ 绿 柱 硫 石 化 ꢀ 绿 柱 石 、 黑 钨 矿 、 白 钨 矿 、 ꢀ Be: 0伴 06生% ~ ꢀ 矿 脉 产 于 花 岗 石 英 脉 铍 矿 岩 及 其 附 近 围 岩 裂 隙 中 , 围 岩 云 英 岩 化 普 遍 中 、 小 型 至 大 型 ꢀ 江 西 下 桐 岭 、 漂 塘 1 00 ~ 700 m, 延 石 英 锡 石 、 辉 铋 矿 、 0 5% 。 W、 较 重 要 深 20 ~ 400 m, 脉 宽 1 m 左 右 物 矿 石 辉 钼 矿 、 黄 Sn、 Mo、 Bi 铁 矿 ꢀ 层 状 。 分 ꢀ 铌 钽 铁 矿 钇5 铌~ ꢀ 铌 钽 铁 矿 、 褐 钇 铌 矿 、 锆 ꢀ 产 于 河 流 阶 地 布 范 围 长 3 ~ 20 km, 宽 0 4 185 g/ m3 , 褐 ꢀ 广 东 派 砂 矿 及 现 代 河 床 和 河 漫 滩 中 ꢀ 砂 矿 石 矿 50 ~ 75 g/ m3 。 多 属 中 、 小 型 次 ꢀ 要 潭 、 广 西 里 松 石 、 独 居 石 、 磷 ~ 12 km, 厚 2 伴 生 锆 石 、 独 居 石 、 WWW.K钇 矿Y114.CN ~ 7 5 m 磷 钇 矿 ꢀ 产 于 盐 湖 沉 积 层 及 湖 水 ( 卤 水 ) 中 , 卤 水 中 呈 氯 化 ꢀ 光 卤 石 、 石 盐 湖 沉 积 及 湖 水 ( 卤 水 ) 锂 矿 ꢀ 层 状 、 透 镜 ꢀ 硫 氯 化 物 、 盐 、 钾 石 盐 、 石 膏 、 杂 卤 石 、 芒 硝 、 泻 利 盐 、 水 氰 镁 石 及 卤 水 ꢀ Li: 102 ~ 320 mg/ L; Rb: 10 8 mg/ L。 伴 生 Cs ꢀ 达 青 海 柴 木 、 美 状 及 液 态 卤 水 层 。 盐 沉 积 厚 数 十 米 居 多 锂 存 在 , 提 取 石 方 灰 酸 盐 矿 多 为 大 型 重 ꢀ 要 便 , 岩 盐 与 石 、 卤 水 国 大 盐 湖 岩 、 白 云 岩 或 盐 层 与 黏 土 层 互 层 2 2 6ꢀ 放射性矿床 放 射 性 矿 床 主 要 包 括 铀 、 钍 矿 床 。 钍 可 在 海 滨 和 河 湖 中 形 成 独 立 的 砂 矿 及 钍 、 铀 砂 矿 , 亦 可 作 为 铀 、 稀 土 等 矿 床 的 伴 生 组 分 。 钍 的 主 要 工 业 矿 物 为 独 居 石 。 目 前 国 内 、 外 利 用 的 放 射 性 矿 床 主 要 是 铀 , 其 主 要 工 业 矿 物 有 沥 青 铀 矿 、 晶 质 铀 矿 、 铀 石 、 铀 黑 及 次 生 铀 矿 物 ; 此 外 一 些 矿 床 常 有 一 部 分 可 供 利 用 的 铀 以 吸 附 状 态 存 在 。 世 界 铀 矿 床 主 要 有 古 砾 岩 型 、 不 整 合 脉 型 、 脉 型 、 浸 染 型 、 砂 岩 型 、 钙 结 岩 等 类 型 。 这 些 矿 床 大 多 成 矿 时 间 早 , 矿 体 形 态 简 单 , 矿 石 品 位 高 , 矿 床 规 模 大 。 我 国 铀 矿 资 源 较 丰 富 , 目 前 发 现 的 矿 床 主 要 集 中 在 我 国 东 南 部 。 目 前 多 按 赋 矿 围 岩 划 分 矿 床 类 型 , 主 要 分 为 花 岗 岩 型 、 火 山 岩 型 、 砂 岩 型 、 碳 硅 泥 岩 型 、 含 铀 煤 型 、 碳 酸 盐 岩 型 、 石 英 岩 型 、 碱 性 岩 型 、 磷 块 岩 型 9 类 , 前 4 类 为 主 要 类 型 。 除 此 以 外 , 还 有 产 于 下 元 古 界 混 合 岩 化 锋 面 部 位 的 古 老 变 质 热 液 铀 矿 床 , 产 于 石 炭 三 叠 系 灰 岩 与 震 旦 系 变 质 岩 不 整 合 界 面 的 铀 - 褐 铁 矿 型 矿 床 , 以 及 黑 色 金 属 、 有 色 金 属 、 稀 有 及 贵 重 金 属 矿 床 中 共 生 伴 生 的 部 分 铀 矿 产 等 。 与 某 些 国 外 主 要 铀 矿 床 相 比 , 我 国 铀 矿 床 成 矿 时 间 晚 , 矿 体 形 态 变 化 大 , 矿 石 品 位 低 , 矿 床 规 模 以 中 小 型 为 主 。 ꢀ 2 2ꢀ 矿 床 地 质  我 国 铀 矿 床 以 地 下 开 采 为 主 。 一 般 采 用 酸 法 水 治 工 艺 , 碳 酸 盐 型 矿 石 则 用 碱 法 浸 出 , 后 者 成 本 较 高 。 个 别 矿 床 已 开 始 采 用 原 地 浸 出 开 采 。 铀 矿 的 矿 床 地 质 - 工 业 类 型 及 其 特 征 见 表 2-15。 表 2-15ꢀ 我 国 铀 矿 床 地 质 - 工 业 类 型 及 其 特 征 矿 床 类 型 地 质 特 点 成 矿 时 代 形 态 、 产 状 及 规 模 主 要 矿 石 矿 物 矿 石 质 量 伴 生 组 分 矿 床 实 例 ꢀ 分 布 在 花 岗 岩 体 内 及 其 外 接 触 带 。 大 多 数 铀 矿 床 与 海 西 晚 期 、 印 支 期 , 特 别 是 燕 山 期 复 式 大 花 岗 岩 体 有 空 间 和 成 因 关 系 。 产 铀 岩 体 的 岩 性 主 要 是 中 粗 粒 似 斑 状 黑 云 母 花 岗 岩 、 二 云 母 花 岗 岩 。 铀 矿 化 受 断 裂 构 造 控 制 , 铀 矿 体 赋 存 于 低 级 别 、 低 序 次 断 裂 ꢀ 硅 酸 盐 型 矿 石 。 变 余 碎 裂 结 构 , 变 余 碎 裂 花 岗 结 构 , 变 余 角 砾 状 结 构 等 ; 条 带 状 、 块 状 、 ꢀ 脉 状 、 透 镜 状 、 柱 状 。 长 数 十 至 数 百 米 , 宽 几 十 厘 米 至 数 十 米 。 延 深 数 ꢀ 单 铀 型 , 个 别 为 铀 浸 染 状 、 角 环 状 、 肾 状 、 葡 状 构 造 。 成 : 沥 砾 状 、 萄 花 岗 岩 型 铀 矿 床 ꢀ 晚 白 垩 世 - 老 第 三 纪 ꢀ U0 07% ~ 0 563% ; 铅 希 望 铀 矿 Pb4 0% ~ 6 5% 矿 物 组 锌 型 、 铀 钍 型 十 至 数 百 米 。 青 铀 矿 、 晶 构 造 中 。 围 岩 蚀 变 明 倾 斜 到 陡 倾 斜 质 铀 矿 、 赤 黄 铁 矿 、 白 铁 铁 矿 、 矿 、 显 , 成 矿 期 的 热 液 蚀 变 主 要 是 硅 化 、 赤 铁 矿 化 、 萤 石 化 、 黄 铁 矿 化 、 水 云 母 化 、 绿 泥 石 化 及 碳 酸 盐 化 微 晶 石 英 、 萤 石 , 其 次 为 碳 酸 盐 ꢀ 位 于 晚 侏 罗 世 - 早 白 ꢀ 主 要 为 硅 酸 盐 垩 世 断 陷 式 火 山 岩 内 浅 成 超 浅 成 侵 入 体 岩 内 及 其 外 接 触 带 , 有 时 也 在 与 火 山 岩 成 互 层 的 地 层 型 矿 石 。 构 、 角 碎 裂 结 砾 状 结 构 、 胶 状 结 构 、 不 规 则 粒 状 结 构 ; 显 微 浸 WWW.ꢀ KY114.CN 内 。 含 矿 岩 性 为 熔 岩 、 次 火 山 岩 、 火 山 碎 屑 沉 积 岩 及 隐 爆 角 砾 岩 等 。 含 矿 构 造 复 杂 , 受 区 域 群 脉 状 、 网 脉 状 、 巢 状 、 透 镜 状 、 不 规 则 柱 状 染 状 、 细 脉 状 、 被 状 构 造 。 脉 膜 状 、 网 状 、 环 ꢀ 单 轴 型 : Mo、 矿 物 组 ꢀ 单 轴 型 : U0 066% ~ Au、 Ag、 火 山 岩 型 铀 矿 床 ( 含 和 似 层 状 。 矿 成 : 沥 青 、 铀 矿 、 钛 0 366% ; 铁 矿 、 铀 石 、 含 铀 钍 型 : U Be; 个 断 裂 构 造 与 火 山 射 构 状 造 断 ꢀ 晚 侏 罗 世 - 带 ( 矿 体 ) 长 几 十 至 数 百 米 , 宽 几 十 厘 米 至 十 几 米 。 延 深 几 百 米 。 倾 斜 至 陡 倾 斜 ; 似 层 状 矿 体 多 缓 倾 斜 钍 0 128% ~ 0 381% , 别 铀 钍 横 涧 、 ( 环 状 断 裂 、 放 早 白 垩 世 、 第 三 纪 沥 青 铀 矿 、 铀 钍 Th0 05% ~ 0 325% ; 铀 型 : Mo、 Ag、 Cu、 Pb、 Zn; 次 火 山 岩 型 铀 矿 床 ) 大 茶 园 裂 、 各 种 火 山 塌 陷 构 造 矿 、 硅 钙 铀 矿 、 含 钼 型 : U0 100% ~ 等 ) 的 复 合 部 位 控 制 。 钍 铁 铀 矿 、 磷 钍 0 200% , Mo0 100% ~ 铀 矿 化 常 产 于 不 同 火 山 岩 层 和 不 同 火 山 岩 相 、 次 火 山 岩 的 界 面 之 中 或 界 面 接 触 带 变 异 部 位 或 韵 律 发 青 岩 段 。 围 岩 蚀 变 有 水 云 母 化 、 萤 石 化 、 绿 泥 石 化 、 黄 铁 矿 化 、 赤 铁 矿 化 等 石 、 氢 氧 铀 铀 矿 、 水 0 300% 云 铀 , 钼 铀 矿 , 砷 母 、 钼 型 : Ag、 胶 硫 钼 矿 、 辉 矿 、 赤 矿 、 闪 Re 矿 、 黄 矿 、 方 铁 铁 铅 锌 矿 、 石 英 、 萤 石 、 绿 泥 石 、 方 灰 石 等 解 石 、 磷 ꢀ 赋 存 在 中 新 生 代 陆 相 红 色 浅 色 岩 系 ” 中 , 含 矿 岩 碎 屑 岩 建 造 盆 地 “ ꢀ 层 状 、 似 层 ꢀ 硅 酸 盐 型 矿 石 。 不 规 则 粒 状 、 偏 胶 石 为 浅 灰 、 灰 绿 、 灰 黑 及 黑 色 的 花 岗 质 砾 岩 、 长 石 砂 岩 、 长 石 石 英 砂 岩 、 粉 砂 岩 和 泥 岩 。 常 含 有 金 属 硫 化 物 、 有 机 质 及 黏 土 等 。 沉 积 相 属 三 角 洲 和 湖 泊 相 。 在 淋 积 型 铀 矿 床 中 , 含 矿 岩 系 上 、 下 的 不 整 合 面 以 及 顺 层 发 育 的 氧 化 - 还 原 界 面 对 铀 矿 化 起 着 明 显 的 控 制 作 用 状 、 透 镜 状 、 不 规 则 状 、 卷 状 , 常 呈 多 层 结 构 ꢀ 状 结 构 ; 层 造 、 微 层 理 等 。 成 : 沥 状 构 矿 铀 ꢀ 单 轴 型 铀: U铜0 0型8%: ~ 几 百 米 ,长厚 1几0 至十 至 几 百 厘 米 , 延 深 几 十 至 几 百 米 , 与 围 岩 产 状 Au、 Ni、 Co 一 般 多 为 单 铀 型 矿 床 砂 岩 型 铀 矿 床 ꢀ 新 第 三 纪 、 第 四 纪 物 组 青 0 129%; U 汪 家 冲 、 柏 坊 矿 , 铀 石 和 吸 附 状 0 06% ~0 150%, Cu4% ~ 态 铀 、 黄 黝 铜 矿 、 闪 矿 、 黄 铁 矿 、 砷 8 5% 锌 矿 、 胶 硫 钼 铜 基 本 一 致 , 缓 矿 等 倾 斜 ꢀ 62 2ꢀ 矿 山 地 质 及 水 文 地 质  ꢀ 续 表 2-15 伴 生 组 分 矿 床 实 例 矿 床 类 型 地 质 特 点 成 矿 时 代 形 态 、 产 状 及 规 模 主 要 矿 石 矿 物 矿 石 质 量 ꢀ 含 碳 硅 岩 含 碳  泥 岩 、 ꢀ 盐 型 硅 酸 盐 型 、 碳 酸 泥 质 硅 岩 、 炭 质 板 岩 、 白 云 质 泥 岩 、 硅 质 白 云 岩 、 硅 质 灰 岩 等 , 富 含 有 机 矿 石 。 嵌 泥 质 结 构 , 镶 结 构 , 显 微 变 晶 鳞 片 结 质 、 磷 质 和 黄 铁 矿 等 。 ꢀ 似 层 状 、 透 镜 构 ; 角 状 、 条 砾 带 状 、 浸 状 、 裂 染 隙 组 矿 化 受 有 利 层 位 和 层 间 断 裂 破 碎 带 、 大 断 裂 旁 侧 的 次 级 破 碎 带 控 制 。 沉 积 成 岩 型 和 淋 积 型 铀 矿 床 , 物 质 成 分 简 单 , 铀 主 要 以 吸 附 状 态 存 在 , 有 时 有 少 量 沥 青 铀 矿 。 热 液 改 造 型 铀 矿 床 的 矿 物 和 化 学 成 分 较 复 杂 , 有 较 多 的 脉 石 矿 物 和 金 属 硫 化 物 。 铀 矿 物 主 要 是 沥 青 铀 矿 。 围 岩 蚀 变 不 强 , 有 硅 化 、 红 化 等 状 、 囊 状 、 串 珠 状 及 不 规 则 状 。 长 几 十 至 几 百 米 , 厚 几 十 厘 米 至 几 十 米 , 延 深 几 十 至 几 百 米 。 产 状 与 围 岩 一 状 构 造 。 矿 物 ꢀ 单 铀 成 : 显 微 沥 青 铀 矿 ꢀ 单 铀 型 铀: U0钼 09型%: ~ 型 : P、 V、 金 银 寨 、 黄 材 、 荃 茗 碳 硅 泥 岩 型 铀 矿 床 ꢀ 新 第 三 纪 白 垩 纪 到 和 吸 附 状 态 铀 、 黄 0 213% ; U Cd; 铀 钼 铁 矿 、 闪 钼 矿 、 胶 锌 硫 矿 、 辉 0 09% ~ 0 168% , Mo 型 : Ni、 钼 锑 铁 矿 、 0 06% ~ 0 200% VSb、、 Re As、 蓝 钼 矿 、 辉 硫 镉 矿 、 赤 矿 、 矿 、 致 , 倾 倾 斜 斜 到 陡 褐 铁 矿 、 辰 砂 、 少 量 自 然 汞 、 微 晶 石 英 、 萤 石 、 绿 泥 石 、 高 岭 石 、 白 碳 酸 盐 云 石 、 ꢀ 含 铀 煤 系 地 层 通 常 分 ꢀ 硅 酸 盐 型 矿 石 。 铀 集 合 体 的 分 布 形 式 为 星 点 状 、 豆 布 于 以 花 岗 岩 、 喷 发 岩 或 沉 积 变 质 岩 为 基 底 的 中 、 新 生 代 含 煤 盆 地 中 之 泥 炭 沼 泽 相 , 河 漫 滩 ꢀ 似 层 状 、 透 镜 状 、 巢 状 , 长 几 十 至 数 千 米 , 厚 几 十 厘 米 至 数 米 , 延 深 几 十 至 几 百 米 。 产 状 与 围 岩 一 致 , 急 倾 斜 到 缓 倾 斜 状 、 薄 膜 状 、 皮 壳 铀 达 拉 地 ꢀ 铀 煤 型 : U锗0煤097% ~ 状 、 浸 染 状 等 。 ꢀ 铀 煤 ( 铀 煤 型 ) 、 云 南 大 寨 含 铀 煤 型 铀 矿 床 ꢀ三 纪主 要 为 第 0 25% ; 铀 型 : U 洼 地 相 及 河 流 相 中 。 含 有 机 质 呈 云 雾 状 。 物 : 黄 矿 、 褐 铁 矿 、 石 膏 、 硒 、 硒 Se、 RMeo、 0 094% ~ 0 15% , Ge 矿 主 岩 一 般 为 含 铀 煤 和 浅 色 碎 屑 岩 。 铀 矿 体 赋 存 在 煤 层 顶 、 底 部 的 褐 煤 或 烟 煤 中 或 砂 岩 、 砾 岩 层 与 煤 层 接 触 带 伴 生 矿 铁 ( 铀 锗 煤 型 ) 0 01% ~ 0 10% 自 然 黄 铁 矿 、 硒 有 机 质 化 合 物 等 WWW.ꢀ KY114.CN 似 层 状 、 透 镜 状 、 扁 豆 状 、 不 规 则 囊 状 。 ꢀ 硅 酸 盐 型 、 碳 酸 ꢀ 含 矿 主 岩 为 不 纯 白 云 盐 型 矿 石 。 胶 状 , 显 微 角 砾 状 结 构 、 角 砾 状 、 层 状 、 粉 长 岩 、 不 纯 灰 岩 , 夹 有 黏 土 碎 屑 岩 。 含 有 机 质 、 碳 质 和 黄 铁 矿 。 矿 化 受 层 位 和 层 间 破 碎 带 双 重 控 制 。 含 矿 层 位 有 不 同 程 度 蚀 变 几 十 至 几 百 米 , 厚 几 十 厘 米 至 几 十 米 , 延 深 几 Co、 NSei、、 ꢀ U0 095% ~ 0 173% , 碳 酸 盐 岩 型 铀 矿 床 ꢀ 老 第 三 纪 末 状 构 造 。 青 矿 物 Mo0 07% ~ 0 20% , 白 马 洞 Ti、 Ga、 Re、 In 组 成 : 沥 铀 矿 、 Hg0 08% ~ 0 225% 铁 十 至 几 百 米 。 硫 钼 矿 、 胶 黄 产 状 与 围 岩 一 矿 、 辰 砂 、 自 然 汞 、 石 英 及 白 云 石 等 致 , 倾 倾 斜 斜 至 陡 ꢀ 与 混 赋 存 于 下 元 古 界 地 层 ꢀ 透 镜 状 、 扁 豆 ꢀ 硅 酸 盐 型 矿 石 。 胶 状 、 细 状 、 碎 裂 结 构 ; 浸 状 、 合 杂 岩 体 接 触 带 状 、 脉 状 、 不 规 则 状 。 长 数 十 至 数 百 米 , 厚 几 十 厘 米 至 数 米 , 延 深 几 十 至 几 百 米 。 矿 体 产 状 与 围 岩 基 本 一 致 或 略 有 斜 粒 上 。 含 矿 围 岩 主 要 为 碱 交 代 岩 , 其 次 为 石 英 岩 、 云 母 石 英 片 岩 和 白 色 混 染 脉 状 、 胶 结 角 砾 状 构 造 。 矿 物 组 成 : 晶 质 铀 矿 、 沥 青 铀 矿 、 铀 石 、 黄 铁 矿 、 U0 10% ~ 0 60% , Zn、 MPbo、、 ꢀ 混 合 岩 型 铀 矿 床 ꢀ 合 岩 、 混 合 花 岗 岩 。 化 产 于 碱 交 代 岩 内 的 构 造 角 砾 岩 和 裂 隙 中 。 矿 ꢀ 早 元 古 代 连 山 关 高 达 10% 以 上 V、 Cu、 Ce、 Ba 热 磁 黄 铁 矿 、 方 铅 铜 石 液 蚀 变 有 钠 长 石 化 、 绢 云 母 化 和 绿 泥 石 化 、 碳 酸 盐 化 矿 、 辉 钼 矿 、 黄 交 , 倾 倾 斜 斜 至 陡 矿 、 闪 锌 矿 、 英 等 2 2 7ꢀ 冶金辅助原料矿床 冶 金 生 产 中 辅 助 用 的 天 然 矿 物 原 料 的 统 称 , 按 用 途 分 为 耐 火 原 料 及 熔 剂 原 料 两 大 类 。 当 前 用 于 耐 火 原 料 的 矿 产 有 : 耐 火 黏 土 、 菱 镁 矿 、 白 云 石 、 铬 铁 矿 、 硅 石 、 石 墨 、 蓝 晶 石 ( 硅 线 石 、 红 柱 石 ) 、 叶 蜡 石 、 高 岭 土 、 珍 珠 岩 、 硅 藻 土 、 锆 英 石 及 蛭 石 、 橄 榄 岩 等 。 用 于 熔 剂 原 料 的 矿 产 有 : 石 灰 石 、 萤 石 、 膨 润 土 、 蛇 纹 岩 、 铁 矾 土 及 锰 矿 等 。 白 云 石 、 硅 石 、 橄 榄 岩 等 兼 有 熔 剂 的 用 途 , 而 耐 火 黏 土 中 的 高 铝 黏 土 、 菱 镁 矿 、 锰 矿 、 铬 铁 矿 、 锆 英 石 等 又 ꢀ 2 2ꢀ 矿 床 地 质  是 提 炼 金 属 的 矿 产 原 料 。 2 2 7 1ꢀ 耐 火 黏 土 矿 床 矿 石 工 业 类 型 分 硬 质 黏 土 、 高 铝 黏 土 和 软 质 黏 土 3 种 , 三 者 常 在 同 一 层 位 或 不 同 的 上 下 层 位 相 伴 而 生 。 硬 质 黏 土 是 制 造 黏 土 砖 的 主 要 原 料 , 矿 物 成 分 主 要 是 高 岭 石 , 次 要 矿 物 有 一 水 硬 铝 石 、 三 水 铝 石 、 地 开 石 、 伊 利 石 、 叶 蜡 石 等 。 矿 石 质 量 要 求 ( 以 熟 料 计 ) : Al O ≥30% , Fe O ≤3 5% , 烧 失 量 ≤15% , 耐 火 度 ≥1630℃。 2 3 2 3 高 铝 黏 土 是 制 造 铝 砖 的 主 要 原 料 , 矿 物 成 分 主 要 是 一 水 硬 铝 石 , 次 要 矿 物 有 高 岭 石 、 一 水 软 铝 石 等 。 矿 石 质 量 要 求 ( 以 熟 料 计 ) : Al O ≥50% , Fe O ≤2 5% , CaO≤0 8% , 烧 失 量 ≤15% , 耐 火 度 ≥1770℃。 软 质 黏 土 2 在 耐 火 材 料 工 业 中 用 作 黏 结 剂 , 矿 物 成 分 主 要 是 高 岭 石 , 次 要 矿 物 有 伊 利 石 、 水 云 母 和 蒙 脱 石 。 矿 石 质 量 要 3 2 3 求 ( 以 生 料 计 ) : Al O ≥22% , Fe O ≤3 5% , 烧 失 量 ≤18% , 耐 火 度 ≥1580℃, 可 塑 性 ≥2 5。 矿 床 类 型 主 要 2 3 2 3 有 沉 积 矿 床 和 风 化 残 积 矿 床 两 类 。 中 国 主 要 产 于 华 北 和 西 南 奥 陶 系 不 整 合 面 上 的 中 石 炭 世 地 层 中 , 其 次 产 于 上 部 古 生 代 和 中 、 新 生 代 地 层 中 。 一 般 矿 体 顶 板 平 直 , 底 板 受 古 喀 斯 特 岩 溶 影 响 , 变 化 很 大 。 矿 床 规 模 一 般 为 大 、 中 型 。 产 于 砂 页 岩 、 火 山 岩 中 的 矿 体 呈 层 状 、 似 层 状 、 透 镜 状 , 厚 度 变 化 小 , 矿 石 类 型 和 品 级 变 化 较 简 单 , 其 规 模 一 般 为 中 、 小 型 。 矿 床 层 位 从 上 部 古 生 代 到 第 四 纪 均 有 产 出 , 其 中 以 中 石 炭 世 工 业 意 义 最 大 , 其 次 是 晚 石 炭 世 、 早 二 叠 世 、 晚 二 叠 世 和 第 三 纪 。 耐 火 黏 土 矿 床 的 简 要 矿 床 地 质 - 工 业 类 型 及 其 特 征 见 表 2-16。 表 2-16ꢀ 耐 火 黏 土 矿 床 的 简 要 矿 床 地 质 - 工 业 类 型 及 其 特 征 矿 体 形 态 及 产 状 矿 石 类 型 、 矿 物 组 成 矿 床 规 模 相 对 类 型 地 质 特 征 成 矿 时 代 矿 石 质 量 矿 床 实 例 重 要 性 ꢀ 属 浅 海 、 泻 湖 或 湖 泊 沉 积 矿 床 , 产 于 石 炭 系 中 、 下 统 含 矿 岩 系 中 及 二 叠 系 底 部 , 不 整 合 ꢀ 层 状 、 似 层 状 、 透 有 的 镜 状 , 侵 ꢀ 为 高 铝 产 于 ꢀ 主 要 为 高 铝 黏 土 。 熟 料 化 学 成 分 含 量 ꢀ 山 西 太 石 、 河 受 岩 古 溶 ꢀ 致 密 块 状 、 鲕 黏 土 的 主 要 类 型 , 古 侵 蚀 面 上 的 矿 床 湖 南 ꢀ 早 石 炭 纪 、 中 石 炭 纪 、 二 叠 纪 蚀 面 地 状 及 豆 鲕 状 。 主 大 型 、 ( %) : Al O 50 ~ 97, 张 窑 州 2 3 WWW.KY114.CN 或 假 整 合 于 碳 盐 形 的 影 响 , 呈 要 为 一 水 硬 铝 中 型 伴 有 硬 质 黏 土 及 半 软 质 黏 土 Fe O 02 ~35, 耐 火 院 、 贵 小 山 坝 2 3 岩 ( 石 灰 岩 、 白 云 漏 斗 状 及 不 石 、 高 岭 石 度 大 于 1770℃ 岩 ) 之 上 。 围 岩 规 则 状 , 倾 角 多 为 黏 土 岩 及 铝 土 岩 8° ~ 40° 产 于 砂 岩 、 页 岩 或 其 他 碎 屑 岩 中 的 矿 床 ꢀ 属 浅 海 、 泻 潮 及 ꢀ 为 硬 质 黏 土 主 要 ꢀ 主 要 为 硬 质 黏 土 。 熟 料 化 学 成 分 湖 泊 岩 沉 积 矿 床 。 赋 存 于 石 炭 、 二 叠 及 侏 罗 系 岩 系 中 , 与 围 岩 呈 整 合 接 触 状 。 围 岩 主 要 为 砂 页 岩 、 页 岩 ꢀ 致 密 块 状 、 鲕 状 、 花 状 。 层 状 、 似 层 ꢀ 山 、 河 山 东 洪 斑 主 类 有 型 , 伴 软 质 、 ꢀ 石 炭 纪 、 二 叠 纪 、 侏 罗 纪 2 层 ,一倾般角 17~° ꢀ状 。 含 量 ( %) : Al 2 O 3 3 中 型 、 大 型 北 要 矿 物 高 岭 石 , 次 为 伊 利 石 , 一 水 硬 铝 石 30 ~ 50, Fe O 0 25 鼓 楼 庄 、 2 半 软 质 黏 土 及 高 铝 黏 土 ~ 45° ~3 5, 耐 火 度 1630 四 川 二 滩 耐 火 黏 土 矿 ~ 1770℃ ꢀ 属 浅 海 、 泻 湖 及 湖 泊 相 沉 积 矿 床 。 产 于 石 炭 、 二 叠 及 侏 罗 系 中 , 与 煤 层 呈 互 层 , 有 的 沿 走 向 渐 变 为 碳 质 页 岩 或 煤 层 , 有 时 上 盘 或 下 盘 围 岩 为 砂 页 岩 ꢀ 硬 质 、 软 质 及 半 软 质 黏 土 化 学 成 分 ꢀ 层 状 、 似 层 状 、 透 镜 状 。 ꢀ 内 蒙 古 与 煤 层 共 生 的 矿 床 状ꢀ 。致 主密 要块 矿状 物、 土高 中 型 、 小 型 杂 江 怀 沟 、 新 ꢀ 四 纪 新 第 三 纪 第 含 量 ( %) : Al O 30 2 3 ~ 48, Fe O 0 6 ~ 2 3 一 般 2角 ~ 5 ꢀ 较 重 要 西 岭 石 , 次 为 伊 利 石 , 一 水 软 铝 石 ( 个 别 层 , 倾 3° 安 、 新 浅 水 河 疆 2 8, 耐 火 度 1630 大 型 ) ~ 35° ~ 1750℃ ꢀ 属 河 、 湖 相 及 现 代 沉 积 矿 床 。 砂 土 、 砂 质 黏 土 及 砂 砾 层 中 的 矿 床 产 ꢀ 成 分 软 质 黏 土 化 学 ꢀ 吉 林 水 柳 、 黑 于 上 第 三 系 ~ 第 四 系 中 , 有 的 夹 薄 层 褐 煤 湖 砂 土 , 围 岩 为 含 砂 黏 土 、 砂 ꢀ 似 层 状 、 透 镜 状 。 多 层 、 叉 。 2° ~ 20° ꢀ 块 状 、 土 状 。 含 量 ( % ) : ꢀ 为 软 质 曲 龙 主 要 矿 物 高 岭 大 、 中 、 小 型 ꢀ 前 震 旦 纪 Al 2 2 O 3 20 ~ 46, 黏 土 的 主 要 类 型 江 黄 州 分 倾 角 石 、 三 水 铝 石 、 次 为 伊 利 石 Fe O 017 ~581, 耐 花 、 贵 陶 关 3 火 度 1580 ~1730℃ 层 、 黏 黏 土 土 及 砂 质 ꢀ 64 2ꢀ 矿 山 地 质 及 水 文 地 质  ꢀ 续 表 2-16 矿 体 形 态 及 产 状 矿 石 类 型 、 矿 物 组 成 矿 床 规 模 相 对 类 型 地 质 特 征 成 矿 时 代 矿 石 质 量 矿 床 实 例 重 要 性 ꢀ 产 于 下 元 古 界 含 镁 碳 酸 盐 建 造 的 变 质 岩 中 , 受 一 定 层 位 控 制 , 产 状 与 围 岩 一 致 , 常 夹 有 白 云 石 大 理 岩 、 白 云 岩 或 石 灰 岩 。 可 见 有 脉 状 菱 镁 矿 穿 插 。 普 遍 伴 生 滑 石 ꢀ 晶 质 菱 镁 矿 。 ꢀ 层 状 、 似 层 状 , 有 时 呈 透 主 要 矿 物 菱 镁 ꢀ 化 学 成 分 含 量 沉 积 分 布 集 大 、 中 型 ꢀ中 , 占 总 产 ꢀ 辽 宁 下 身 、 山 矿 , 次 有 白 云 石 、 ( % ) : MgO 41 ~ 47, 变 质 矿 床 ꢀ 镜 产 状 。 出 。 多 倾 层 角 房 滑 石 、 绿 泥 石 、 透 闪 石 、 蛋 白 石 及 石 英 CaO 0 5 ~ 12 80, 量 的 99% 东 粉 子 山 SiO 0 5 ~ 3 17 2 20° ~ 87° ꢀ 赋 存 于 白 云 岩 菱 ꢀ 或 大 理 岩 中 , 沿 层 或 断 裂 附 近 产 出 。 矿 体 与 围 岩 呈 渐 变 关 系 , 常 取 代 相 应 部 位 的 白 云 岩 , 或 夹 有 白 云 岩 透 镜 体 。 共 生 有 白 云 石 矿 或 铅 锌 矿 ꢀ 河 北 大 河 、 四 川 ꢀ 晶 质 菱 镁 矿 。 ꢀ 化 学 成 分 含 量 ( % ) : MgO 35 ~ 镁 ꢀ ꢀ 镜 状 似 层 状 、 透 热 液 交 代 矿 床 主 要 矿 物 菱 镁 及 不 倾 规 角 桂 肃 贤 、 甘 别 盖 、 ꢀ ꢀ 矿 , 次 为 白 云 石 、 49, CaO 0 18 ~ 中 、 小 型 ꢀ ꢀ 较 重 要 矿 则 状 。 滑 石 、 黄 铁 矿 及 14 27, 酸 不 溶 物 石 英 等 8 ° ~ 80° 新 疆 胡 尔 哈 提 0 53 ~ 6 93 ꢀ 系 超 基 性 岩 经 ꢀ 主 晶 质 菱 镁 矿 。 与 风 化 风 化 淋 滤 作 用 生 成 。 产 于 超 基 性 岩 风 化 壳 的 下 部 , ꢀ 网 脉 状 、 透 要 矿 物 菱 镁 ꢀ 化 学 成 分 含 量 残 积 型 铬 铁 矿 综 合 风 化 残 积 矿 床 镜 状 平 方 或 向 沿 呈 水 面 ꢀ 内 蒙 古 矿 , 次 为 蛋 白 石 、 ( % ) : MgO28 ~ 小 型 察 汗 奴 鲁 乌 珠 尔 玉 髓 、 褐 铁 矿 、 蛇 40 82, CaO1 ~ 6, 开 采 , 可 距 00 m 范 围 。 1伴0 生~ 地 表 深 型 分 布 , 产 状 平 缓 纹 石 、 方 解 石 及 石 英 SiO 2 2 ~ 11 47 提 高 经 济 效 益 2 有 残 留 铬 铁 矿 ꢀ 岩 、 变 产 于 沉 积 碎 屑 ꢀ 脉 状 、 复 脉 WWW.KY114.CNꢀ 质 岩 、 侵 入 状 及 透 镜 状 , 常 成 出 现 , 矿 脉 有 分 支 硅 酸 盐 岩 中 的 热 液 充 填 脉 状 岩 及 火 山 岩 的 断 群 成 带 ꢀ 化 学 成 分 含 量 中 、 小 型 , 有 时 为 冶 金 和 ꢀ 浙 江 杨 家 、 河 山 、 湖 北 红 安 ꢀ 萤 石 型 。 主 要 矿 萤 石 型 、 石 英 - 裂 中 。 矿 体 与 围 ( % ) : CaF 2 20 ~ 化 工 萤 石 南 ꢀ 岩 界 线 较 清 楚 。 复 合 现 98, SiO 0 09 ~ 的 主 要 尖 2 物 : 萤 石 、 石 英 围 岩 蚀 变 有 硅 化 、 绢 云 母 化 、 高 岭 土 化 及 绿 泥 石 化 象 。 倾 角 35般° 65, S0 01 ~ 1 02 大 型 类 型 萤 ꢀ 矿 床 ꢀ ~ 90°, 一 ꢀ 石 ꢀ 60° ~ 80° 矿 碳 酸 盐 ꢀ 萤 石 型 、 石 英 - 岩 中 的 热 液 充 填 交 代 脉 状 、 似 层 状 矿 床 ꢀ 产 于 碳 酸 盐 岩 ꢀ 脉 状 、 透 镜 状 、 囊 状 , 沿 萤 石 型 、 重 晶 石 - 萤 石 型 、 方 解 石 - ꢀ 内 蒙 古 苏 莫 查 干 的 断 裂 带 中 , 有 时 沿 岩 层 或 层 间 构 造 生 成 , 附 近 常 有 侵 入 体 存 在 ꢀ 化 学 成 分 含 量 大 、 中 、 小 型 ꢀ 层 矿 体 多 为 倾 重 晶 石 - 萤 石 型 。 ( % ) : CaF 2 24 ~ 较 主 要 敖 包 、 河 似 层 状 。 主 要 矿 物 : 萤 石 、 94, SiO 1 75 ~ 50 2 北 双 洞 子 角 30° ~ 70° 石 英 、 重 晶 石 及 方 解 石 ꢀ 产 于 震 旦 纪 中 统 营 城 子 组 中 上 部 层 , 上 覆 营 城 子 组 下 部 层 ; 下 伏 于 浅 海 化 学 沉 积 和 生 物 沉 积 型 ꢀ 致 密 块 状 、 假 鲕 状 及 角 砾 状 。 ( % ) : CaO 52 83, ꢀ 化 学 成 分 含 量 十 三 里 台 层 。 矿 层 状 、 似 层 ꢀ状 。 倾 角 23° ꢀ 井 子 大 连 甘 石 位 于 倒 转 背 斜 之 北 翼 所 构 成 的 ꢀ ꢀ 震 旦 纪 大 型 较 重 要 主 要 矿 物 方 解 MgO 0 85, SiO 2 石 ꢀ 熔 剂 石 灰 石 ~ 56° 石 , 少 量 白 云 石 1 72 单 斜 构 造 。 主 要 灰 ꢀ 矿 床 为 中 厚 层 石 灰 岩 , 其 次 为 假 鲕 状 石 灰 岩 石 ꢀ 矿 ꢀ 产 于 下 寒 武 统 浅 海 相 化 学 沉 积 型 熔 剂 石 灰 石 矿 床 下 “ 部 , 即 地 岩 区 的 ꢀ 要 矿 物 方 解 石 、 ( % ) : CaO48 ~ 54, 次 为 白 云 石 , 少 MgO 0 87 ~ 6 32, 量 石 英 SiO 0 52 ~ 0 82 致 密 块 状 。 主 ꢀ 化 学 成 分 含 量 ꢀ 北 京 密 昌 平 灰 层 ” 。 ꢀ 层 状 。 倾 中 型 次 要 云 西 智 石 灰 石 矿 共 有 四 层 工 业 矿 。 单 斜 构 造 , 局 部 有 褶 曲 角 30° ~ 45° 2 ꢀ 2 2ꢀ 矿 床 地 质  续 表 2-16 矿 体 形 态 及 产 状 矿 石 类 型 、 矿 物 组 成 矿 床 规 模 相 对 类 型 地 质 特 征 成 矿 时 代 矿 石 质 量 矿 床 实 例 重 要 性 ꢀ 产 于 中 、 上 石 炭 ꢀ 化 学 成 分 含 量 % ) : CaO54 21 ~ 5 28, SiO 0 59 浅 海 相 沉 积 型 熔 剂 石 灰 石 统 及 下 二 叠 统 。 ( 前 者 分 别 称 为 黄 龙 石 灰 岩 及 船 山 石 灰 岩 , 后 者 称 为 ꢀ状 。 倾 角 22° 砾 状 。 主 要 矿 物 层 状 、 似 层 ꢀ 致 密 块 状 、 角 ꢀ 江 苏 船 5 2 中 型 、 大 型 ꢀ ꢀ 石 炭 纪 重 要 石 灰 ~ ~ 1 82, SO30 015 ~ 35° 方 解 石 石 矿 0 087, P O 2 5 矿 床 栖 霞 石 灰 岩 。 矿 床 受 层 位 控 制 0  005 ~0 006 石 ꢀ 灰 ꢀ ꢀ 化 学 成 分 含 量 ꢀ 石 灰 石 为 致 密 石 ꢀ ( % ) : 石 灰 石 为 浅 海 相 化 学 沉 积 型 熔 剂 石 灰 石 及 白 云 石 ꢀ 石 灰 岩 产 于 二 叠 系 下 统 阳 新 组 中 ; 白 云 岩 产 于 震 旦 系 上 统 灯 影 组 中 , 两 者 呈 微 角 度 块 状 , 主 要 矿 物 为 方 解 石 、 白 云 石 , 次 为 黄 铁 矿 ; 白 云 石 为 块 状 、 条 带 状 , 主 要 矿 物 为 白 云 石 , 次 为 方 解 石 CaO53 ~54, MgO0 5 矿 ~ 0 6, SiO 0 79 ~ 2 ꢀ 四 川 渡 ꢀ 层 状 。 倾 1 12, P O 0 004 ~ 中 型 重 要 口 市 把 关 河 矿 2 5 角 28° ~ 45° 0 007。 白 云 石 为 不 整 合 接 触 。 单 CaO 29 ~31, MgO19 矿 床 斜 层 构 造 ~ 21, SiO 0 87, 2 P O 0 012 2 5 2  2 7 2ꢀ 菱 镁 矿 矿 床 制 造 各 种 耐 火 镁 砖 的 氧 化 镁 , 主 要 来 源 于 菱 镁 矿 。 其 矿 石 质 量 要 求 : MgO≥41% , CaO≤6% , SiO ≤5% 。 2 中 国 菱 镁 矿 资 源 丰 富 , 矿 床 类 型 有 沉 积 变 质 矿 床 , 沉 积 - 热 液 交 代 矿 床 和 风 化 淋 滤 矿 床 。 沉 积 变 质 矿 床 主 要 产 于 下 元 古 界 变 质 岩 系 中 , 以 辽 宁 大 石 桥 的 菱 镁 矿 最 为 著 名 。 矿 石 为 晶 质 菱 镁 矿 , 规 模 属 大 型 , 其 储 量 占 探 明 储 量 绝 大 部 分 。 矿 体 呈 层 状 、 似 层 状 、 透 镜 状 产 出 , 长 1000 ~ 5000 m。 矿 石 化 学 组 分 : MgO35% ~ 47% 。 热 液 交 代 矿 床 , 由 白 云 岩 经 热 液 交 代 形 成 晶 质 菱 镁 矿 , 如 四 川 汉 源 桂 贤 菱 镁 矿 。 矿 体 呈 似 层 状 、 透 镜 状 产 出 , 长 WWW.KY114.CN 数 十 至 数 百 米 , 厚 数 米 至 100 多 米 。 矿 石 化 学 成 分 : MgO33% ~ 45% , CaO2 2% ~ 16 8% , 酸 不 溶 物 0 06% ~ 1 38% 。 风 化 淋 滤 矿 床 , 产 于 超 基 性 岩 风 化 壳 的 底 部 碳 酸 盐 化 蛇 纹 岩 带 内 , 矿 石 以 隐 晶 质 菱 镁 矿 为 主 。 主 要 化 学 组 分 MgO36 7% ~ 41 4% , 矿 石 质 量 差 , 需 经 选 矿 方 能 使 用 。 菱 镁 矿 矿 床 的 简 要 矿 床 地 质 特 征 见 表 2-16。 2  2 7 3ꢀ 叶 蜡 石 矿 床 叶 蜡 石 是 制 造 叶 蜡 石 砖 的 主 要 原 料 。 矿 石 质 量 要 求 : Al O ≥16% ~ 20% , Fe O ≤1% , CaO < 1% , MgO 2 3 2 3 < 1% , 耐 火 度 ≥1630℃。 主 要 由 叶 蜡 石 和 石 英 组 成 。 在 中 国 最 主 要 矿 床 类 型 是 火 山 岩 热 液 蚀 变 矿 床 , 分 布 在 中 国 东 部 中 生 代 中 酸 性 火 山 岩 带 中 , 呈 似 层 状 , 大 透 镜 体 状 产 出 , 矿 体 延 长 一 般 长 数 十 至 数 百 米 , 厚 数 米 至 数 十 米 , 延 深 数 十 米 至 200 多 米 。 矿 石 化 学 成 分 : Al O 18% ~ 24% , SiO 68% ~ 75% , Fe O3 和 K O + Na O 2 3 2 2 2 2 一 般 均 小 于 1% 。 探 明 储 量 占 总 储 量 绝 大 部 分 , 质 量 较 佳 。 典 型 的 叶 蜡 石 矿 床 有 福 州 峨 嵋 叶 蜡 石 矿 和 浙 江 青 田 叶 蜡 石 矿 等 矿 床 。 此 外 , 还 有 小 规 模 的 区 域 变 质 矿 床 , 如 浙 江 常 山 芳 村 矿 。 2 2 7 4ꢀ 蓝 晶 石 类 矿 床 蓝 晶 石 主 要 用 于 不 定 形 耐 火 材 料 和 耐 火 砖 的 添 加 剂 。 工 业 矿 物 有 蓝 晶 石 、 硅 线 石 、 红 柱 石 。 矿 床 类 型 有 : 区 域 变 质 矿 床 , 由 高 铝 质 泥 质 岩 变 成 , 是 中 国 蓝 晶 石 类 矿 床 的 主 要 类 型 , 呈 层 状 、 似 层 状 、 透 镜 状 产 出 , 矿 体 长 一 般 是 数 十 至 数 百 米 , 厚 数 米 至 数 十 米 , 原 矿 石 矿 物 含 量 一 般 10% ~ 30% , 最 高 可 达 80% ~ 90% , 矿 床 规 模 一 般 是 大 中 型 , 典 型 矿 床 有 河 北 邢 台 卫 鲁 蓝 晶 石 矿 ( 太 古 宙 ) , 河 南 南 阳 隐 山 蓝 晶 石 矿 ( 元 古 宙 ) , 黑 龙 江 鸡 西 三 道 沟 硅 线 石 矿 ( 震 旦 纪 ) , 吉 林 蛟 河 蓝 晶 石 矿 ( 二 叠 纪 ) 等 ; 此 外 , 还 有 接 触 变 质 红 柱 石 矿 床 ( 如 北 京 周 口 店 ) 和 伟 晶 岩 矿 床 ( 如 新 疆 富 蕴 契 布 拉 盖 蓝 晶 石 矿 ) 。 2  2 7 5ꢀ 硅 石 矿 矿 床 硅 石 是 制 造 硅 砖 的 主 要 原 料 。 矿 石 质 量 要 求 : SiO ≥96% , Al O ≤1 3% , CaO≤1% , Fe O ≤1 5% , 耐 2 2 3 2 3 火 度 ≥1710℃, 吸 水 率 ≤4% 。 当 硅 石 用 作 硅 铁 、 硅 锰 和 其 他 硅 合 金 原 料 时 , 矿 石 质 量 要 求 : SiO ≥97% , 2 ꢀ 66 2ꢀ 矿 山 地 质 及 水 文 地 质  ꢀ Al2 O3 ≤1% , CaO≤0 5% , P O ≤0 03% 。 矿 物 主 要 由 石 英 组 成 。 2 中 国 硅 石 矿 床 类 型 有 沉 积 变 质 矿 床 和 沉 积 矿 床 。 沉 积 变 质 矿 床 主 要 产 于 前 寒 武 纪 , 如 辽 宁 石 门 矿 , 矿 体 5 呈 层 状 产 出 , 长 数 百 至 1000 多 米 , 厚 数 十 至 100 多 米 , 含 SiO 96% ~ 99% , 一 般 大 于 97% , Al O 0 14% ~ 2 2 3 1  5% , 一 般 小 于 1% , Fe O 0 08% ~ 0 2% , 一 般 小 于 0 15% , 矿 床 规 模 为 大 型 。 沉 积 石 英 岩 矿 床 , 产 出 层 位 2 有 寒 武 纪 、 泥 盆 纪 、 二 叠 纪 、 三 叠 纪 和 侏 罗 纪 等 , 其 中 泥 盆 纪 砂 岩 经 济 价 值 最 大 。 其 他 地 层 中 一 般 为 中 、 小 型 , 矿 石 杂 质 较 多 , 质 量 较 次 。 3 2 2 7 6ꢀ 石 墨 矿 床 石 墨 是 用 作 生 产 坩 埚 、 铝 炭 砖 、 镁 炭 砖 、 保 护 渣 的 原 料 , 有 晶 质 鳞 片 石 墨 及 隐 晶 质 ( 土 状 ) 石 墨 两 种 。 坩 埚 和 制 砖 用 的 石 墨 一 般 固 定 碳 的 含 量 要 在 85% 以 上 , 用 作 保 护 渣 的 石 墨 , 固 定 碳 含 量 要 求 30% ~ 60% 。 中 国 最 主 要 的 矿 床 类 型 为 区 域 变 质 作 用 形 成 的 晶 质 鳞 片 石 墨 矿 床 , 产 于 前 寒 武 纪 中 - 深 变 质 岩 系 中 , 如 山 东 南 墅 和 黑 龙 江 佛 岭 , 矿 石 类 型 为 花 岗 质 石 墨 片 麻 岩 , 石 墨 呈 鳞 片 状 与 石 英 、 长 石 、 云 母 、 透 闪 石 等 共 生 。 矿 体 为 层 状 、 似 层 状 , 长 几 百 至 几 千 米 , 厚 十 几 至 上 百 米 。 因 鳞 片 大 , 质 量 好 , 易 采 选 , 是 重 要 的 工 业 矿 床 类 型 。 其 矿 石 含 固 定 碳 不 小 于 5% 的 为 一 级 品 ; 不 小 于 3% 的 为 二 级 品 。 我 国 石 墨 矿 床 的 另 一 主 要 类 型 是 煤 层 或 炭 质 页 岩 受 岩 浆 侵 入 , 接 触 变 质 而 成 的 隐 晶 质 土 状 石 墨 矿 床 , 矿 石 类 型 为 石 墨 片 岩 或 板 岩 。 石 墨 呈 极 细 鳞 片 或 土 状 隐 晶 质 结 构 , 块 状 构 造 。 矿 体 规 模 与 岩 浆 侵 入 接 触 变 质 带 的 宽 窄 有 关 。 常 保 持 原 岩 的 层 状 与 似 层 状 或 带 状 形 态 , 矿 体 厚 度 1 m 至 十 几 米 , 长 几 十 米 乃 至 数 千 米 , 从 岩 浆 侵 入 体 到 煤 系 之 间 有 从 无 烟 煤 →半 石 墨 →石 墨 的 过 渡 。 这 类 矿 床 矿 石 含 固 定 碳 不 小 于 80% 的 为 一 级 品 , 不 小 于 65% 的 为 二 级 品 。 矿 石 品 位 虽 高 , 但 难 于 分 选 , 可 直 接 磨 粉 使 用 。 此 外 还 有 岩 浆 热 液 型 石 墨 矿 床 , 一 般 规 模 不 大 , 形 态 复 杂 , 结 晶 细 , 品 位 不 高 。 石 墨 据 鳞 片 大 小 , 含 碳 量 和 杂 质 含 量 等 分 级 , 晶 质 鳞 片 石 墨 的 工 艺 特 性 与 应 用 价 值 远 比 隐 晶 质 高 得 多 。 2  2 7 7ꢀ 珍 珠 岩 矿 床 WWW.KY114.CN 珍 珠 岩 是 一 种 酸 性 玻 璃 质 火 山 熔 岩 , 因 其 具 有 珍 珠 裂 隙 结 构 而 得 名 。 珍 珠 岩 矿 包 括 珍 珠 岩 , 黑 曜 岩 和 松 脂 岩 。 三 者 的 区 别 在 于 珍 珠 岩 具 有 因 冷 凝 作 用 形 成 的 圆 弧 形 裂 纹 , 称 珍 珠 岩 结 构 , 含 水 量 2% ~ 6% ; 松 脂 岩 具 有 独 特 的 松 脂 光 泽 , 含 水 量 6% ~ 10% ; 黑 曜 岩 具 有 玻 璃 光 泽 与 贝 壳 状 断 口 , 含 水 量 一 般 小 于 2% 。 我 国 珍 珠 岩 矿 床 主 要 产 于 我 国 大 陆 地 壳 活 动 频 繁 的 中 生 代 。 这 个 时 代 的 火 山 形 成 了 北 起 黑 龙 江 , 南 达 南 海 海 滨 和 海 南 岛 , 长 3000 km, 宽 300 ~ 800 km 的 火 山 岩 带 。 矿 体 呈 层 状 、 似 层 状 、 透 镜 状 、 岩 盘 状 及 不 规 则 状 , 有 的 多 层 产 出 , 长 数 十 至 数 千 米 , 厚 数 米 至 十 余 米 。 矿 石 呈 块 状 、 斑 状 、 角 砾 状 及 条 带 状 、 流 纹 状 。 伴 生 矿 产 有 经 水 解 生 成 的 膨 润 土 、 黏 土 及 沸 石 矿 床 。 工 业 要 求 着 重 于 膨 胀 珍 珠 岩 的 性 能 、 膨 胀 倍 数 及 影 响 膨 胀 的 化 学 成 分 SiO2 、 H2 O、 Fe2 O3 含 量 等 。 2 2 7 8ꢀ 膨 润 土 矿 床 膨 润 土 的 主 要 组 成 矿 物 是 蒙 脱 石 , 以 其 交 换 的 阳 离 子 种 类 及 相 对 含 量 , 分 为 钠 质 、 钙 质 及 镁 质 膨 润 土 , 其 中 以 钠 质 膨 润 土 性 能 最 好 。 在 冶 金 工 业 主 要 用 于 铁 矿 球 团 及 铸 型 砂 的 结 合 剂 。 其 他 还 用 于 陶 瓷 、 石 油 催 化 剂 和 漂 白 剂 、 钻 探 泥 浆 等 方 面 。 我 国 膨 润 土 矿 床 的 重 要 产 出 时 代 是 侏 罗 纪 、 白 垩 纪 及 第 三 纪 , 少 数 产 于 石 炭 纪 至 二 叠 纪 , 按 其 成 因 可 分 为 三 种 类 型 , 即 火 山 沉 积 型 、 风 化 残 积 型 及 热 液 型 。 ( 1) 火 山 沉 积 型 : 该 类 型 是 膨 润 土 矿 的 主 要 成 矿 方 式 , 我 国 有 广 泛 的 分 布 , 在 储 量 上 占 据 重 要 地 位 。 包 含 陆 相 火 山 沉 积 、 海 相 火 山 沉 积 及 准 平 原 胶 体 凝 聚 等 3 个 亚 型 。 这 种 矿 床 层 位 稳 定 , 呈 层 状 、 似 层 状 , 产 状 平 稳 。 陆 相 沉 积 亚 型 约 为 中 国 矿 床 数 的 60% , 储 量 占 70% 左 右 。 有 代 表 性 的 矿 床 产 地 有 浙 江 平 山 、 辽 宁 黑 山 、 安 徽 新 潭 、 甘 肃 红 泉 等 。 准 平 原 胶 体 凝 聚 亚 型 一 般 为 小 型 矿 床 , 集 中 在 四 川 和 江 汉 盆 地 , 如 三 台 、 仁 寿 等 。 海 相 沉 积 亚 型 规 模 大 、 品 位 较 高 , 代 表 性 产 地 为 新 疆 柯 尔 碱 。 ( 2) 风 化 残 积 型 : 该 类 型 是 我 国 重 要 成 因 类 型 之 一 。 这 种 类 型 的 膨 润 土 矿 层 厚 度 大 , 层 位 稳 定 , 质 量 较 好 , 用 途 广 泛 。 成 矿 母 岩 为 各 种 火 山 玻 璃 质 熔 岩 和 碎 屑 岩 , 经 风 化 作 用 , 残 积 物 中 富 集 蒙 脱 石 , 再 经 后 期 成 岩 ꢀ 2 2ꢀ 矿 床 地 质  作 用 而 形 成 膨 润 土 矿 。 成 矿 在 相 对 低 温 低 压 下 进 行 。 ( 3) 热 液 型 : 该 类 型 有 火 山 物 质 的 岩 浆 期 后 热 液 蚀 变 矿 床 和 成 岩 后 的 热 液 蚀 变 矿 床 。 前 者 的 热 液 蚀 变 作 用 是 由 火 成 岩 母 岩 中 流 体 引 起 的 , 与 外 部 的 热 液 无 关 。 矿 化 常 不 均 匀 , 蚀 变 完 全 则 矿 体 厚 度 大 , 蚀 变 不 完 全 则 矿 化 零 散 , 矿 体 呈 囊 状 和 似 层 状 。 后 者 的 热 液 蚀 变 作 用 与 裂 隙 引 导 来 的 外 部 热 液 有 关 , 蚀 变 呈 带 状 分 布 , 母 岩 可 以 是 流 纹 质 、 粗 面 质 熔 岩 、 流 纹 质 凝 灰 岩 、 碎 屑 岩 , 也 可 以 是 安 山 - 玄 武 质 玢 岩 、 酸 性 侵 入 岩 。 矿 体 呈 瘤 状 、 脉 状 及 层 状 。 矿 石 常 保 留 着 母 岩 的 原 始 结 构 。 本 类 型 矿 床 的 规 模 大 、 中 、 小 型 皆 有 , 储 量 几 十 万 吨 至 数 千 万 吨 皆 有 。 我 国 这 类 矿 床 不 太 多 , 所 占 储 量 比 重 不 大 。 2 2 7 9ꢀ 石 灰 石 矿 床 石 灰 石 主 要 用 于 冶 金 熔 剂 , 个 别 还 用 于 生 产 高 钙 镁 砂 制 作 耐 火 材 料 。 一 些 矿 山 还 同 时 生 产 建 筑 材 料 用 石 灰 石 及 化 工 用 石 灰 石 , 以 及 其 他 用 途 的 石 灰 石 。 一 定 含 量 的 MgO 可 作 为 有 益 组 分 用 于 炼 钢 铁 。 熔 剂 灰 岩 化 学 成 分 的 最 低 工 业 要 求 标 准 见 表 2-17。 表 2-17ꢀ 熔 剂 灰 岩 化 学 成 分 的 最 低 工 业 要 求 标 准 ( % ) S 化 学 成 分 CaO CaO + MgO MgO SiO 2 P 钢 铁 用 普 通 石 灰 石 钢 铁 用 高 镁 石 灰 石 制 铝 氧 用 石 灰 石 ≥50 ≤3 ≤8 ≤1 5 ≤4 ≤4 ≤2 ≤0 04 ≤0 04 ≤0 15 ≤0 15 ≥51 ≥52 生 产 利 用 的 石 灰 石 , 主 要 来 自 浅 海 相 化 学 沉 积 和 生 物 化 学 沉 积 型 矿 床 。 矿 床 规 模 以 大 、 中 型 为 主 , 所 有 生 产 矿 山 皆 为 露 天 开 采 。 石 灰 石 矿 床 的 简 要 矿 床 地 质 特 征 见 表 2-16。 2  2 7 10ꢀ 白 云 石 矿 床 白 云 石 主 要 用 于 耐 火 材 料 及 冶 金 熔 剂 , 还 用 于 化 工 、 建 材 、 造 纸 以 及 土 壤 改 良 和 饲 料 等 。 绝 大 多 数 矿 床 WWW.KY114.CN 属 沉 积 型 , 分 为 海 相 沉 积 及 泻 湖 相 沉 积 两 类 。 前 者 矿 床 规 模 大 , 质 量 好 , 是 主 要 开 采 对 象 ; 后 者 规 模 小 , 很 少 有 工 业 价 值 。 我 国 开 采 的 白 云 石 矿 床 属 海 相 沉 积 型 , 成 矿 时 代 为 元 古 代 到 三 叠 纪 , 矿 体 呈 层 状 及 似 层 状 , 均 露 天 开 采 。 对 矿 产 品 化 学 成 分 含 量 的 最 低 工 业 要 求 标 准 为 : 耐 火 材 料 用 白 云 石 MgO≥16% , SiO ≤5% ; 熔 剂 用 镁 化 白 云 2 石 MgO≥22% , SiO ≤2% , CaO≥6% ; 制 玻 璃 用 白 云 石 MgO≥20% , CaO≤32% , Fe O ≤0 15% 。 2 2 3 2  2 7 11ꢀ 萤 石 矿 床 萤 石 由 于 其 熔 融 温 度 低 , 有 较 高 的 活 泼 性 、 流 动 性 , 在 冶 金 工 业 中 常 用 作 使 金 属 与 杂 质 分 离 , 以 及 脱 渣 、 脱 硫 和 脱 磷 的 作 用 。 矿 石 质 量 要 求 : CaF ≥65% , SiO ≤32% , S≤0 15% , P≤0 06% 。 矿 石 成 因 以 中 、 低 温 2 2 热 液 矿 床 为 主 , 多 呈 充 填 的 脉 状 矿 床 , 如 浙 江 乌 义 矿 ; 在 碳 酸 盐 岩 石 中 呈 交 代 的 似 层 状 矿 床 如 湖 南 香 花 铺 和 柿 竹 园 等 矿 。 近 年 在 内 蒙 古 莫 干 敖 包 地 区 发 现 了 规 模 巨 大 的 层 状 萤 石 矿 床 , 产 于 下 二 叠 纪 的 火 山 沉 积 岩 系 的 碳 酸 盐 岩 夹 层 之 中 。 萤 石 矿 床 的 简 要 矿 床 地 质 特 征 见 表 2-16。 2 2 8ꢀ 建筑材料矿床 水 泥 、 玻 璃 、 陶 瓷 为 建 材 工 业 三 大 支 柱 。 水 泥 主 要 由 石 灰 石 、 黏 土 、 石 膏 等 原 料 制 成 ; 玻 璃 主 要 由 硅 砂 、 白 云 石 、 长 石 等 原 料 制 成 ; 而 陶 瓷 则 由 高 岭 土 、 长 石 、 石 英 等 原 料 制 成 。 2  2 8 1ꢀ 石 灰 石 矿 床 石 灰 石 矿 床 多 属 滨 海 、 浅 海 相 生 物 及 生 物 化 学 沉 积 成 因 , 也 有 少 数 是 机 械 碎 屑 成 因 。 水 泥 石 灰 石 的 矿 物 组 成 以 方 解 石 为 主 , 含 少 量 白 云 石 、 黏 土 、 石 英 等 。 水 泥 工 业 对 石 灰 石 矿 的 质 量 要 求 % ) : CaO≥48; MgO≤3 0; K O + Na O≤0 6; SO ≤1; fSiO ≤4。 中 国 北 方 主 要 采 用 元 古 宙 、 寒 武 纪 和 奥 陶 ( 2 纪 沉 积 的 石 灰 岩 , 南 方 主 要 采 用 泥 盆 纪 、 石 炭 纪 、 二 叠 纪 和 三 叠 纪 沉 积 的 石 灰 岩 。 2 3 2 用 于 化 工 制 碱 和 电 石 的 石 灰 石 SiO2 和 MgO 都 作 为 有 害 组 分 , 要 求 SiO2 不 大 于 2 5%, 其 他 同 制 铝 氧 用 石 灰 ꢀ 68 2ꢀ 矿 山 地 质 及 水 文 地 质  ꢀ 石 。 近 年 来 碳 酸 盐 岩 大 量 应 用 于 轻 工 工 业 作 填 料 , 除 要 求 灰 岩 的 化 学 纯 度 外 , 还 要 求 一 定 的 粒 度 级 配 与 白 度 。 石 灰 石 都 是 露 天 开 采 , 采 掘 量 大 , 要 求 交 通 方 便 , 运 距 短 。 2 2 8 2ꢀ 硅 质 原 料 矿 床 硅 质 原 料 矿 床 分 两 类 : 一 是 岩 类 矿 , 如 石 英 岩 、 石 英 砂 岩 、 脉 石 英 等 ; 另 一 类 是 砂 矿 , 如 石 英 砂 、 含 长 石 石 英 砂 、 含 黏 土 石 英 砂 等 。 岩 类 矿 床 呈 厚 层 状 , 少 数 脉 状 。 砂 类 矿 床 主 要 是 近 水 平 的 松 散 砂 层 。 硅 质 原 料 矿 床 成 因 上 分 沉 积 型 与 热 液 型 两 类 , 前 者 又 分 海 相 沉 积 与 陆 相 沉 积 , 后 者 为 热 液 充 填 裂 隙 形 成 的 脉 石 英 或 伟 晶 岩 石 英 。 玻 璃 工 业 中 , 硅 、 铝 是 有 益 组 分 , 但 铝 不 应 太 高 ; 铁 为 有 害 组 分 。 矿 石 按 化 学 成 分 ( % ) 分 为 三 级 : Ⅰ Ⅱ Ⅲ 级 : SiO > 99, Al O < 0 5, Fe O < 0 05; 2 2 3 2 3 级 : SiO > 98, Al O < 1 0, Fe O < 0 1; 2 2 3 2 3 级 : SiO > 96, Al O < 2 0, Fe O < 0 2。 2 2 3 2 3 根 据 矿 床 情 况 , 在 有 高 品 位 矿 石 掺 和 时 , 指 标 可 以 放 宽 至 SiO2 大 于 89% , Al2 O3 小 于 6 0% , Fe2 O3 小 于 0 35% 。 岩 类 硅 质 矿 石 还 常 用 于 耐 火 原 料 , 冶 金 熔 剂 及 含 硅 合 金 , 称 硅 石 。 它 们 对 Al2 O3 的 含 量 要 求 更 严 , 对 Fe2 O3 含 量 较 宽 。 目 前 冶 金 工 业 最 低 标 准 见 表 2-18。 表 2-18ꢀ 冶 金 工 业 硅 石 化 学 成 分 含 量 最 低 标 准 ( % ) 吸 水 率 化 学 成 分 SiO 2 Al 2 O 3 CaO P 2 O 5 耐 火 度 / ℃ ≥1710 耐 火 制 品 用 ≥96 ≥97 ≤1 3 ≤1 0 ≤1 0 ≤0 5 ≤4 铁 合 金 及 工 业 用 硅 ≤0 03 硅 质 原 料 矿 山 必 须 交 通 运 输 方 便 , 适 于 露 天 开 采 。 WWW.KY114.CN 我 国 一 般 工 业 使 用 硅 质 原 料 均 未 经 选 矿 , 若 能 进 一 步 提 纯 除 铁 , 既 可 充 分 利 用 低 品 位 资 源 , 还 可 提 高 产 品 质 量 。 2  2 8 3ꢀ 高 岭 土 矿 床 高 岭 土 主 要 由 高 岭 石 、 埃 洛 石 、 伊 利 石 、 蒙 脱 石 、 地 开 石 、 水 铝 英 石 、 三 水 铝 石 、 石 英 等 几 种 矿 物 以 不 同 比 例 组 合 而 成 。 高 岭 土 除 烧 制 陶 瓷 外 , 造 纸 、 油 漆 、 橡 胶 、 塑 料 、 日 用 化 学 、 耐 火 材 料 等 都 大 量 使 用 , 不 同 的 工 业 部 门 对 高 岭 土 的 质 量 要 求 不 同 , 但 高 质 量 的 矿 石 都 要 求 高 铝 、 高 白 度 、 低 铁 , 粒 细 易 分 散 。 高 岭 土 矿 床 分 为 4 种 类 型 : 风 化 残 积 型 、 次 生 淋 滤 型 、 热 液 蚀 变 型 、 沉 积 型 。 高 岭 土 矿 石 分 土 状 与 石 状 两 类 , 它 们 的 矿 物 化 学 组 成 大 致 相 同 , 而 工 艺 物 理 性 质 有 较 大 差 异 , 因 此 需 要 作 不 同 加 工 工 艺 处 理 , 石 状 高 岭 石 较 坚 固 ( 普 氏 系 数 5 ~ 6 级 ) , 原 矿 要 经 粉 碎 、 磨 矿 、 分 选 , 其 各 项 物 理 性 能 如 可 塑 性 、 结 合 力 等 将 随 细 度 的 增 加 而 产 生 明 显 的 变 化 。 土 状 高 岭 土 又 分 致 密 块 状 和 含 砂 致 密 块 状 、 碎 屑 状 , 角 砾 状 、 松 软 土 状 等 不 同 结 构 , 它 们 的 加 工 工 艺 也 各 有 别 。 松 软 土 状 者 经 淘 洗 富 集 出 精 土 , 致 密 块 状 的 则 需 破 碎 、 磨 矿 、 分 选 得 到 精 土 。 对 一 些 含 铁 量 较 高 的 矿 石 还 需 进 行 磁 选 除 铁 。 陶 瓷 工 业 对 高 岭 土 的 化 学 成 分 要 求 见 表 2-19。 表 2-19ꢀ 陶 瓷 工 业 对 高 岭 土 成 分 的 要 求 ( % ) 成 ꢀ 分 一 级 二 级 三 级 Al2 O3 ≥35 ≥32 ≥28 Fe2 O3 + TiO2 ≤0 8 ≤0 8 ≤0 8 ≤0 3 ≤1 2 ≤0 8 ≤0 8 ≤0 3 ≤1 8 ≤1 0 ≤1 0 ≤0 3 CaO MgO SO3 ꢀ 2 2ꢀ 矿 床 地 质  可 塑 性 、 结 合 性 能 、 干 燥 收 缩 、 干 燥 强 度 、 烧 成 收 缩 、 烧 结 性 能 、 耐 火 度 、 烧 成 后 白 度 等 性 能 标 准 以 满 足 配 方 需 要 而 定 。 2  2 8 4ꢀ 石 棉 矿 床 石 棉 呈 纤 维 状 的 脉 状 矿 体 产 出 , 脉 宽 从 几 毫 米 至 几 十 毫 米 , 棉 脉 有 单 式 、 复 式 , 也 可 为 网 状 , 脉 石 以 蛇 纹 石 为 主 。 石 棉 分 纤 维 蛇 纹 石 石 棉 与 角 闪 石 石 棉 , 工 业 上 应 用 的 95% 以 上 是 纤 维 蛇 纹 石 石 棉 , 又 称 温 石 棉 。 温 石 棉 矿 床 成 因 上 与 热 液 蚀 变 有 关 , 围 岩 一 是 超 基 性 岩 , 另 一 是 白 云 岩 。 大 型 石 棉 矿 床 绝 大 多 数 与 超 基 性 岩 的 断 裂 切 剪 带 有 关 。 白 云 岩 型 的 成 矿 则 与 断 裂 带 、 辉 绿 岩 及 酸 性 侵 入 岩 密 切 相 关 。 围 岩 皆 蛇 纹 石 化 。 石 棉 主 要 以 纤 维 长 短 分 等 级 , 大 于 18 mm 的 为 特 级 , 其 余 分 为 Ⅱ ~ Ⅶ级 , Ⅲ级 以 上 用 于 纺 织 , Ⅲ级 以 下 主 要 用 于 建 筑 石 棉 水 泥 制 品 。 石 棉 的 价 值 除 纤 维 长 度 外 , 决 定 于 其 韧 性 、 劈 分 性 、 耐 热 性 等 。 石 棉 矿 床 的 含 棉 率 ( 石 棉 与 脉 石 之 比 ) 达 到 1% 即 可 能 开 采 , 随 着 长 纤 维 石 棉 含 量 的 比 例 增 加 , 工 业 含 棉 率 的 要 求 可 以 降 低 ( 见 表 2-20) 。 表 2-20ꢀ 工 业 品 级 的 含 棉 率 要 求 ( % ) 品 ꢀ AA - Ⅶ级 级 边 界 含 棉 率 工 业 含 棉 率 > 1 > 0 4 其 中 AA - Ⅴ级 总 含 棉 率 ≥25% 时 其 中 AA - Ⅲ级 总 含 棉 率 ≥25% 时 0 3 0 2 0 5 0 4 2  2 8 5ꢀ 石 膏 矿 床 我 国 石 膏 已 探 明 的 储 量 居 世 界 首 位 , 分 布 范 围 十 分 广 泛 。 除 浙 江 、 福 建 、 黑 龙 江 等 少 数 省 份 外 , 其 他 的 省 ( 区 ) 均 有 产 出 。 从 时 间 上 看 , 各 个 地 质 时 期 都 有 石 膏 生 成 , 但 最 主 要 的 成 矿 时 代 为 早 、 中 寒 武 世 , 中 奥 陶 世 , WWW.KY114.CN 早 石 炭 世 , 早 、 中 三 叠 世 和 白 垩 纪 - 老 第 三 纪 。 石 膏 矿 床 按 成 因 分 为 沉 积 型 、 后 生 空 隙 充 填 交 代 型 和 热 液 交 代 型 。 我 国 的 石 膏 、 硬 石 膏 矿 床 以 沉 积 型 为 主 。 海 相 沉 积 石 膏 矿 床 , 矿 层 厚 度 大 , 沉 积 顺 序 由 下 而 上 为 灰 岩 →白 云 岩 →石 膏 →盐 类 。 陆 相 沉 积 矿 床 的 膏 层 单 层 薄 , 但 层 次 多 , 总 厚 度 大 , 质 量 好 , 储 量 大 , 成 膏 沉 积 顺 序 为 碎 屑 岩 →泥 岩 →白 云 岩 →石 膏 →盐 岩 。 石 膏 富 集 与 白 云 岩 密 切 共 生 。 第 三 纪 陆 相 石 膏 是 我 国 主 要 的 类 型 。 石 膏 矿 床 按 矿 石 类 型 和 质 量 要 求 分 为 : ( 1) 层 状 石 膏 、 硬 石 膏 矿 床 , 要 求 石 膏 加 硬 石 膏 大 于 55% ; ( 2) 纤 维 石 膏 矿 床 , 要 求 石 膏 大 于 95% ; ( 3) 纤 维 石 膏 和 层 状 石 膏 、 硬 石 膏 矿 床 , 兼 有 前 二 类 矿 床 的 矿 石 ; ( 4) 松 散 层 中 巨 - 伟 晶 石 膏 矿 床 , 要 求 石 膏 大 于 85% 。 石 膏 分 布 广 、 用 量 大 , 要 求 矿 山 要 交 通 方 便 、 矿 层 厚 度 大 , 质 量 好 。 石 膏 是 我 国 的 优 势 资 源 。 2  2 8 6ꢀ 滑 石 矿 床 滑 石 是 一 种 含 水 的 镁 硅 酸 盐 , 化 学 分 子 式 为 Mg3 [ Si4 O10 ] [ OH] 2 , 质 地 光 滑 , 有 滑 腻 感 , 故 此 得 名 。 滑 石 矿 床 按 成 因 分 为 3 种 类 型 : ( 1) 碳 酸 盐 岩 型 : 此 类 矿 床 分 布 广 , 储 量 大 , 占 全 部 总 储 量 的 55% 。 矿 石 多 属 于 低 铝 低 铁 质 的 块 滑 石 型 和 碳 酸 盐 - 滑 石 型 , 滑 石 含 量 在 50% ~ 70% 以 上 , 很 少 含 透 闪 石 等 纤 维 状 矿 物 , 白 度 达 80 ~ 92。 经 手 选 的 产 品 质 量 优 良 。 此 类 矿 床 又 可 分 出 3 个 亚 类 型 : 区 域 变 质 热 液 交 代 矿 床 、 岩 浆 热 液 交 代 矿 床 、 古 岩 溶 加 热 液 交 代 矿 床 。 ( 2) 超 镁 铁 质 岩 型 : 此 类 矿 床 的 储 量 约 占 全 国 总 储 量 的 17% , 如 福 建 省 莆 田 县 长 基 、 青 海 省 茫 崖 等 。 滑 石 矿 体 由 超 镁 铁 质 蚀 变 而 成 , 矿 床 规 模 不 等 , 矿 石 成 分 复 杂 , 一 般 含 铁 、 铝 、 钙 高 , 矿 石 质 量 差 。 ( 3) 沉 积 - 成 岩 型 : 此 类 型 矿 床 为 中 国 近 几 年 新 发 现 的 一 种 类 型 , 主 要 分 布 于 江 西 省 、 湖 南 省 、 四 川 省 , 储 量 约 占 全 国 的 28% 。 如 典 型 的 江 西 溪 滩 滑 石 矿 , 矿 体 围 岩 以 假 鲕 状 白 云 质 灰 岩 为 顶 板 , 以 假 鲕 状 硅 质 岩 、 硅 质 灰 岩 和 黏 土 白 云 质 灰 岩 为 底 板 , 围 岩 与 矿 层 连 续 沉 积 、 矿 石 为 以 硅 钙 质 为 主 的 黑 色 滑 石 。 ꢀ 70 2ꢀ 矿 山 地 质 及 水 文 地 质  ꢀ 滑 石 质 量 主 要 取 决 于 它 的 矿 物 、 化 学 组 成 、 白 度 以 及 加 工 粒 度 。 化 学 组 成 的 要 求 : 一 级 品 : SiO ≥60% , MgO≥30% , Fe O ≤0 8% ; 二 级 品 : SiO2 ≥40% , MgO≥30% , Fe2 O3 < 1 8% 。 2 2 3 滑 石 用 途 很 广 而 分 布 又 不 均 匀 , 所 以 属 全 球 性 资 源 。 2  2 8 7ꢀ 花 岗 石 和 大 理 石 矿 床 花 岗 石 和 大 理 石 矿 床 是 现 代 化 建 筑 中 室 内 外 墙 体 和 地 面 饰 面 材 料 的 重 要 来 源 。 大 理 石 包 括 大 理 岩 、 白 云 岩 、 石 灰 岩 、 蛇 纹 岩 及 矽 卡 岩 等 。 花 岗 石 包 括 花 岗 岩 、 闪 长 岩 、 正 长 岩 、 辉 长 岩 、 玄 武 岩 及 各 种 片 麻 岩 等 。 即 凡 是 与 大 理 岩 或 花 岗 岩 的 强 度 、 装 饰 性 、 可 加 工 性 相 似 的 岩 石 都 可 作 为 商 品 大 理 石 、 花 岗 石 。 花 岗 石 与 大 理 石 矿 床 的 主 要 评 价 指 标 一 是 装 饰 性 , 二 是 成 荒 率 与 成 材 率 , 三 是 具 有 一 定 强 度 要 求 的 力 学 性 能 。 绝 大 多 数 大 理 石 矿 床 都 与 沉 积 变 质 作 用 有 关 , 矿 体 以 层 状 为 主 , 质 量 好 的 矿 床 层 理 不 发 育 , 少 裂 隙 节 理 , 易 于 形 成 一 定 的 块 度 , 大 理 石 根 据 天 然 花 纹 色 彩 分 品 种 。 花 岗 石 矿 床 大 都 与 岩 浆 岩 及 深 变 质 岩 有 关 , 矿 体 一 般 规 模 较 大 呈 岩 基 、 岩 床 、 岩 株 或 层 状 产 出 。 花 岗 石 的 矿 床 评 价 除 装 饰 性 外 , 应 重 视 节 理 裂 隙 , 这 对 成 荒 率 与 成 材 率 有 很 大 影 响 。 纯 色 ( 如 红 、 白 、 黑 ) 花 岗 石 是 市 场 需 求 的 佳 品 。 2 2 8 8ꢀ 凹 凸 棒 石 与 海 泡 石 矿 床 凹 凸 棒 石 与 海 泡 石 同 属 镁 质 黏 土 矿 物 。 这 类 黏 土 具 有 热 稳 定 性 与 抗 盐 性 , 能 使 泥 浆 不 致 因 井 下 高 温 与 盐 介 质 的 作 用 而 引 起 胶 凝 , 不 会 影 响 泥 浆 黏 度 , 是 比 膨 润 土 更 好 的 深 钻 泥 浆 原 料 。 此 外 它 们 还 用 作 石 油 、 油 脂 工 业 的 脱 色 剂 、 吸 附 剂 ; 陶 瓷 工 业 制 珐 琅 原 料 及 黏 合 剂 , 环 保 工 程 中 废 物 、 毒 气 的 去 污 剂 、 吸 附 剂 , 漂 白 、 化 妆 品 的 填 料 及 配 制 动 物 饲 料 等 。 海 泡 石 矿 床 主 要 产 在 第 三 纪 火 山 沉 积 盆 地 中 常 与 凹 凸 棒 石 、 膨 润 土 共 生 。 间 或 在 较 老 ( 如 古 生 代 ) 的 沉 积 岩 中 也 有 出 现 。 热 液 型 海 泡 石 是 由 蛇 纹 岩 及 镁 质 岩 石 ( 白 云 岩 或 橄 榄 岩 ) 经 热 液 蚀 变 形 成 。 凹 凸 棒 石 与 海 泡 石 WWW.KY114.CN 黏 土 矿 的 质 量 主 要 取 决 于 它 们 自 身 矿 物 含 量 的 高 低 , 低 含 量 者 需 经 加 工 提 纯 处 理 , 才 能 被 工 业 大 量 使 用 。 2 2 9ꢀ 化工原料矿床 可 作 化 学 工 业 原 料 用 的 非 金 属 矿 床 。 根 据 用 途 可 分 为 化 肥 原 料 矿 床 、 无 机 化 工 原 料 矿 床 、 化 工 灰 岩 矿 床 。 化 肥 原 料 矿 床 主 要 包 括 磷 矿 、 硫 铁 矿 、 钾 盐 、 明 矾 石 、 含 钾 页 岩 、 蛇 纹 岩 等 矿 种 ; 无 机 化 工 原 料 矿 床 主 要 包 括 硼 矿 、 芒 硝 、 天 然 碱 、 重 晶 石 、 钠 硝 石 、 砷 矿 等 矿 种 ; 化 工 灰 岩 矿 床 主 要 包 括 制 碱 灰 岩 和 电 石 灰 岩 。 2 2 9 1ꢀ 硫 铁 矿 矿 床 硫 铁 矿 是 制 取 硫 酸 的 主 要 原 料 。 硫 酸 加 工 一 般 要 求 硫 铁 矿 矿 石 中 S 不 小 于 30% , Pb + Zn 不 大 于 1% , C 小 于 5% ~ 8% , As 小 于 0 1% ~ 0 2% , F 小 于 0 05% ~ 0 1% 。 我 国 硫 铁 矿 资 源 极 为 丰 富 , 几 乎 遍 及 全 国 各 省 , 储 量 40 亿 吨 , 居 世 界 前 列 , 集 中 分 布 在 西 南 、 中 南 和 华 东 三 大 区 ( 占 全 国 总 储 量 85% 以 上 ) 。 我 国 硫 铁 矿 矿 床 主 要 赋 存 层 位 有 : 震 旦 系 、 泥 盆 系 、 石 炭 系 、 二 叠 系 。 不 同 类 型 的 矿 床 其 产 出 层 位 不 同 , 例 如 二 叠 系 是 以 煤 系 沉 积 型 硫 铁 矿 最 为 集 中 的 层 位 。 硫 铁 矿 矿 床 有 沉 积 变 质 矿 床 、 火 山 岩 矿 床 、 煤 系 沉 积 矿 床 、 热 液 充 填 交 代 矿 床 、 沉 积 和 沉 积 改 造 矿 床 、 矽 卡 岩 矿 床 、 碳 酸 盐 及 砂 页 岩 矿 床 , 以 前 3 类 为 主 。 ( 1) 沉 积 变 质 硫 铁 矿 床 。 产 于 古 老 变 质 岩 系 地 层 中 , 矿 体 产 状 与 围 岩 一 致 , 呈 似 层 状 、 透 镜 状 , 走 向 延 长 数 百 米 至 数 千 米 。 按 矿 石 建 造 , 又 分 硫 铁 矿 型 和 多 金 属 硫 铁 矿 型 : 硫 铁 矿 型 矿 石 质 量 富 到 中 等 , 其 中 粉 状 矿 石 含 硫 高 达 40% 以 上 , 铊 是 主 要 伴 生 元 素 ; 多 金 属 硫 铁 矿 型 矿 石 含 硫 品 位 中 等 , 伴 生 和 共 生 铜 、 铅 、 锌 、 金 、 银 等 元 素 。 含 硫 矿 物 主 要 为 黄 铁 矿 , 局 部 见 磁 黄 铁 矿 。 矿 床 规 模 多 为 大 、 中 型 。 ( 2) 火 山 岩 硫 铁 矿 床 。 产 于 陆 相 火 山 岩 地 层 中 , 围 岩 蚀 变 显 著 , 以 绢 云 母 化 、 硅 化 、 高 岭 土 化 为 主 。 矿 体 为 似 层 状 、 透 镜 状 和 不 规 则 状 , 走 向 延 长 数 百 米 , 厚 数 米 至 数 十 米 。 含 硫 矿 物 为 单 一 的 黄 铁 矿 , 有 时 共 生 磁 铁 矿 , 伴 生 金 、 硒 、 钴 等 元 素 。 矿 石 质 量 一 般 为 中 低 品 位 , 矿 床 规 模 多 为 大 、 中 型 。 ꢀ 2 2ꢀ 矿 床 地 质  ( 3) 煤 系 沉 积 硫 铁 矿 床 。 主 要 产 于 石 炭 系 、 二 叠 系 、 侏 罗 系 等 的 煤 系 地 层 中 。 矿 层 底 板 多 为 石 灰 岩 , 顶 板 多 黏 土 岩 、 铝 土 页 岩 或 煤 层 , 走 向 延 长 数 百 至 数 万 米 , 厚 度 数 十 厘 米 至 数 米 不 等 。 含 硫 矿 物 主 要 为 黄 铁 矿 , 次 为 白 铁 矿 。 共 生 矿 产 为 煤 、 铝 土 矿 、 高 岭 土 、 菱 铁 矿 等 。 矿 石 质 量 为 中 至 中 低 品 位 , 矿 床 规 模 以 大 、 中 型 为 主 。 硫 铁 矿 矿 床 地 质 - 工 业 类 型 及 其 特 征 见 表 2-21。 表 2-21ꢀ 我 国 硫 铁 矿 矿 床 地 质 - 工 业 类 型 及 其 特 征 矿 床 类 型 矿 体 形 态 及 产 状 矿 床 规 模 相 对 地 质 特 征 矿 石 类 型 主 要 矿 石 矿 物 矿 石 质 量 矿 床 实 例 重 要 性 ꢀ 受 断 裂 控 制 , 围 岩 绿 泥 ꢀ 脉 状 与 围 岩 斜 交 闪 锌 矿 型 , 黄- 黄 铁 矿 小 到 中 型 热 液 脉 状 硫 铁 矿 床 石 化 、 硅 化 、 高 岭 土 化 , 黄 铁 矿 与 其 他 硫 化 物 共 生 , 成 为 多 金 属 矿 床 , 围 岩 多 属 前 寒 武 系 及 古 生 界 ꢀ 以 黄 铁 矿 为 ꢀ 广 东 主 , 个 别 以 磁 黄 铁 矿 为 主 含 硫 中 到 富 重 要 锦 潭 、 浙 江 牛 角 湾 ꢀ 赋 存 于 石 炭 、 二 叠 纪 和 煤 系 沉 积 硫 铁 矿 床 新 第 三 纪 煤 系 碳 质 及 砂 质 页 岩 中 , 矿 层 较 稳 定 , 厚 度 几 厘 米 至 1 米 多 , 局 部 伴 生 黏 土 矿 及 煤 ꢀ 层 状 、 似 层 ꢀ 铁 矿 黄 铁 矿 及 白 中 到 大 型 ꢀ大 树四 川 状 , 产 状 与 围 岩 一 致 ꢀ ꢀ 黄 铁 矿 型 含 硫 贫 到 中 次 要 ꢀ 多 产 于 中 酸 性 侵 入 体 与 ꢀ 透 镜 状 、 囊 矽 卡 岩 硫 铁 各 种 碳 酸 盐 岩 石 或 含 碳 酸 盐 岩 石 的 接 触 带 , 围 岩 矽 卡 岩 化 , 有 关 侵 入 体 多 在 中 生 代 形 成 状 、 似 层 状 , 与 接 触 带 一 致 , 少 数 与 围 岩 层 理 一 致 黄 铁 矿 型 、 ꢀ 湖 北 ꢀ 黄 铁 矿 、 磁 黄 铁 矿 小 到 中 型 黄 铁 矿 含 硫 中 等 次 要 港 子 口 、 湖 南 上 堡 矿 床 ꢀ 黄 铁 黄 铁 矿 型 , ꢀ 广 东 大 降 坪 、 ꢀ 变 质 碳 酸 盐 及 硅 酸 盐 岩 ꢀ 黄 铁 矿 为 主 , 沉 积 变 质 硫 铁 矿 床 ꢀ 似 层 状 、 透 镜 状 , 与 层 理 或 片 矿 黄 铁 矿 型-, 磁黄 石 中 , 沉 积 变 质 或 后 期 热 液 叠 加 形 成 , 主 要 产 于 前 寒 武 系 中 次 为 磁 黄 铁 矿 , 有 的 见 闪 锌 矿 、 方 铅 矿 、 黄 铜 矿 中 到 大 型 含 硫 贫 到 富 重 要 内 蒙 东 理 一 致 铁 矿 - 铜 、 升 庙 、 炭 窑 口 WWW. 铅 K 、 锌 型 Y114.CN ꢀ 基 性 或 酸 性 火 山 岩 中 , 多 为 火 山 碎 屑 岩 , 少 数 为 次 火 山 岩 、 砂 岩 、 砾 岩 、 碳 酸 盐 岩 。 常 见 绢 云 母 化 、 硅 化 、 绿 泥 石 化 , 高 岭 土 化 、 矽 卡 岩 化 等 , 主 要 产 于 中 生 代 陆 相 火 山 岩 和 前 中 生 代 海 相 火 山 岩 中 火 山 岩 系 中 的 硫 铁 ꢀ 透 镜 状 、 扁 豆 ꢀ 黄 铁 矿 - ꢀ 黄 铁 矿 为 主 , ꢀ 安 徽 小 到 状 、 似 层 状 , 与 围 岩 基 本 一 致 黄 铜 矿 - 铅 、 锌 型 次 为 黄 铜 矿 、 方 铅 矿 、 闪 锌 矿 含 硫 贫 到 富 重 要 向 山 、 何 家 小 岭 大 型 矿 床 ꢀ 碳 酸 盐 岩 及 硅 酸 盐 岩 碳 酸 盐 岩 及 砂 页 岩 中 的 硫 铁 矿 床 中 , 蚀 变 较 强 , 有 硅 化 、 碳 酸 盐 化 、 绢 云 母 化 、 高 岭 土 化 , 有 时 见 矽 卡 岩 化 , 一 般 受 深 断 裂 构 造 控 制 , 主 要 产 于 前 寒 武 系 和 古 生 界 中 ꢀ 层 状 、 似 层 ꢀ 江 苏 云 台 山 、 ꢀ 黄 铁 黄 铁 矿 型 、 状 、 囊 状 、 扁 豆 状 , 与 围 岩 一 致 或 斜 交 ꢀ 黄 铁 矿 , 个 别 有 磁 黄 铁 矿 含 硫 中 等 到 富 小 到 中 型 矿 黄 铁 矿 型 - 磁 重 要 四 川 打 字 堂 2  2 9 2ꢀ 磷 矿 床 磷 矿 是 制 取 磷 肥 的 原 料 。 酸 法 加 工 磷 肥 一 般 要 求 磷 矿 石 P O5 不 小 于 30% , 其 他 氧 化 物 不 大 于 3 5% , 2 MgO/ P O 不 大 于 5% , CO 不 大 于 6% 。 料 浆 法 磷 铵 对 矿 石 中 P O 含 量 要 求 可 适 当 降 低 。 热 法 加 工 黄 磷 一 2 5 2 2 5 般 要 求 磷 矿 石 P O 不 小 于 28% , SiO 大 于 1 5% , Fe O 不 大 于 2% , CO 不 大 于 6% , 粒 度 5 ~ 50 mm。 热 法 2 5 2 2 3 2 加 工 钙 镁 磷 肥 一 般 要 求 磷 矿 石 P O 不 小 于 24% , Fe O 不 大 于 5% , 若 为 钙 镁 质 半 自 熔 性 磷 矿 , 其 P O 要 求 2 5 2 3 2 5 也 可 适 当 降 低 。 磷 矿 床 一 般 分 为 沉 积 矿 床 、 沉 积 变 质 矿 床 、 岩 浆 矿 床 、 风 化 淋 滤 矿 床 和 生 物 堆 积 矿 床 5 类 , 前 两 种 是 目 前 开 发 利 用 的 主 要 类 型 。 ( 1) 沉 积 磷 矿 。 主 要 是 浅 - 滨 海 相 沉 积 磷 块 岩 矿 床 , 产 出 地 质 时 代 主 要 是 震 旦 纪 、 寒 武 纪 、 泥 盆 纪 。 磷 矿 层 多 赋 存 在 白 云 质 磷 酸 盐 岩 、 硅 质 岩 和 黑 色 页 岩 及 黏 土 岩 中 , 走 向 可 延 长 数 千 米 至 数 万 米 , 矿 层 厚 数 米 至 ꢀ 72 2ꢀ 矿 山 地 质 及 水 文 地 质  ꢀ 数 十 米 。 矿 石 质 量 既 有 富 矿 又 有 中 低 品 位 矿 , 矿 石 工 业 类 型 为 磷 块 岩 , 以 硅 - 钙 ( 镁 ) 质 为 主 , 属 较 难 选 矿 石 。 含 磷 矿 物 为 胶 磷 矿 , 常 伴 生 稀 土 、 铀 、 碘 、 锶 等 元 素 。 矿 床 规 模 以 大 型 、 巨 大 型 为 主 。 ( 2) 沉 积 变 质 磷 矿 。 产 于 古 老 的 变 质 岩 系 地 层 中 , 受 一 定 层 位 控 制 , 并 经 受 了 不 同 程 度 的 变 质 作 用 。 矿 层 走 向 延 长 数 百 至 数 千 米 , 矿 层 厚 数 米 至 数 十 米 。 矿 石 一 般 为 中 低 品 位 矿 , 矿 石 工 业 类 型 为 磷 灰 岩 , 属 易 选 矿 石 。 含 磷 矿 物 主 要 是 细 晶 磷 灰 石 , 有 时 有 胶 磷 矿 , 伴 生 元 素 有 锰 、 铀 等 。 矿 床 规 模 以 大 、 中 型 为 主 。 ( 3) 岩 浆 磷 矿 。 多 与 碱 性 、 基 性 - 超 基 性 岩 浆 岩 关 系 密 切 , 矿 石 质 量 P O5 可 小 于 10% , 但 磷 灰 石 结 晶 2 较 好 , 易 选 矿 。 目 前 利 用 的 有 铁 - 磷 灰 石 矿 、 稀 土 - 磷 灰 石 矿 和 石 墨 - 磷 灰 石 矿 。 磷 矿 矿 床 地 质 - 工 业 类 型 及 其 特 征 见 表 2-22。 表 2-22ꢀ 我 国 磷 矿 床 地 质 - 工 业 类 型 及 其 特 征 矿 床 类 型 矿 床 形 态 主 要 矿 矿 床 规 模 相 对 地 质 特 征 矿 石 类 型 矿 石 质 量 实 例 及 产 状 石 矿 物 重 要 性 ꢀ P O 3% ~ 2 5 ꢀ 地 台 边 缘 地 带 , 受 断 裂 控 制 , 由 于 岩 ꢀ 似 层 状 、 透 镜 岩 浆 型 磷 灰 石 岩 矿 床 25% , 伴 生 稀 土 、 铁 、 钛 、 钒 、 铌 等 , 可 综 合 利 用 浆 分 异 作 用 或 伴 随 热 液 交 代 构 成 一 系 列 含 磷 灰 石 的 基 性 - 超 基 性 碱 性 杂 岩 和 碳 酸 岩 体 状 、 板 状 、 不 规 则 囊 状 、 脉 状 , 缓 到 急 倾 斜 ꢀ石 岩磷 灰 小 到 大 型 钒ꢀ 山河 北 ꢀ ꢀ 磷 灰 石 较 重 要 ꢀ 海 相 沉 积 磷 灰 岩 经 区 域 变 质 作 用 形 沉 积 变 质 磷 灰 岩 矿 床 成 磷 矿 层 , 产 于 中 元 古 界 下 部 , 中 低 级 变 质 的 细 粒 碎 屑 岩 至 碳 酸 盐 岩 的 过 渡 带 内 。 细 粒 变 晶 结 构 , 条 带 状 构 造 , 少 部 分 为 块 状 构 造 ꢀ 层 状 、 似 层 氟 磷 灰 ꢀ 江 苏 锦 ꢀ P O510% 小 到 2 状 、 透 镜 状 , 一 般 为 缓 倾 斜 ꢀ 磷 灰 岩 石 、 石 英 、 长 石 重 要 屏 、 湖 黄 麦 岭 北 ~ 15% 大 型 海 相 - 碳 酸 盐 和 硅 酸 盐 沉 积 磷 块 岩 ꢀ 地 台 边 缘 或 地 台 的 边 缘 坳 陷 , 成 矿 地 ꢀ P 2 有~ 3稀4% , 伴 生 O 5 12% ꢀ 云 南 昆 阳 、 贵 阳 、 湖 北 荆 襄 质 时 代 主 要 为 震 旦 纪 、 寒 武 纪 、 泥 盆 纪 , 含 磷 岩 系 是 一 套 细 碎 屑 - 碳 酸 盐 - 硅 质 岩 - 泥 质 - 黏 土 质 岩 组 合 , 或 其 中 两 ꢀ 隐 晶 质 ꢀ 层 状 、 似 层 小 到 巨 型 州 ꢀ 磷 块 岩 碳 氟 磷 土 、 铀 、 重 要 状 , 大 部 缓 倾 斜 开 灰 石 钒 、 碘 , 可 综 WWW.KY114.CN 种 或 三 种 岩 石 的 组 合 合 利 用 矿 床 2 2 9 3ꢀ 钾 盐 矿 床 钾 盐 是 制 取 钾 肥 的 原 料 。 钾 肥 生 产 一 般 要 求 含 钾 卤 水 KCl 不 小 于 1% , 固 体 钾 盐 KCl 不 小 于 10% 。 中 国 钾 盐 资 源 短 缺 , 目 前 开 发 利 用 的 主 要 是 陆 相 钾 盐 矿 床 , 海 相 钾 盐 矿 床 尚 未 发 现 。 陆 相 钾 盐 矿 床 又 以 内 陆 盐 湖 矿 床 为 主 , 陆 相 固 体 钾 盐 矿 床 次 之 。 ( 1) 盐 湖 钾 盐 矿 床 。 一 般 是 固 液 相 并 存 以 液 相 为 主 , 目 前 开 发 利 用 的 主 要 是 浅 藏 卤 水 矿 床 , 含 钾 卤 水 赋 存 于 石 盐 晶 间 和 黏 土 的 孔 隙 中 , 埋 深 小 于 50m。 卤 水 化 学 类 型 齐 全 , 富 含 镁 、 硼 、 锂 、 钠 及 溴 、 铷 、 铯 、 碘 等 有 益 元 素 。 含 钾 晶 间 卤 水 呈 层 状 , 具 有 水 平 分 带 和 垂 直 分 带 特 征 。 ( 2) 陆 相 固 体 钾 盐 矿 床 。 产 于 红 色 碎 屑 质 蒸 发 岩 建 造 中 。 钾 盐 呈 透 镜 状 、 扁 豆 状 赋 存 于 石 盐 矿 体 中 , 矿 石 类 型 有 灰 绿 色 泥 砾 质 钾 盐 岩 和 青 灰 色 钾 盐 岩 两 种 , 矿 石 质 量 为 KCl 11% , 共 生 和 伴 生 矿 产 石 盐 。 矿 石 规 模 小 。 2  2 9 4ꢀ 明 矾 石 矿 床 明 矾 石 可 作 为 制 取 钾 肥 的 原 料 。 采 用 还 原 热 解 法 综 合 利 用 明 矾 石 可 生 产 钾 肥 、 硫 酸 和 铝 氧 。 矿 石 质 量 要 求 : 明 矾 石 矿 含 明 矾 石 不 小 于 42% , K2 O∶Na2 O 不 大 于 6∶1, 过 剩 Al2 O3 不 大 于 2% ; 含 钾 岩 石 K2 O 不 小 于 10% 。 中 国 明 矾 石 矿 床 主 要 是 陆 相 火 山 沉 积 矿 床 。 矿 床 产 于 中 生 代 火 山 岩 中 , 围 岩 蚀 变 为 明 矾 石 化 、 硅 化 、 叶 蜡 石 化 、 绢 云 母 化 。 矿 体 为 层 状 , 似 层 状 , 走 向 延 长 数 百 米 至 2000 余 米 。 矿 石 类 型 有 含 砾 、 粗 粒 、 细 粒 明 矾 石 3 种 。 主 要 矿 物 为 明 矾 石 、 石 英 、 玉 髓 , 次 为 黏 土 类 矿 物 。 矿 石 质 量 K O2 3% ~ 5 8% , SO 13% ~ 18% , 2 3 Al2 O 15% ~ 20% , 多 数 为 钾 明 矾 。 矿 床 规 模 以 大 、 中 型 为 主 。 3 2  2 9 5ꢀ 蛇 纹 岩 矿 床 为 含 镁 岩 石 , 可 制 取 钙 镁 磷 肥 料 。 矿 石 质 量 要 求 : MgO 不 小 于 30% , CaO 小 于 3% ~ 5% 。 主 要 有 超 基 性 ꢀ 2 2ꢀ 矿 床 地 质  蛇 纹 岩 矿 床 和 变 质 蛇 纹 岩 矿 床 两 类 。 主 要 矿 物 成 分 为 叶 蛇 纹 石 , 其 次 为 胶 蛇 纹 石 , 在 变 质 矿 床 中 还 有 纤 维 蛇 纹 石 。 2  2 9 6ꢀ 硼 矿 床 硼 矿 是 制 取 硼 砂 和 硼 酸 的 主 要 原 料 , 矿 石 一 般 要 求 B O3 不 小 于 10% 。 2 硼 矿 床 类 型 有 沉 积 变 质 再 造 矿 床 、 盐 湖 矿 床 、 接 触 交 代 矿 床 、 海 相 沉 积 矿 床 、 火 山 沉 积 矿 床 、 地 下 卤 水 矿 床 , 目 前 开 发 利 用 的 主 要 是 前 两 类 。 ( 1) 沉 积 变 质 再 造 硼 矿 。 产 于 前 寒 武 系 混 合 岩 及 区 域 变 质 岩 系 中 , 矿 体 赋 存 于 变 粒 岩 、 浅 粒 岩 夹 层 的 蛇 纹 石 化 大 理 岩 、 蛇 纹 岩 或 变 质 镁 质 橄 榄 岩 中 , 受 一 定 层 位 控 制 , 产 状 与 围 岩 一 致 , 呈 似 层 状 、 透 镜 状 、 不 规 则 矿 体 群 。 矿 体 长 数 十 至 数 百 米 , 个 别 长 于 千 米 。 近 矿 围 岩 蚀 变 有 蛇 纹 石 化 、 金 云 母 化 、 透 闪 石 化 等 。 主 要 含 硼 矿 物 为 硼 镁 石 、 遂 安 石 和 含 油 铁 硼 矿 。 矿 石 质 量 中 等 到 富 , 矿 床 规 模 不 等 。 ( 2) 盐 湖 硼 矿 。 主 要 位 于 青 藏 高 原 新 生 代 构 造 活 动 带 中 , 硼 的 物 质 来 源 与 深 部 含 硼 热 水 有 关 , 属 现 代 盐 湖 沉 积 矿 床 , 埋 深 浅 或 直 接 出 露 地 表 。 盐 湖 硼 矿 一 般 为 固 液 相 并 存 并 处 于 动 态 平 衡 的 矿 床 , 目 前 开 发 利 用 的 主 要 是 固 体 矿 。 硼 矿 矿 床 地 质 - 工 业 类 型 及 其 特 征 见 表 2-23。 表 2-23ꢀ 硼 矿 矿 床 地 质 - 工 业 类 型 及 其 特 征 矿 床 形 态 矿 床 类 型 矿 床 规 模 相 对 地 质 特 征 矿 石 类 型 主 要 矿 石 矿 物 矿 石 质 量 实 例 及 产 状 重 要 性 ꢀ 产 于 干 旱 气 候 的 新 生 代 构 造 - 火 山 岩 带 的 第 三 纪 陆 相 沉 积 中 , 含 硼 岩 系 由 黏 土 质 、 硅 质 、 碳 酸 岩 - 黏 土 质 沉 积 岩 与 各 种 火 山 岩 互 层 组 成 , 有 时 夹 盐 层 , 硼 产 于 黏 土 质 、 泥 灰 质 或 凝 ꢀ B O 有 两 ꢀ 美 国 2 3 ꢀ 固 相 : 巨 大 透 ꢀ 硼 砂 、 斜 方 硼 砂 、 钠 硼 解 石 、 硅 硼 钙 石 火 山 沉 积 矿 床 ꢀ 酸 盐 硼 酸 盐 、 硅 种 , 固 相 :20% ~ 50%; 液 相 : 可 达 1% ~12% 克 拉 墨 、 土 耳 其 萨 勒 卡 亚 镜 体 、 层 状 、 大 型 重 要 巢 状 WWW.KY114.CN 含 盐 海 相 沉 积 物 中 , 矿 灰 质 的 沉 积 物 中 , 具 一 定 层 位 , 矿 石 分 固 相 和 液 相 两 大 类 ꢀ 体 在 钾 盐 层 、 石 膏 层 或 黏 土 层 内 。 矿 石 呈 团 块 状 或 浸 染 状 构 造 。 可 分 : ( 1 ) 钾 盐 、 镁 盐 沉 积 中 的 硼 酸 盐 ; ( 2) 盐 丘 中 的 石 膏 帽 ; ꢀ B O31% ~ 2 2 0%, 伴 生 钾 ꢀ 斯 俄 上 罗 卡 因 ꢀ 层 状 、 透 镜 盐 类 沉 积 矿 床 ꢀ 硼 镁 石 、 方 硼 石 、 硼 钾 镁 石 盐 、 石 膏 、 芒 硝 等 。 盐 丘 石 膏 帽 中 : B2 O37% 中 到 大 型 状 、 不 规 则 状 , 缓 倾 斜 ꢀ 硼 酸 盐 较 重 要 姆 、 杰 尔 ( 3) 石 膏 及 泻 湖 沉 积 的 硬 ~ 35% 石 膏 层 中 的 硼 酸 盐 。 成 矿 时 代 广 泛 , 以 二 叠 纪 为 主 ꢀ 液 相 : B O 2 3 有 1 5 ~2 g/ L, 伴 生 钾 、 溴 、 ꢀ 湖 水 、 地 下 晶 ꢀ 固 相 : 层 状 、 碘 、 锂 、 铷 、 铯 现 代 盐 湖 矿 床 间 卤 水 。 固 相 : 钠 硼 解 石 、 柱 硼 解 石 、 方 硼 石 小 到 大 型 ꢀ 大 柴 旦 青 海 ꢀ ꢀ 属 第 四 纪 内 陆 盐 湖 小 扁 豆 体 、 透 镜 体 , 一 般 水 平 ꢀ 硼 酸 盐 等 ; 固 相 : B O 次 要 2 1 5% ~ 10%, 伴 生 石 盐 、 钾 盐 、 芒 硝 、 石 膏 等 3 前 寒 武 纪 区 域 变 质 岩 中 , 矿 体 位 于 变 粒 岩 、 浅 粒 岩 所 夹 蛇 纹 石 化 大 理 岩 、 蛇 纹 岩 或 变 质 镁 质 橄 榄 岩 中 , 长 数 十 至 数 百 米 , 个 别 大 于 千 米 , 厚 数 米 至 数 十 米 。 围 岩 蛇 纹 石 化 、 金 云 母 化 、 透 闪 石 化 ꢀ B O 4% ~ 2 3 沉 积 变 质 再 造 矿 床 ꢀ 似 层 状 、 透 镜 20% , MgO 一 ꢀ 硼 酸 盐 硅 酸 盐 类 ꢀ 硼 镁 石 、 燧 安 石 、 硼 镁 铁 矿 小 到 大 型 ꢀ甸 、营 口 辽 宁 宽 状 、 囊 状 , 与 围 岩 基 本 一 致 般 生 > 30% , 伴 铁 、 铀 , 有 较 重 要 的 铁 含 量 高 第三章部分内容预览 WWW.KY114.CN 3 摇 矿 山 测 量 3 郾 1摇 概述 矿山测量是采矿企业的一项基础技术工作。 其主要工作内容是在矿山建设和生产过程中进行地上、地 下各种工程的施工测量,测绘各种采掘(剥)工程图和专用图,进行采掘区围岩、地表及边坡的移动观测研究 和参加地表各种建筑物、构筑物和水体下的开采试验,绘制矿体几何图,对采掘工程的数量和质量、采矿量和 矿石损失贫化进行验收、统计和监督;有时要测绘矿区大比例尺地形图。 矿山测量部门还要参加全矿采掘计 划的制定,及时可靠地为生产服务,对生产的正常进行及安全作业起到指导与监督作用。 我国《矿产资源监督管理暂行办法》 (1987 年)规定,矿山企业的地质测量机构是本企业矿产资源开发利用 与保护工作的监督管理机构。 因此矿山测量部门必须深入了解采矿许可证所规定的矿区范围。 对埋设好的界 桩或者地面标志的坐标要精确测出,妥善存档;并以明显标记绘制在基本地形图和矿区总图上,划上矿区境界 线。 要定期检查界桩或者地面标志的位置及完好程度,同时负责保护矿区境界范围内的矿产资源不受侵占。 矿山测量的理论和方法以及所使用的仪器和工具与相邻测绘学科有许多共同点,本章内容以矿山建设和 生产过程中的有关测量工作为限,有关控制测量、地形测量及地面线路测量的具体方法请另参阅有关书籍。 3 郾 2摇 矿山测量的工作内容和要求 矿山测量是开发矿业过程中不可缺少的一项重要的基础技术工作。 在勘探、设计、建设、生产各个阶段 WWW.KY114.CN 直到矿井报废为止,都要进行矿山测量工作。 在矿床勘探阶段,要建立勘探区域的地面控制网,测绘 1颐 5000 比例尺的地形图,标定设计好的勘探工 程,例如钻孔、探槽及探井、探巷等,并将它们测绘到平面图上。 还要与地质人员共同测绘、编制图纸资料和 进行储量计算。 在矿山设计阶段,需要测绘比例尺为 1颐 1000、1颐 2000 的地形图,供工业广场、建(构)筑物、线路等设计 用。 还应进行土方量计算等工作。 在矿山建设阶段,主要是进行一系列施工测量。 例如标设井筒或露天矿开挖沟道位置,工业与民用建 ( 构)筑物放样,凿井开巷测量,设备安装测量及线路测量等。 在矿山生产阶段,需要进行巷道标定与测绘,储量管理,开采监督,岩层与地表移动观测与研究,露天矿 边坡稳定性的观测与研究,参加采矿计划编制和环境保护与土地复垦的工作。 当矿山报废时,还须将全套矿山测量图纸、测量手簿及计算资料转交给有关单位长期保存。 综上所述,尽管煤矿和金属矿、地下开采与露天开采的具体工作任务各有特点,但按其工作性质,可将矿 山测量任务归纳为以下几项: ( ( ( ( ( 1) 建立矿区地面和井下(露天矿)测量控制系统,测绘大比例尺地形图; 2) 矿山基本建设中的施工测量; 3) 测绘各种采掘工程图、矿山专用图及矿体几何图; 4) 对资源利用及生产情况进行检查和监督; 5) 观测和研究由于开采所引起的地表及岩层移动的基本规律以及露天矿边坡的稳定性,组织开展 “ 三下冶(建筑物下、铁路下、水体下)采矿和矿柱留设的实施方案; 6) 进行矿区土地复垦及环境综合治理研究; ( 摇240 3摇 矿 山 测 量 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 ( 7) 进行矿区范围内的地籍测量; ( 8) 参与本矿区(矿)月度、季度、年度生产计划和长远发展规划的编制工作。 在贯彻执行安全、经济、合理地最大限度采出有用矿物的基本方针的过程中,矿山测量部门在采矿企业 中起下列主要作用: ( 1) 在均衡进行生产方面起保证作用。 在这一方面主要是通过及时提供反映生产状况的各种图纸资 料,准确掌握各种工业储量变动情况,参与采矿计划的编制和检查其执行情况来实现的。 2) 在充分开采地下资源和采掘工程质量方面起监督作用。 矿山测量人员应依据有关法令和规定,经常检查 各种已完成的采掘工程质量,对充分合理地采出有用矿物执行监督,以减少各种浪费,特别是地下资源的浪费。 3) 在安全生产方面起指导作用。 充分利用测绘的各种矿山测量图,发挥较全面的熟悉采掘工程的特 ( ( 点,及时正确地指导,使采矿巷道不掘入危险区内。 同时,要尽量准确地预测由于地下采空后所引起的岩层 与地表移动的范围,以避免建筑物的破坏和人身安全事故的发生。 综上可知,矿山测量常被誉为矿山的“眼睛冶是有一定道理的。 3 郾 3摇 矿区地表控制测量 3郾 3郾 1摇 矿区地表平面控制测量 3郾 3郾 1郾 1摇 一般规定 ( ( 1) 平面控制网的布设,可采用卫星定位测量控制网、导线及导线网、三角形网等形式。 2) 平面控制网精度等级的划分:卫星定位测量控制网依次为二、三、四等和一、二级;导线及导线网依 次为三、四等和一、二、三级;三角形网依次为二、三、四等和一、二级。 ( 1 2 3 ( 1 2 3) 平面控制网的布设,应遵循下列原则: ) 首级控制网的布设,应因地制宜,且适当考虑发展。 当与国家坐标系统联测时,应同时考虑联测方案。 ) 首级控制网的等级,应根据工程规模、控制网的用途和精度要求合理选择。 WWW.KY114.CN ) 加密控制网,可越级布设或同等级扩展。 4) 平面控制网的坐标系统,应在满足测区内投影长度变形不大于 2郾 5 cm/ km 的要求下,做下列选择: ) 采用统一的高斯正形投影 3毅带平面直角坐标系统。 ) 采用高斯正形投影 3毅带,投影面为测区抵偿高程面或测区平均高程面的平面直角坐标系统;或投影 任意带,投影面为 1985 国家高程基准面平面直角坐标系统。 3 4 5 3 ) 小测区或有特殊精度要求的控制网,可采用独立坐标系统。 ) 在已有平面控制网的地区,可沿用原有的坐标系统。 ) 厂区内可采用建筑坐标系统。 郾 3郾 1郾 2摇 卫星定位测量 A摇 卫星定位测量的主要技术要求 各等级卫星定位测量控制网的主要技术指标,应符合表 3-1 的规定。 表 3-1摇 卫星定位测量控制网的主要技术要求 等级 二等 三等 四等 一级 二级 平均边长/ km 固定误差 A/ mm 比例误差系数 B / (mm/ km) 约束点间的边长相对中误差 臆1 / 250000 约束平差后最弱边相对中误差 臆1 / 120000 9 4郾 5 2 臆10 臆10 臆10 臆10 臆10 臆2 臆5 臆1 / 150000 臆1 / 70000 臆10 臆20 臆40 臆1 / 100000 臆1 / 40000 1 臆1 / 40000 臆1 / 20000 0郾 5 臆1 / 20000 臆1 / 10000 各等级控制网相邻点间的基线精度,可用式(3-1)表示。 2 滓 = A + (B·d) 2 (3-1) 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 3郾 3摇 矿区地表控制测量 式中摇 滓———基线长度中误差,mm; A———固定误差,mm; B———比例误差系数,mm/ km; d———平均边长,km。 GPS 网观测精度的评定,应满足下列要求: ( 1)GPS 网的测量中误差,按式(3-2)计算: 1 N WW ] m = (3-2) (3-3) [ 3n 2 2 2 W = Wx + Wy + Wz 式中摇 摇 m———GPS 网测量中误差; N———GPS 网中异步环的个数; n———异步环的边数; W———异步环的环闭合差; Wx ,Wy ,Wz ———异步环的各坐标分量闭合差。 ( 2)控制网的测量中误差,应满足相应等级控制网的基线精度要求,并符合式(3-4)的规定。 m 臆 滓 (3-4) B摇 卫星定位测量控制网的设计、选点与埋石 卫星定位测量控制网的布设,应符合下列要求: ( 1) 应根据测区的实际情况、精度要求、卫星状况、接收机的类型和数量以及测区已有的测量资料进行 综合设计。 ( 2) 首级网布设时,宜联测 2 个以上高等级国家控制点或地方坐标系的高等级控制点;对控制网内的长 边,宜构成大地四边形或中点多边形。 WWW.KY114.CN ( 3) 控制网应由独立观测边构成一个或若干个闭合环或附合路线,各等级控制网中构成闭合环或附合 路线的边数不宜多于 6 条。 ( ( ( 4) 各等级控制网中独立基线的观测总数,不宜少于必要观测量的 1郾 5 倍。 5)加密网应根据工程需要,在满足本规范精度要求的前提下,可采用比较灵活的布网方式。 6)对于采用 GPS - RTK 测图的测区,在控制网的设计中应顾及参考站点的分布及位置。 C摇 GPS 观测 GPS 控制测量作业的基本技术要求,应符合表 3-2 的规定。 表 3-2摇 GPS 控制测量作业的基本技术要求 等摇 级 接收机类型 仪器标称精度 观测量 二等 三等 四等 一级 二级 双频或单频 双频或单频 双频或单频 双频或单频 双频或单频 - 6 -6 -6 -6 -6 10mm +2 伊10 伊 D 10mm +5 伊10 伊 D 10mm +5 伊10 伊 D 10mm +5 伊10 伊 D 10mm +5 伊10 伊 D 载波相位 逸15 — 载波相位 逸15 — 载波相位 逸15 — 载波相位 逸15 载波相位 逸15 静摇 态 卫星高度角/ (毅) 有效观测卫星数 观测时段长度/ min 数据采样间隔 / s 快速静态 静摇 态 逸15 逸15 逸5 逸5 逸4 逸4 逸4 快速静态 静摇 态 — — — 逸5 逸5 逸90 — 逸60 — 逸45 — 逸30 逸30 快速静态 静摇 态 逸15 逸15 10 ~ 30 — 10 ~ 30 — 10 ~ 30 — 10 ~ 30 5 ~ 15 臆8 10 ~ 30 5 ~ 15 臆8 快速静态 点位几何图形强度因子 PDOP 臆6 臆6 臆6 注:当采用双频接收机进行快速静态测量时,观测时段长度可缩短为 10 min。 摇242 3摇 矿 山 测 量 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 3郾 3郾 1郾 3摇 导线测量 A摇 导线测量的主要技术要求 各等级导线测量的主要技术要求,应符合表 3-3 的规定。 表 3-3摇 导线测量的主要技术要求 测 回 数 导线长度 平均边长 测角中误差 测距中误差 测距相对 方位角闭合差 导线全长 等级 / km / km / (义) / mm 中误差 / (义) 相对闭合差 1 义级仪器 2义级仪器 6义级仪器 三等 四等 一级 二级 三级 14 9 3 1郾 8 2郾 5 5 20 18 15 15 15 1 / 150000 1 / 80000 1 / 30000 1 / 14000 1 / 7000 6 10 6 — — 4 3郾 6 n 臆1 / 55000 臆1 / 35000 臆1 / 15000 臆1 / 10000 臆1 / 5000 1郾 5 0郾 5 0郾 25 0郾 1 4 5 n 10 n 16 n 24 n 4 — — — 2 2郾 4 1郾 2 8 1 3 12 1 2 注:1郾 表中 n 为测站数。 2 3 郾 当测区测图的最大比例尺为 1颐 1000 时,一、二、三级导线的平均边长及总长可适当放长,但最大长度不应大于表中规定长度的 2 倍。 郾 测角的 1义、2义、6义级仪器分别包括全站仪、电子经纬仪和光学经纬仪。 当导线平均边长较短时,应控制导线边数,但不得超过表 3-3 相应等级导线长度和平均边长算得的边 数;当导线长度小于表 3-3 规定长度的 1 / 3 时,导线全长的绝对闭合差不应大于 13 cm。 导线网中,结点与结点、结点与高级点之间的导线长度不应大于表 3-3 中相应等级规定长度的 0郾 7 倍。 B摇 水平角观测 水平角观测宜采用方向观测法。 方向观测法的技术要求,不应超过表 3-4 的规定。 表 3-4摇 水平角方向观测法的技术要求 等摇 级 仪器型号 光学测微器两次重合读数之差/ (义) 半测回归零差/ (义) 一测回内 2C 互差/ (义) 同一方向值各测回较差/ (义) 1 2 2 6 义级仪器 义级仪器 1 3 6 8 9 6 9 四等及以上 13 WWW.KY114.CN 义级仪器 义级仪器 — — 12 18 12 24 一级及以下 18 — 注:1郾 全站仪、电子经纬仪水平角观测时不受光学测微器两次重合读数之差指标的限制。 2 3 4 郾 当观测方向的垂直角超过 依 3毅的范围时,该方向 2C 互差可按相邻测回同方向进行比较,其值应满足表中一测回内 2C 互差的限值。 郾 观测的方向数不多于 3 个时,可不归零。 郾 观测的方向数多于 6 个时,可进行分组观测。 分组观测应包括两个共同方向(其中一个为共同零方向)。 其两组观测角之差,不应 大于同等级测角中误差的 2 倍。 分组观测的最后结果,应按等权分组观测进行测站平差。 郾 各测回间应配置度盘。 5 6 郾 水平角的观测值应取各测回的平均数作为测站成果。 C摇 距离测量 1) 一级及以上等级控制网的测距边,应采用全站仪或电磁波测距仪进行测距,一级以下也可采用普通 钢尺进行量距。 ( ( 2) 本书测距的各项指标适用于电磁波测距仪和全站仪等中、短程测距仪器。 中、短程的划分:短程为 3 km 以下,中程为 3 ~ 15 km。 ( 3) 测距仪器的标称精度,按式(3-5)表示。 mD = a + b 伊 D (3-5) 式中摇 mD ———测距中误差,mm; a———标称精度中的固定误差,mm; b———标称精度中的比例误差系数,mm/ km; D———测距长度,km。 ( 4) 测距仪器及相关的气象仪表应定期进行检验。 当在高海拔地区使用空盒气压计时,宜送当地气象 台(站)校准。 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 3郾 3摇 矿区地表控制测量 ( 5)各等级边长测距的主要技术要求,应符合表 3-5 的规定。 表 3-5摇 测距的主要技术要求 观测次数 一测回读数较差 单程各测回较差 往返较差 / mm 平面控制网等级 三等 仪器型号 总测回数 / mm / mm 往 返 臆 5 mm 级仪器 臆10 mm 级仪器 臆5 mm 级仪器 臆10 mm 级仪器 臆10 mm 级仪器 臆10 mm 级仪器 6 8 4 6 2 1 臆5 臆10 臆5 臆7 臆15 臆7 1 1 臆 2(a + b 伊 D) 四等 1 1 臆10 臆10 臆10 臆15 臆15 臆15 一级 1 1 — — — 二、三级 注:1郾 测距的 5 mm 级仪器和 10 mm 级仪器,是指当测距长度为 1 km 时,仪器的标称精度 mD 分别为 5 mm 和 10 mm 的电磁波测距仪器 mD = a + b 伊 D)。 ( 2 3 4 郾 测回是指照准目标一次,读数 2 ~ 4 次的过程。 郾 根据具体情况,边长测距可采取不同时间段测量代替往返观测。 郾 计算测距往返较差的限差时,a 、b 分别为相应等级所使用仪器标称的固定误差和比例误差。 ( 1 2 3 4 6) 测距作业,应符合下列规定: ) 测站对中误差和反光镜对中误差不应大于 2 mm。 ) 当观测数据超限时,应重测整个测回,如观测数据出现分群时,应分析原因,采取相应措施重新观测。 ) 四等及以上等级控制网的边长测量,应分别量取两端点观测始末的气象数据,计算时应取平均值。 ) 测量气象元素的温度计宜采用通风干湿温度计,气压表宜选用高原型空气盒气压表;读数前应将温 度计悬挂在离开地面和人体 1郾 5 m 以外的地方,读数精确至 0郾 2益;气压表应置平,指针不应滞阻,读数精确 至 50 Pa。 5 ) 当测距边用三角高程测定的高差进行修正时,垂直角的观测和对向观测高差较差要求,可按表 3-16 和表 3-17 中五等三角高程测量的有关规定放宽 1 倍执行。 WWW.KY114.CN ( 7) 每日观测结束,应对外业记录进行检查。 当使用电子记录时,应保存原始观测数据,根据需要打印 输出相关数据和预先设置的各项限差。 ( 8) 普通钢尺量距的主要技术要求,应符合表 3-6 的规定。 表 3-6摇 普通钢尺量距的主要技术要求 边长量距较 差相对误差 定线最大偏差 / mm 尺段高差 较差 估读值至 / mm 温度读数值 同尺各次或同段 等级 作业尺数 量距总次数 读定次数 至 / 益 各尺的较差 / mm 二级 三级 1 / 20000 1 / 10000 1 ~ 2 1 ~ 2 2 2 50 70 臆10 臆10 3 2 0郾 5 0郾 5 0郾 5 臆2 臆3 0郾 5 摇 摇 注:当检定钢尺时,其丈量的相对误差不应大于 1 / 100000。 3郾 3郾 1郾 4摇 三角形网测量 A摇 三角形网测量的主要技术要求 各等级三角形网测量的主要技术要求,应符合表 3-7 的规定。 表 3-7摇 三角形网测量的主要技术要求 测回数 平均边长 测角中误差 / (义) 三角形最大闭合差 / (义) 等级 测边相对中误差 最弱边边长相对中误差 1 / km 义级仪器 2义级仪器 6义级仪器 二等 三等 四等 一级 二级 9 1 臆1 / 250000 臆1 / 150000 臆1 / 100000 臆1 / 40000 臆1 / 20000 臆1 / 120000 臆1 / 70000 臆1 / 40000 臆1 / 20000 臆1 / 10000 12 6 — 9 — — — 4 3郾 5 7 4郾 5 2 1郾 8 2郾 5 5 4 6 9 1 — — 2 15 30 0郾 5 10 1 2 摇 摇 注: 当测区测图的最大比例尺为 1颐 1000 时,一、二级的边长可适当放长,但最大长度不应大于表中规定的 2 倍。 摇244 3摇 矿 山 测 量 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 B摇 图根平面控制 ( ( 1) 图根平面控制,可采用图根导线、极坐标、边角交会和 GPS 定位等测量方法。 2) 图根导线测量应符合:1 图根导线测量,宜采用 6义级仪器 1 测回测定水平角。 其主要技术要求,不 应超过表 3-8 的规定。 表 3-8摇 图根导线测量的主要技术要求 测角中误差/ (义) 方位角闭合差 / (义) 首级控制 40 n 导线长度/ m 相对闭合差 臆 1 / (2000 伊 琢) 一般 首级控制 一般 臆琢 伊 M 30 20 60 n 注: 1郾 琢 为比例系数,取值宜为 1,当采用 1颐 500、1颐 1000 比例尺测图时,其值可在 1 ~ 2 之间选用。 2 3 4 5 6 郾 M 为测图比例尺的分母; 但对于工矿区现状图测量,不论测图比例尺大小,M 均应取值为 500。 郾 隐蔽或施测困难地区导线相对闭合差可放宽,但不应大于 1 / (1000 伊 琢) 。 郾 在等级点下加密图根控制时,不宜超过 2 次附合。 郾 图根导线的边长,宜采用电磁波测距仪器单向施测,也可采用钢尺单向丈量。 郾 图根量距导线,还应符合下列规定: 1 2 3 ) 对于首级控制,边长应进行往返丈量,其较差的相对误差不应大于 1 / 4000; ) 量距时,当坡度大于 2% 、温度超过钢尺检定温度范围 依 10益 或尺长修正大于 1 / 10000 时,应分别进行坡度、温度、尺长的修正; ) 对于采用钢尺量距的附合导线,当长度小于规定导线长度的 1 / 3 时,其绝对闭合差不应大于图上 0郾 3 mm;对于测定细部坐标点 的图根导线,当长度小于 200 m 时,其绝对闭合差不应大于 13 cm。 ( 3) 对于难以布设附合导线的困难地区,可布设成支导线。 支导线的水平角观测可用 6义级经纬仪施测 左、右角各一测回,其圆周角闭合差不应超过 40义。 边长应往返测定,其较差的相对误差不应大于 1 / 3000。 导线平均边长及边数,不应超过表 3-9 的规定。 表 3-9摇 导线平均边长及边数 测图比例尺 平均边长 / m 导线边数 W 1颐 500 WW.KY1100 14.CN 3 3 4 4 1 1 1 颐 1000 颐 2000 颐 5000 150 250 350 ( 1 2 4) 极坐标法图根点测量,应符合下列规定: ) 采用 6义级全站仪或 6义级经纬仪加电磁波测距仪,角度、距离 1 测回测定。 ) 测量限差,不应超过表 3-10 的规定。 表 3-10摇 极坐标法图根点测量限差 半测回归零差/ (义) 两半测回角度较差/ (义) 测距读数较差/ mm 正倒镜高程较差/ m 臆20 臆30 臆20 臆H / 10 d 注:Hd 为基本等高距。 3 ) 测设时,可与图根导线或二级导线一并测设,也可在等级控制点上独立测设。 独立测设的后视点,应 为等级控制点。 4 ) 在等级控制点上独立测设时,也可直接测定图根点的坐标和高程,并将上、下两半测回的观测值取平均 值作为最终观测成果,其点位中误差不应大于图上 0郾 1 mm,高程中误差不应大于基本等高距的 1 / 10。 5 ) 极坐标法图根点测量的边长,不应大于表 3-11 的规定。 表 3-11摇 极坐标法图根点测量的最大边长 比 例 尺 1颐 500 300 1颐 1000 500 1颐 2000 700 1颐 5000 1000 最大边长/ m 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 3郾 3摇 矿区地表控制测量 6 ) 使用时,应对观测成果进行充分校核。 ( 5) 图根解析补点,可采用有校核条件的测边交会、测角交会、边角交会或内外分点等方法。 当采用测 边交会和测角交会时,其交会角应在 30毅 ~ 150毅,观测限差应满足表 3-10 的要求。 分组计算所得坐标较差, 不应大于图上 0郾 2 mm。 ( 6) GPS 图根控制测量,宜采用 GPS - RTK 方法直接测定图根点的坐标和高程。 GPS鄄RTK 方法的作业半 径不宜超过 5 km,对每个图根点均应进行同一参考站或不同参考站下的两次独立测量,其点位较差不应大于图 上 0郾 1 mm,高程较差不应大于基本等高距的 1 / 10。 其他技术要求应按表 3-10 ~ 表 3-17 的有关规定执行。 3郾 3郾 2摇 矿区地表高程控制测量 3 郾 3郾 2郾 1摇 一般规定 1) 高程控制测量精度等级的划分,依次为二、三、四、五等。 各等级高程控制宜采用水准测量,四等及 以下等级可采用电磁波测距三角高程测量,五等也可采用 GPS 拟合高程测量。 2) 首级高程控制网的等级,应根据工程规模、控制网的用途和精度要求合理选择。 首级网应布设成环 形网,加密网宜布设成附合路线或结点网。 3) 测区的高程系统, 宜采用 1985 国家高程基准。 在已有高程控制网的地区测量时,可沿用原有的高 程系统;当小测区联测有困难时,也可采用假定高程系统。 4) 高程控制点间的距离,一般地区应为 1 ~ 3km,工业厂区、城镇建筑区宜小于 1km。 但一个测区及周 围至少应有 3 个高程控制点。 郾 3郾 2郾 2摇 水准测量 ( ( ( ( 3 水准测量的主要技术要求,应符合表 3-12 和表 3-13 的规定。 表 3-12摇 水准测量的主要技术要求 观测次数 往返较差、附合或环线闭合差 每千米高差全中误差 路线长度 / km 等级 二等 三等 WWW水准仪 . 型号 K 水准 Y 尺 114.CN / mm 与已知点联测 附合或环线 往返各一次 往一次 平地/ mm 4 L 山地/ mm 2 — DS 1 因瓦 往返各一次 — DS 因瓦 双面 双面 单面 1 6 臆50 往返各一次 12 L 4 n DS3 往返各一次 四等 五等 10 15 臆16 — DS DS 3 3 往返各一次 往返各一次 往一次 20 L 30 L 6 n 往一次 — 注:1郾 结点之间或结点与高级点之间,其路线的长度不应大于表中规定的 0郾 7 倍; 2 3 郾 L 为往返测段、附合或环线的水准路线长度,km;n 为测站数; 郾 数字水准仪测量的技术要求和同等级的光学水准仪相同。 表 3-13摇 水准观测的主要技术要求 基、辅分划或黑、 红面读数较差 基、辅分划或黑、红面 所测高差较差 / mm 视线长度 前后视较差 前后视累积差 / m 视线离地面最低高度 / m 等级 水准仪型号 / m / m / mm 二等 三等 DS 1 50 100 75 1 3 6 0郾 5 0郾 3 0郾 5 1郾 0 2郾 0 3郾 0 — 0郾 7 1郾 5 3郾 0 5郾 0 — DS1 DS3 3 四等 五等 DS DS 3 3 100 100 5 10 — 0郾 2 — 近似相等 注:1郾 二等水准视线长度小于 20m 时,其视线高度不应低于 0郾 3 m; 2 3 郾 三、四等水准采用变动仪器高度观测单面水准尺时,所测两次高差较差,应与黑面、红面所测高差之差的要求相同; 郾 数字水准仪观测,不受基、辅分划或黑、红面读数较差指标的限制,但测站两次观测的高差较差,应满足表中相应等级基、辅分划或 黑、红面所测高差较差的限值。 摇246 3摇 矿 山 测 量 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 3郾 3郾 2郾 3摇 电磁波测距三角高程测量 ( ( 1) 电磁波测距三角高程控制测量,宜在平面控制点的基础上布设成三角高程网或高程导线。 2) 电磁波测距三角高程测量的主要技术要求,应符合表 3-14 的规定。 表 3-14摇 电磁波测距三角高程测量的主要技术要求 等摇 级 四摇 等 五摇 等 每千米高差中误差 / mm 边长/ km 臆 1 观测次数 对向观测 对向观测 对向观测高差较差/ mm 附合或环形闭合差/ mm 20 撞D 10 15 40 60 D D 臆 1 30 撞D 注:1 郾 D 为电磁波测距边长度,km; 2 郾 起讫点的精度等级,四等应起迄于不低于三等水准的高程点上,五等应起迄于不低于四等的高程点上; 郾 路线长度不应超过相应等级水准路线的总长度。 3 ( 1 3) 电磁波测距三角高程观测的技术要求,应符合下列规定: ) 电磁波测距三角高程观测的主要技术要求,应符合表 3-15 的规定。 表 3-15摇 电磁波测距三角高程观测的主要技术要求 垂直角观测 边长测量 仪器精度 观测次数 等摇 级 仪器精度 2义级 测回数 指标差较差 / (义) 臆7义 测回较差/ (义) 臆7义 四摇 等 五摇 等 3 2 臆10mm 级仪器 臆10mm 级仪器 往返各一次 往一次 2义级 臆10义 臆10义 2 3 3 ) 垂直角的对向观测,当直觇完成后应即刻进行返觇测量。 ) 仪器、反光镜或觇牌的高度,应在观测前后各量测一次并精确至 1mm,取其平均值作为最终高度。 郾 3郾 2郾 4摇 GPS 拟合高程测量 ( ( ( 1 1) GPS 拟合高程测量,仅适用于平原或丘陵地区的五等及以下等级高程测量。 2) GPS 拟合高程测量宜与 GPS 平面控制测量一起进行。 3) GPS 拟合高程测量的主要技术要求,应符合下列规定: WWW.KY114.CN ) GPS 网应与四等或四等以上的水准点联测。 联测的 GPS 点应均匀分布在测区四周和测区中心。 若 测区为带状地形,则应分布于测区两端及中部。 2 3 4 5 ) 联测点数,宜大于选用计算模型中未知参数个数的 1郾 5 倍,点间距宜小于 10 km。 ) 地形高差变化较大的地区,应适当增加联测点数。 ) 地形趋势变化明显的大面积测区,宜采取分区拟合的方法。 ) GPS 观测的技术要求,应按本手册 3郾 3郾 1郾 2 节的有关规定执行;其天线高应在观测前后各量测一次, 取其平均值作为最终高度。 4) 对 GPS 点的拟合高程成果,应进行检验。 检测点数不少于全部高程点的 10% ,且不少于 3 个点; 高差检验,可采用相应等级的水准测量方法或电磁波测距三角高程测量方法进行,其高差较差不应大于 0 Dmm(D 为参考站到检查点的距离,单位为 km)。 郾 3郾 2郾 5摇 图根高程控制 ( 3 3 ( ( 1 2 1) 图根高程控制,可采用图根水准、电磁波测距三角高程等测量方法。 2) 图根水准测量,应符合下列规定: ) 起算点的精度,不应低于四等水准高程点。 ) 图根水准测量的主要技术要求,应符合表 3-16 的规定。 表 3-16摇 图根水准测量的主要技术要求 每千米高差中误差 附合路线长度 视线长度 / m 观测次数 往返较差、附合或环线闭合差/ mm 仪器类型 / mm / km 附合或闭合路线 往一次 支水准路线 往返各一次 平地 山地 2 0 臆5 DS10 臆100 40 L 12 n 注:1郾 L 为往返测段、附合或环线的水准路线的长度,km; 2郾 当水准线路布设成支线时,其线路长度不应大于 2郾 5 km。 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 3郾 4摇 露天矿测量 ( 1 2 3) 图根电磁波测距三角高程测量,应符合下列规定: ) 起算点的精度,不应低于四等水准高程点。 ) 图根电磁波测距三角高程的主要技术要求,应符合表 3-17 的规定。 表 3-17摇 图根电磁波测距三角高程的主要技术要求 每千米高差中误差 附合路线长度 指标差较差 / (义) 垂直角较差 / (义) 对向观测高差较差 附合或环形闭合差 仪器类型 中丝法测回数 6义级 / mm / km / mm / mm 2 0 5 2 25 25 80 D 40 撞D 注:D 为电磁波测距边的长度,单位为 km。 3 ) 仪器高和觇标高的量取,应精确至 1 mm。 3 郾 4摇 露天矿测量 3郾 4郾 1摇 露天矿测量的主要工作 露天矿测量所用的仪器和测量方法与地形测量有许多共同之处。 露天矿测量的主要工作有:建立矿区测量控网,矿区地形测量,线路测量,露天矿工作控制测量,露天矿 生产测量,边坡移动观测,绘制各种矿山测量图。 本节只针对露天矿开采的特点,介绍露天矿开采所特有的 工作控制测量和生产测量。 3郾 4郾 2摇 露天矿平面工作控制测量 露天矿区范围内布设有表 3-1 所示的基本平面控制网点,这些点应均匀分布在矿坑四周边帮上并造标 埋石,但其密度一般满足不了露天矿测量工作的需要。 因此,应在其基础上加密布设工作控制网(点)作为 WWW.KY114.CN 露天矿生产测量工作的基础。 工作控制点相对于附近的基本控制点的点位中误差和高程中误差不应大于 表 3-18 的要求。 表 3-18摇 工作控制点点位中误差和高程中误差 点位中误差/ m 高程中误差/ m 等摇 级 采、剥区 0郾 07 排土场等 0郾 15 采、剥区 0郾 05 排土场 0郾 10 玉 域 0郾 10 0郾 20 0郾 07 0郾 15 工作控制网(点)一般分为两级,在矿区基本控制网基础上加密布设的为玉级工作控制网,在矿区基 本控制网和玉级工作控制网基础上再加密布设的为域级工作控制网。 工作控制点要均匀布设在露天采 区工作平盘上,必要时也应布设在矿坑边帮上,而且要根据测图比例尺的要求,保证一定的密度。 建立露天矿工作控制网(点)的方法主要根据露天矿地形、矿坑轮廓、开采深度、开采方向和所采用的碎 部测量方法来确定。 一般可用三角网、三边网、电磁波测距导线、经纬仪导线和交会法等方法建立。 下面介 绍几种常用的方法。 3郾 4郾 2郾 1摇 经纬仪导线法 经纬仪导线法适用于地形比较平坦,便于量边的情况。 如图 3-1 所示。 在每个工作平盘的两端先用交 会法测定两个已知点 A1 、B1 ,A2 、B2 ,A3 、B3 ,然后在 A、B 间敷设附合导线。 图 3-2 则是在 A、G 两个基本控制 点间,通过每个工作平盘敷设玉级经纬仪导线 A—B—C—D—E—F—G。 然后在每个工作平盘上的玉级经 纬仪导线点间敷设域级附合导线。 摇248 3摇 矿 山 测 量 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 摇 摇 摇 图 3-1摇 交会法和导线法建立工作控制网 图 3-2摇 导线法建立工作控制网 玉、域 级经纬仪导线的技术要求见表 3-19。 表 3-19摇 测设工作控制导线主要技术要求 地摇 点 级别 附合条件 基本控制点 导线总长/ m 相对闭合差 边长/ m 往返较差相对误差 测角中误差/ (义) 方位角闭合差/ (义) 玉 采、剥区 域 1000 1 1 3000 150 依 30 依 30 依 60 n 依 60 n 2 000 玉级工作控制点 基本控制点 700 2000 1500 玉 排土场 域 1 000 1 3000 150 2 玉级工作控制点 注:n 为测站数。 在有条件的矿山,可采用电磁波测距导线。 此时可使用玉、域级测距仪,量边时采用两测回读数进行单 向观测。 郾 4郾 2郾 2摇 交会法 3 露天矿形状复杂,开采深度较大,实地丈量边长有困难时,可采用交会法建立工作控制点。 测角交会法 WWW.KY114.CN 又有前方交会、侧方交会和后方交会。 利用测距仪时,可用边交会。 采用前、侧方交会法测设工作控制点,应 由 3 个已知点构成交会图形,交会角应为 30毅 ~ 120毅,当交会边长大于 800 m 时,交会角应为 40毅 ~ 110毅。 当 用侧方交会只解算一组坐标时,必须利用多余观测方向进行检核。 后方交会法在露天矿用得比较多,因为后方交会法比前、侧 方交会法灵活、方便、省时省力。 后方交会应在待定点 P 上观测 4 个已知点 A、B、C、D 的方向,得出交会角 茁1 、 茁2 、 茁3 ,其中第四 个方向作检查之用(见图 3-3)。 后方交会点一般应独立解算两组坐标,两组坐标值的较 差,对采场不应大于 0郾 2m,对排土场不应大于 0郾 4m,取平均值 或图形强度较高的一组坐标值作为最后结果。 图 3-3摇 后方交会法建立工作控制网 如果后方交会在待定点上只观测 3 个已知点的方向时, 应尽量将待定点选在 3 个已知点所构成的三角形内。 交会法测设工作控制点的水平视角观测采用方向观测法,测回数和观测限差见表 3-20。 表 3-20摇 交会法测设工作控制点时水平角方向观测的技术要求 等级 仪器类型 测回数 半测回归零差 / (义) 一测回中两倍照准差变动范围/ (义) 各测回互差/ (义) 测角中误差/ (义) 仪器对中误差 / mm DJ2 DJ5 DJ5 DJ15 1 2 1 2 8 13 30 30 70 9 10 10 20 20 3 3 3 3 玉 域 24 24 60 24 — 60 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 3郾 4摇 露天矿测量 采用边交会时,计算出待定点坐标后应反算边长以资检核。 各种交会计算公式见表 3-21。 侧方交会的 计算公式与前方交会相同。 边交会公式只适用于已知点不在同一直线上。 利用 PC - 1500 机进行各种交会 计算可在野外即时算出特定点坐标。 表 3-21摇 各种交会计算公式 图形及观测元素 计 算 公 式 说摇 摇 明 DAB sin茁 = sin(琢 + 茁) DAB sin琢 DAP , DBP = sin(琢 + 茁) xP1 = xA + DAP cos琢AP , yP1 = yA + DAP sin琢AP 摇 DAB 为 AB 边已知边长,琢AP 为 AP 边方位角,余 xP2 = xB + DBP cos琢BP , yP2 = yB + DBP sin琢BP 类推 xP1 + xP2 yP1 + yP2 xP = , yP = 2 2 1 2 1 2 ( 准 + 渍) = 180毅 - DAC sin茁 (琢CA - 琢CB + 琢 + 茁) tan渍 = DCB sin琢,tan 渍 - 准 = cot(渍 + 45毅)tan 准 + 渍 摇 准 和 渍 为 待 求 角 度, 求 出 后 即 可 计 算 蚁ACP, 2 2 蚁BCP,并用正弦公式计算 DAP 、DBP 边长,然后计算 1 2 1 2 1 2 1 2 渍 = 准 = (渍 + 准) + (渍 - 准) (渍 - 准) P 点坐标 (渍 + 准) - H1 驻yBC - H2 驻yBA xP = xB + 驻xBA 驻yBC - 驻yBA 驻xBC 摇 驻yBC = yC - yB ,余类推 H1 - 驻xBA + 驻xBP 摇 摇 y = y + B P WWW.K驻yBA Y114.CN 1 2 2 2 2 1 2 2 2 2 (D + b - c ) BC H = (D + b - a ),H = 1 BA 2 3郾 4郾 2郾 3摇 三角网法 当露天矿坑的走向比较长,或其内部有排土场,可用三角网或线形锁法建立工作控制网。 三角网和线形 锁的布设规格和要求见表 3-22。 表 3-22摇 三角网和线形锁工作控制测量的主要技术要求 级摇 别 玉 边长/ m 200 测角中误差/ (义) 依 10义 测回数 三角形最大闭合差/ (义) 方位角闭合差/ (义) 锁的三角形最多个数 2 1 依 30义 依 60义 依 20 n 依 40 n 12 10 域 150 依 20义 注:n 为所经线路角数。 为了保证图形强度,三角网和线形锁的任何角度一般不应小于 30毅。 此外,利用电磁波测距仪用极坐标法测设工作控制点也是非常方便省力的。 水平角观测中误差应不超 过 依 10义,测距精度不应低于 5 cm。 如采用竖角化算水平边长及测距三角高程时,竖角观测中误差应不大 于 10义。 3郾 4郾 3摇 工作控制点的高程测量 工作控制点的高程采用几何水准测量和三角高程测量方法测定。 四等以上水准点可作为采场水准基 点,水准点距采场较远时,按四等水准测量要求引测采场水准基点。 采场水准基点应设在采场附近不易受损 摇250 3摇 矿 山 测 量 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 坏的地方,埋设永久性或半永久性标石。 工作控制点的高程由采场水准基点开始用等外水准测定。 用三角高程测量独立交会工作控制点的高程时,其已知控制点高程应有四等水准点的精度。 单觇方向 应不少于三个,个别困难条件,才允许以两个方向算定。 竖直角观测应符合表 3-23 规定。 表 3-23摇 工作控制点三角高程测量竖直角观测的技术要求 DJ2 DJ6 地摇 点 最大边长/ m 1000 测角中误差/ (义) 测回数(中丝法) 最大边长/ m 1000 测角中误差/ (义) 测回数(中丝法) 采摇 场 10 10 1 1 10 10 2 2 排土场 1600 1600 由不同方向(或对向)观测求得的高差互差对采场工作控制点应不大于 0郾 15 m,对排土场应不大于 0郾 3 m, 不超过限差规定时,取平均值作为最后结果。 三角高程单向观测,距离超过 400 m 时,应进行地球曲率和折光改 正。 仪器高和觇标高用钢尺量至 0郾 5 cm,两次丈量之差应不大于 1 cm,取平均值作为最后结果。 3郾 4郾 4摇 露天矿工作控制测量实例 武汉钢铁公司大冶铁矿东露天采场长约 3km,宽 0郾 3 ~ 1郾 0km。 坑顶最高点高程 276m,最终坑底设计高 程为 - 168 m,72 m 以下为凹形露天开采。 该矿主要采用后方交会法作玉级工作控制测量,为了满足后方交 会测量的需要,在不同开采时期采用了不同方法测设玉级工作控制点。 在上部水平开采时期,视野开阔,与采场附近的矿区郁等控制点通视良好,直接利用矿区控制网作采场 的工作控制网,用后方交会法建立采场内各水平的域级工作控制点,其高程用三角高程测量方法测定。 后方 交会点至矿区控制点距离在 1 km 左右,采用 DJ2 级经纬仪一测回或 DJ6 级经纬仪二测角,观测四个方向,用 检验角检核测量成果的正确性。 随着采场的延深,采场内与部分矿区郁等三角点不能通视,于是,以郁等三 角点 1480 和矿 2 为已知边,测设一中点多边形,在矿坑周围建立矿 3、狮南、尖南、尖北四个玉级工作控制点 ( 见图 3-4)。 用 DJ2 级经纬仪四个测回测角,测角中误差 m籽 = 依 3郾 2义,由于图形强度较差,最弱边相对中误 WWW.KY114.CN 差为 1 / 17600。 图 3-4摇 大冶东露天采场工作控制网 采场向深部开采形成深凹露天坑以后,采矿坑越来越窄,视野越来越受限制,而玉级工作控制点必须往 下敷设。 采用线形锁在采场两侧的固定边帮上建立玉级工作控制网(见图 3-4)。 线形锁用 DJ2 级经纬仪六 个测回测角,竖直角用三丝法测一个测回。 采用严密平差法平差计算该网,水平角测角中误差 m籽 = 依 3郾 2义, 最弱边相对中误差为 1 / 49000。 工作控制点高程用三角高程测量测定。 所有玉级工作控制点都埋设在基岩上,并建 2郾 5m 高的简易觇标,每年对简易觇标检查一次。 工作平盘 上的域级工作控制点则用红油漆直接在岩石上标出。 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 3郾 4摇 露天矿测量 应当指出的是,所采用的玉级工作控制网施测精度偏高。 3郾 4郾 5摇 露天矿生产测量 露天矿生产测量包括采剥工作、爆破工作、地质勘探工作所需要的测量以及机械设备和地面建筑(包括 运输线路的位置)的测定,有时还要进行一些局部的地形测量。 3郾 4郾 5郾 1摇 采剥工作测量 测量方法有经纬仪视距测量法、平板仪测量法、剖面线测量法、支距测量法、激光地形仪法和摄影测量法 等。 各矿山应根据自己的特点和条件选用某一种方法。 目前我国露天矿广泛使用的主要是经纬仪视距测量 法,此外,有些矿山也采用剖面线法或支距测量法。 A摇 经纬仪视距测量法 经纬仪视距测量法是在工作控制点上摆经纬仪,用视距法测出坡顶、坡底线上特征点的位置,按极坐标 法绘出平面图。 它与地形测量中碎部测量方法相同。 B摇 支距测量法 对于露天采矿作业条件比较正规的中小型矿山可采用支距测量法,该方法如图 3-5 所示。 A、B 为工作 盘上的工作控制点,以 AB 为基准线,测定台阶坡顶线和坡底线的特征点 1 ~ 12 相对于基准线的垂距,并量 出各垂足至工作控制点的距离,如图中 Aa、Ab、…、Bi、Bj、…等。 当两控制点间距离较大时,可用仪器定线分 段丈量支距。 当测图比例尺为 1颐 2000 时,支距长度不应大于 15 m;比例尺为 1颐 1000 时,不应大于 10 m。 距 离丈量取到 0郾 1 m,各碎部点高程用几何水准测量方法测定,读数取到厘米。 WWW.KY114.CN 图 3-5摇 支距法测碎步点 C摇 摄影测量法 露天矿应用地面立体摄影测量方法验收具有省时、外业工作量少、工作效率高、节省成本和测量资料便 于保存和管理等优点。 这种方法在国外应用较多,在我国矿山则尚处于试验研究阶段,测量方格与测量成果 的处理、测量精度等许多问题尚需进一步试验。 a摇 摄影基线的选择与测定 摄影基线的选择,一是便于使用,二要保证测图精度。 为此,摄影基线可设置在固定帮上且与开采台阶 大致平行。 为保证最大竖距 Ymax 处的点位精度,要合理确定摄影竖距 Y 与摄影基线 b 的比值。 根据各矿山 摄影竖距的不同,可按下列公式确定基线长度: 1 4 bmin 臆 21 0Ymax bmax 臆 Ymin (3-6) (3-7) 当最大竖距 Ymax 处的交会精度能满足成图的最低精度要求时,其余部分的精度就可得到保证。 为保证 m b 1 1 测图精度,摄影基线的丈量精度必须保证达到 b 臆 2000 ~ 3000 。 摇252 3摇 矿 山 测 量 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 b摇 像控点的测设 一般每一像对的有效像幅内不得少于 3 个像控点。 像控点的测量方法是:在摄影基线端点上置仪器,采 用极坐标法用红外测距仪测距,DJ2 级经纬仪测水平角来测定。 其点位精度不得低于 0郾 1 m。 摄影时在像控 点上置专用觇牌。 c摇 摄影 摄影方式采用水平正直摄影及水平等偏摄影,最小偏角 10毅,最大偏角 25毅,用摄影经纬仪按常规方法 摄影。 d摇 内业成图与矿量计算 根据每月验收时所摄取的立体像对的底板(干板)在自动成图仪上(如 TECHNOCART)成图。 成图是 按照选定的成图比例尺,按像对构成的立体模型绘出每月所验收台阶的坡顶线和坡底线,每隔 1郾 5cm( 在 1 / 1000 图上)取一高程点。 用机械法求相邻两月坡顶线所围面积及相邻两月坡底线所围面积,求其平均 面积,再根据坡顶线及坡底线所测取的高程点计算平均段高,由此可求得验收矿量的体积。 实践证明:摄 影测量法验收精度高于经纬仪视距法。 应用此方法验收矿量特别适合于凹形露天矿,一次可摄影多个台 阶,在精度、效率及劳动强度等方面均优于普通测量法。 3郾 4郾 5郾 2摇 技术境界及采掘界限的测量 露天开采的最终境界、滑坡处理境界及采掘计划进度线应根据设计,以解析法或图解法求得坐标(或设 计直接给定的坐标),用经纬仪配合量距或视距极坐标法在实地标出,每 10 ~ 30 m 设一标志。 采用图解法求 坐标时,图的比例尺不应小于 1颐 1000。 技术境界线和掘沟中心线的标定精度要求见表 3-24。 表 3-24摇 技术境界和采掘界限的标定精度 项摇 摇 目 平面位置中误差/ m 高程中误差/ m 露天开采的最终境界线 采掘计划进度线 0郾 3 0郾 2 0郾 7 0郾 5 WWW.KY114.CN 固定坑线 0郾 3 0郾 2 0郾 2 掘沟中心线 移动坑线 0郾 5 3 郾 4郾 5郾 3摇 爆破工程测量 爆破工程测量的主要工作有: ( ( 1) 提供爆破区段的地形图(比例尺 1颐 200 ~ 1颐 500)。 2) 将设计图上的炮孔位置或硐室开口位置标定于现场。 标定所需的数据用图解法在设计图上求得, 一般用极坐标法进行标定。 同时爆破的一排炮孔只需标定一个,该排的其他炮孔位置可依炮孔中心距离和 炮孔距坡顶线的垂距来确定。 ( 3) 凿岩工程完工后实测爆破硐室位置、规格以及爆破区段的现状。 深孔爆破工程穿孔完毕后,应以经 纬仪视距极坐标法测出实际孔位和高程,用皮尺丈量孔间距,同时测出坡顶线、坡底线、下平盘标高和地质界 线。 爆破后,根据需要测量实际后冲线、爆堆形状和地质界线等。 此外,测量新台阶的剖面,以便验收测量及 计算爆破量时使用,也可供爆破人员分析研究爆破效果。 ( 4) 爆破测量的内业工作有:绘制爆破地区的平面图、剖面图,计算爆破量等。 在剖面图上可以确定最 小抵抗线及下盘抵抗线的大小、炮孔的超深情况。 这些均是研究提高爆破效率的主要资料。 3郾 4郾 6摇 露天矿产量统计 露天矿剥离工程量的统计方法,一般以从台阶运出岩土的矿车数乘以矿车的平均容积计算。 矿石回采量的统计方法有:矿车计数统计法、地秤计量法和验收测量计算法等。 一般矿山规定产量统计 工作以地测部门验收数据为准。 计算矿石回采量,主要是计算已采矿岩的体积。 计算体积的方法有水平断 面法和垂直断面法两种。 当采剥工作平盘比较规则,高度变化不大时,宜采用水平断面法。 它是在测绘出的 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 3郾 5摇 矿 井 测 量 平面图上量测相邻两个月份的坡顶线所围成的面积和相邻两月坡底线所围成的面积,求其平均面积,再乘以 平均段高,即得出验收矿量的体积。 当采剥工作平盘不规则,高度变化比较大时,则采用垂直断面法,做出垂 直断面后量测断面面积,再乘以断面间距得验收矿量体积,体积乘矿石体重得矿石回采量。 测量部门每月验 收一次并进行产量计算与统计。 矿岩量验收允许误差:5 万吨以下为 5% ,10 万吨为 4% ,10 万 ~ 20 万吨为 3 % ,20 万吨以上为 2% 。 验收测量中,还应测定结存的爆区矿岩量。 可以直接在实地进行剖面测量,也可用经纬仪视距极坐 标法测出爆堆边线,顶线、底线、阶段下平盘的高程和爆堆表面的高程。 根据爆堆表面的变化情况,一般 2 每 50 ~ 100 m 应测一高程点。 除按月验收外,每年度采剥范围内的采出矿、岩量应按图纸做一次复核性的总计算,总计算结果与按月 计算累计数相差应不超过下述限值: 100 万吨以上为 1郾 5% ,30 万 ~ 100 万吨为 2% ,30 万吨以下为 3% 。 3 郾 5摇 矿井测量 3郾 5郾 1摇 矿井联系测量 3郾 5郾 1郾 1摇 作用及分类 地下开采时,必须准确知道地下巷道和采空区相对于地表各种建筑物及水体(河流,湖泊等)间的位置 关系,才能正确解决岩层和地表移动、相邻矿井间地下采矿以及井筒和相邻矿井间巷道的贯通等重大问题。 为此,必须使井下测量采用与地表相同的坐标系统,用适当的测量方法将地面的坐标系统传递到井下巷道 内,这种测量工作称为矿井联系测量。 它的任务是确定: ( ( ( 1) 井下经纬仪导线中起算边的坐标方位角; 2) 井下经纬仪导线中起算点的平面坐标 x 和 y; 3) 井下高程测量起始点的高程 H。 前两项任务属于平面联系测量,简称矿井定向。 第三项任务属于高程联系测量,简称导入高程。 WWW.KY114.CN 矿井联系测量是矿山测量中一项特别重要的工作,对矿山安全生产关系很大。 尤其是井下起算边的坐 标方位角,它的误差使导线各点的点位误差随导线延伸面增大,因而造成井下巷道离定向的井筒越远,和地 面的对照误差就越大。 设起算边坐标方位角的误差为 依 3忆,则在距离起始边为 3 km 的导线点的位置误差将 达 依 2郾 6 m。 但起始点坐标 x、y 及高程 H 的误差不随距起点的距离增大而增大。 矿井定向方法可分为: ( ( ( ( 1) 通过平硐或斜井的几何定向,这一工作实际上是通过测设相应级别的经纬仪导线来进行; 2) 通过一个竖井的几何定向(一井定向); 3) 通过两个竖井的几何定向(两井定向); 4) 陀螺经纬仪定向。 3郾 5郾 1郾 2摇 地面近井点的设置 为了把地面坐标系统中的平面坐标和方向传递到井下,必须在井口设立安置经纬仪并直接观测井中垂 线的测点,称为连接点。 通常因连接点不能直接与地面控制点通视,故不设永久点,因此,要求在定向井筒附 近埋设“近井点冶。 近井点应设在便于观测,能长期保存的地点,并埋设永久标石,埋设方法可参照地表基本 控制点的要求进行。 近井点要尽量靠近井筒,至井口连接点的连接导线边数不应超过 3 个,它可在三、四等三角点的基础上用插网、插点或经纬仪导线等方法 测设(见图 3-6),其相对于四等三角点的点位中误差应不超过 依 7 cm, 后视边的坐标方位角的中误差应不超过 依 10义。 位置符合上述要求的 三、四等三角点及同级导线点,均可作为近井点。 重新测设时,测量方 法可按 5义小三角网或 5义导线的要求进行。 导线要闭合或复测。 图 3-6摇 插点测设的近井点及连接点 摇254 3摇 矿 山 测 量 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 以 5义或 10义小三角网作为首级控制的小矿区,可用其中的点作为近井点;也可用 10义三角网或 10义导线来 测设。 由近井点至连接点的测量可按 5义导线要求进行,导线要闭合或复测。 而在 5义 或 10义小三角网作首级控 制的矿区,可按 10义导线连测。 为了向井下导入高程,应在地表井口设立两个以上的水准基点,并按四等水准要求测定高程。 近井点可 同时作水准基点。 3郾 5郾 1郾 3摇 竖井几何定向 定向前,应在井下定向水平的井底车场内设置一组或两组永久导线点,每组不少于 3 个点,作为井下控制测量 的起始点和始点边。 所谓定向,就是从地面近井点起将地面平面坐标系统的坐标和方位角传递到这些点上。 A摇 一井定向 在井筒内从地表自由悬挂两根锤线至定向水平处。 在地表测算出 两锤线的坐标及其连线的坐标方位角,在井下定向水平进行锤线与永 久导线点的连测,从而达到定向目的。 定向包括两部分工作,一是由地 面锤线向定向水平投点,二是在定向水平上与锤线进行连接测量。 a摇 投点 投点所需设备及其布置如图 3-7 所示。 图中绕钢丝的手摇绞车,一 般固定在出矿平台或井口水平之上。 钢丝通过滑轮放入井内。 在专设架 上固定定点板,并使钢丝通过其楔口下放。 钢丝下端挂重锤,它由多个有 缺口的圆盘套在中心轴上组成,每个圆盘重 10 ~20 kg。 重锤的质量在井 深 100 m 以内时用 30 ~50 kg;井深大于 100 m,用 50 ~100 kg。 6 为盛有稳 定液(水或废机油)并有盖的桶。 重锤即悬吊在稳定液中。 图 3-8 所示 为定点板,图 3-9 所示为重锤。 下放钢丝时,先挂 5 kg 的小砂袋,放到井底后把钢丝卡入定点板内 WWW.KY114.CN 再换上重锤,检查钢丝是否自由悬挂可用信号圈法、比距法及钟摆法。 当井筒不深,气流滴水的影响不大,锤线摆幅小于 0郾 4 mm 时,可直 接对钢丝进行连接测量。 这种投点称为单重稳定投点。 图 3-7摇 单重投点 1 —中绞车;2—滑轮;3—定点板; 4 —定点板固定架;5—重锤;6—桶 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 图 3-8摇 定点板 图 3-9摇 重锤 当井筒深度较大,采取减小和阻隔风流和滴水影响的措施后仍不能稳定锤线时,应采用单重摆动投点。 本法是让锤线自由摆动,并对摆动进行观测,找出其静止位置后固定下来,然后进行连接测量,因此,定向水 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 3郾 5摇 矿 井 测 量 平上要安设定点盘(见图 3-10)。 它由空底圆盘、对点块、螺杆和两根在毛玻璃上刻有毫米尺度的标尺组成。 定点盘设置在专门设置的工作台木板上(见图 3-11)。 摇 摇 图 3-10摇 定点盘 图 3-11摇 定点盘的安设 1—工作台;2—定点盘 1 —圆盘;2—缝隙;3—对点块;4—钢丝;5—螺杆 摆动观测可用两架经纬仪同时观测(见图 3-12(a)),也可用一架经纬仪观测(见图 3-12(b))。 当钢丝自由摆 WWW.KY114.CN 动时,在望远镜中以钢丝的内缘或外缘在标尺上连续读取 13 个以上的读数,相应于钢丝静止位置的读数 Np 为: 撞li 撞r L + R j p p N = + = (3-8) p 2 n 2m 2 式中摇 li ,rj ———左边和右边读数; n,m———左边和右边读数次数; Lp ,Rp ———左边和右边读数的平均值。 静止位置求两次,互差应小于 1 mm,最后取平均值。 然后将经纬 仪视线对准该读数,将对点块安放到空底圆盘上,将钢丝卡入对点块 内。 利用螺杆移动对点块,把钢丝对准在两架经纬仪的视线上并固紧 ( 见图 3-10)。 用一架经纬仪观测时,应在平行于视线的标尺对面安设一平面 镜,镜面与标尺成45毅角(见图3-12(b)),平行于视线的摆动读数可从 平面镜中读出。 b摇 连接测量 井上下连接测量通常用连接三角形法,也有用连接四边形法和 瞄直法的。 连接三角形法如图 3-13 所示。 A、B 表示井筒内两锤线在水平 面上的投影,C、C忆分别为地面和井下的连接点,D、D忆为地面和井下 的导线点。 井上由连接点 C 及两锤线 A、B 构成地面连接三角形 吟ABC,井下由 C忆及两锤线构成井下连接三角形吟ABC忆。 A、B 两锤 图 3-12摇 锤线摆动观测 ( a)两架经纬仪同时观测;(b)一架经纬仪观测 摇256 3摇 矿 山 测 量 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 线的位置对定向精度影响很大,应尽量增大其间距并使 AB 连线方向和马头门处风流方向一致。 选 C 和 C忆 点时,应满足下列要求: ( ( 1) CD 和 C忆D忆边的长度大于 20 m; 2) C 和 C忆尽可能靠近 AB 延长线,即角度 酌 和 琢 及 酌忆和 茁忆不应大于 2毅,这样的三角形精度最高,称为 延伸三角形; ( 3) C 和 C忆应适当靠近锤线,使 a / c 和 b / c 的边长比值不超过 1郾 5。 图 3-13摇 连接三角形法示意图 外业观测的内容如下: ( ( 1) 角度:啄(啄忆)、酌 和 渍(酌忆和 渍忆),用复测法时加测 准(准忆); 2) 边长:CD(C忆D忆),a、b、c(a忆、b忆、c忆)。 观测要求如下:角度 啄( 啄忆) 及边长 CD、C忆D忆按地面连接导线及井下控制导线要求施测。 在连接点 C(C忆) 上测角要求见表 3-25。 表 3-25摇 连接点上水平角的观测技术要求 同一方面测同互差/ (义) 测回数 或复测数 归零差 / (义) 检验角与最终角之差 / (义) 测角中误差 / (义) 仪器类型 观测方法 一次对中各测回互差 两次以上对中各测回互差 DJ2 DJ5 DJ6 全圆法 全圆法 复测法 3 6 15 30 7 7 15 45 60 30 WWW.KY114.CN 6 40 7 当 CD(C忆D忆)边小于 20m,在连接点测水平角时仪器应对中三次,每次对中时将照准部(或基座)位置变 换 120毅。 量边要求:量 a、b、c(a忆、 b忆、c忆)边,应施检定时的拉力并记温度。 锤线稳定时,每边丈量 4 次,每次将钢 尺移动 2 ~ 3 cm,边长互差不大于 2 mm。 若锤线有摆动,沿边长方向固定钢尺,用摆动观测的方法(可连续读 6 ~ 20 次),求出钢丝在钢尺上的稳定位置并求得边长,丈量两次,边长互差小于 3 mm。 内业计算:包括解算 琢、茁(琢忆、茁忆) 并检核以及计算井下起始坐标和方位。 当 琢 < 20毅,茁 > 160毅时,可按表 3-26 解算 琢、茁(琢忆、茁忆)。 如用复测法测角,首先还应分配闭合差 准 - 酌 + 渍 = f, f 不应超过 依 25义。 琢、茁 由正弦公式求得,然后进行两项检核。 一是三角形内角和 琢 + 茁 + 酌,其闭合差 可平均分配给 琢、茁;表中 琢0 、茁0 为分配后的角值。 此检核只能检查计算的正确性,不能检查测量的正确性。 另一检核是将丈量的两锤线间 Cc 和由余弦公式计算的 Cj 进行比较:其差值在地面不应超过 依 2 mm,井下不 应超过 依 4 mm。 此差值反映了量边的精度。 此外还可计算出 琢、茁 的误差 m琢 和 m茁 。 表中 m酌 为 酌 角的误 差,按规定的方法观测,可取 m酌 = 依 7义。 当 琢 > 20毅,可用式(3-9)和式(3-10)解算: tan 2琢 tan 2茁 = = (p - b)(p - c) p(p - a) (3-9) (p - a)(p - c) p(p - b) (3-10) 其中摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 p = a + b + c 2 最后,选一线路如 D - C - B - A - C忆 - D义进行导线计算,求得井下起始点坐标及起始边坐标方位角。 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 3郾 5摇 矿 井 测 量 表 3-26摇 连接三角形解算(琢 < 20毅,茁 > 160毅) a b c 酌 7 郾 157 3郾 675 3郾 483 0毅25忆15义 琢 179毅08忆16义 179毅08忆06义 0毅26忆38义 0毅26忆39义 179毅08忆59义 3郾 482 sin琢 sin茁 0郾 01510 琢0 a sin琢 = c sin酌 茁 0郾 00775 茁0 三内角和检核 边长检核 琢 + 茁 + 酌 2 2 Cc = a + b - 2abcos酌 a = Cj - Cc - 0郾 001 依 14义 a m琢 m茁 = = c m酌 误差计算 m 酌 = 依 7义 b c m酌 依 7义 c摇 一井定向的精度要求 按规程要求,两次独立定向的较差不应超过 依 2忆,条件困难时,在满足采矿工程需要的前提下,或井田一 翼长度不超过 700 m 时,较差可放宽至 依 4忆。 井田一翼长度不超过 400 m 的小矿井,较差放宽至 依 8忆。 按较差的 依 2忆要求,一次定向的中误差是: 2 忆 m琢0 = 依 = 依 42义 2 2 此项误差包括井上、下连接误差 m上 、m下 ,以及投向误差 兹: 2 2 2 m琢0 = 依 m 上 + m下 + 兹 (3-11) 如令投向误差和井上、下连接误差相等,则得各项误差不应大于下列值: m 琢0 42 = 依 30义 2 114.CN 兹 臆 = 依 WWW.K = 依 伊 2 2 Y m 琢 0 42 = 依 21义 2 m = m 臆 下 上 2 投向误差 兹 是由钢丝投点误差 e 所引起的,如锤线间距为 c,则 兹 = 依 籽c (3-12) 式中,籽 = 206265义。 要使 兹 不超过 依 30义 ,当 c 等于 3 m 和 5 m 时,e 不应大于 0郾 43 mm 和 0郾 73 mm。 投点时,要使 e 不超过上 述限值是很困难的任务。 经验表明,连接测量不超过限值容易做到,投向误差不超过限值就困难得多,特别 当井筒深度大时。 一井定向的总误差 m琢0 为: 2 琢0 2 C忆D忆 2 2 2 2 2 2 m = m = mDC + m渍 + m琢 + m茁忆 + m渍忆 + 兹 (3-13) 式中摇 摇 摇 mDC ———地面连接边的误差(由近井点算起); 兹———投向误差; m渍 ,m琢,m茁忆,m渍忆———分别为各相应角度的误差。 进行一井定向时,必须强调严密的工作组织,保证工作人员人身绝对安全。 井上下必须统一指挥,并保 持良好的通信联系。 上下水平的井口要用木板盖牢,绝对保证井筒内不掉下任何东西。 井底有人工作时,上 边井口不得有人作业。 对井筒深、风流大且多阶段开拓的竖井,可分段逐级向下进行阶段定向,直至井底。 此时,应和从地面进行定向的方法做方案比较,以论证其是否合理。 B摇 两井定向 一个矿如有两个竖井,且两井间在定向水平上有巷道相通又便于进行连接测量时,可进行两井定向。 此 摇258 3摇 矿 山 测 量 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 法是在两井中各挂一根锤线,在地面通过连接测量测定二锤线的坐标并算出其方位角,在地下通过二锤线间 敷设导线的连接测量及相应计算,以求出井下导线各点在地面坐标系统中的坐标。 图 3-14 为两井定向示 意图。 它也包括投点、地面连接和井下连接。 但投点是在两井中各挂一根锤线,故锤线间距 c 比一井定向时 大得多,从而大大减小了投向误差 兹。 因此投点简单,只用单重稳定投点,这也是两井定向的主要优点。 地面连接可只设一个近井点(见图 3-14),再从近井点测设导 线至二锤线。 也可在两井筒分别设置近井点,并连测到各自井筒的 锤线上。 井下连接是指由锤线 A 测经纬仪导线至锤线 B 的测量工作,并 按井下 10义级导线要求施测。 与锤线有关的元素在投点时观测,其 他可在此前、后进行观测。 内业计算: ( 1) 由地面连接测量计算二锤线坐标 xA、yA、xB 、yB 及连线坐标 图 3-14摇 两井定向示意图 方位角(AB)和边长 c: B tan(AB) = yB - yA = 驻yA (3-14) (3-15) B xB - xA 驻xA yB - yA xB - xA B 2 B 2 琢 = sin(AB) = cos(AB) = (驻yA ) + (驻xA ) ( 2) 令 A 为原点,A1 边为 X忆轴,则 x忆B = y忆B = 0,(A1)忆 = 0毅00忆00义 。 用此假定坐标系统算出 B 点的假定坐 标 x忆B 、y忆B ,及假定方位角(AB)忆和边长 c忆。 在考虑了到起始高程面的投影改正后,c忆应等于地面的 c 值,其差 值 驻c 不应超过井上下连接测量引起的中误差的 2 倍,如忽略地面连接误差,则 2 茁 2 çæmi ÷ö 撞ly 2 撞Rxi + è l ø m 2 驻c = c - c忆 臆 2 (3-16) 2 籽 式中摇 m茁 ———井下连接导线测角中误差; WWW.KY114.CN Rxi ———井下各点到锤线 B 的距离在 AB 连线垂直方向线上的投影; mi l 摇———边长相对中误差; ly ———各边在 AB 连线方向上的投影。 ( 3) 根据地面坐标系统计算井下导线。 第一边 A1 的坐标方位角为: ( A1) = (AB) - (AB)忆 (3-17) 根据 A 点的地面坐标 xA、yA 及(A1),计算井下连接导线各点的坐标,直至 B 点。 所算 B 点坐标应和地 面的值相等,其差值可看做井下导线的闭合差,不应超过该级导线的限值。 如不超限,将此坐标闭合差以井 下导线边长为比例,反号加以分配。 两井定向比一井定向可靠,精度高,故规程要求,当有两个或两个以上竖井且井下相通时,必须用两井定 向的方法进行联系测量。 如矿井未做过一井定向,则独立做两次两井定向,所得起始边方向差不应超过 依 1忆。 如已做过一井定向,应再做一次两井定向。 两者成果相差小于 2忆时,取两井定向成果为最终值。 3郾 5郾 1郾 4摇 陀螺经纬仪定向 A摇 概述 陀螺经纬仪是将陀螺仪和经纬仪结合的仪器。 由于它不受时间和环境的限制,同时观测简单方便、效率 高,而且能保证较高的定向精度,因此是一种先进的定向仪器。 就矿山而言,它完全可以取代国内矿山测量 沿用百年之久的几何定向法,克服了几何定向法要占用井筒而造成停产、耗费大量人力、物力和时间等缺点。 陀螺经纬仪在矿山测量中可用作: ( ( 1) 为井下每一水平进行定向。 2) 控制导线测量方向误差的积累。 在导线测量工作中可以在适当地点加测一陀螺方位边,既可发现 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 3郾 5摇 矿 井 测 量 测量水平角的粗差,又可有效地减少方向误差的积累。 ( ( ( 3) 矿山及地下工程大型巷道贯通定向。 4) 在荫蔽地区,线路、管道、隧道等工程的定向。 5) 与光电测距仪配套使用,可用极坐标法测设新点和敷设高精度的光电测距———陀螺定向导线。 1 852 年,法国物理学家傅科(J郾 B. L. Foucalt)提出地球的自转会在陀螺仪上产生效应的设想:“无需进行 任何天文观测或地磁观测,只要由陀螺仪观测就可以得出任何地点的子午线位置冶。 由于受当时技术条件 的限制,傅科的实验未能获得预期效果。 20 世纪初,研制成功陀螺罗盘作为航海导航仪器。 50 年代,研制成 功液浮式矿用陀螺罗盘仪。 60 年代,在矿用陀螺罗盘仪的基础上发展成陀螺经纬仪,其中较大的改进是利 用金属悬挂带把陀螺灵敏部置于空气中。 在发展的初期,将陀螺仪悬挂在经纬仪空心竖轴之下,悬挂带固定 端与经纬仪的壳体相固联,称为下架式陀螺经纬仪。 70 年代,发展成将陀螺仪用专用桥式支架跨放、连接在 经纬仪支架上,称为上架式陀螺经纬仪。 陀螺仪的电源由蓄电池和逆变器组成。 上架式陀螺仪的特点是体 积小,重量轻,观测时间短,便于操作和携带,适应煤矿井下作业条件,而且陀螺仪取下后,经纬仪还可单独作 为测角仪使用。 如瑞士威特(WILD)厂的 GAK - 1、匈牙利莫姆(MOM)厂的 Gi - C11 、德国芬奈(Fennel)厂的 TK - 4、中国矿业大学和徐州光学仪器总厂联合研制的 JT15 等,均属于这一类型。 2 0 世纪 70 年代后期,德国、瑞士、匈牙利、苏联等国家把自动控制技术和电子计算机引进陀螺经纬仪, 研制出自动化陀螺经纬仪,如德国的 MW - 77 - Gyromat,瑞士的 GG1 型,匈牙利的 Gi - B3 、Gi - C11 型,苏联 的 MBII4 型等。 80 年代,研制成数字化陀螺全站仪,它的特点是可以直接测定测线的方位角和待定点的坐 标,敷设光电测距———陀螺定向导线,满足高精度工程测量的要求。 如日本索佳的 GP1 型就是这类仪器。 我国研制陀螺经纬仪起步较晚,中国矿业大学于 1956 ~ 1960 年研制成结构、重量与苏联的 M1 、M2 相似的 仪器,1964 年与某部队合作研制成与苏联 MB 相似的浮子陀螺经纬仪。 但它们都未能用于生产定向。 中国煤 炭科学研究总院唐山分院矿山测量研究所于 1971 ~ 1972 年间在研制成 KJD - 60 型陀螺经纬仪初样机的基础 上,于 1973 ~1974 年与西安光学测量仪器厂合作,改进研制了 DJ6 - T60 型陀螺经纬仪;1978 年又研制成功 DJ2 鄄T20 型陀螺经纬仪;1992 年又研制成 FT 防爆陀螺经纬仪。 中国矿业大学与徐州光学仪器总厂协作,于 WWW.90 KY114.CN 980 年研制成功 JT 型陀螺经纬仪,陀螺方位角一次测定中误差为 依15义,基本达到国际同类型仪器水平。 JT15 15 1 型陀螺经纬仪曾被我国南极考察队选中,在南极长城站天文点进行定向测量,取得了很好的成果。 B摇 自由陀螺仪的特性 没有任何外力作用,并具有 3 个自由度的陀螺仪称为自由陀螺仪。 图 3-15 为自由陀螺仪的模型及原理 示意图。 图 3-15摇 自由陀螺仪模型及原理示意图 转子 1 安置在内环 2 上,内环 2 又安置在外环 3 上。 内环和外环保证了陀螺仪围绕在相互垂直的 3 个 旋转轴的 3 个自由度:转子绕其对称轴 x 在轴承 4 中旋转,转子和内环一起绕水平轴 y 在轴承 5 中旋转,陀 摇260 3摇 矿 山 测 量 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 螺仪转子和内外两环一起绕竖直轴 z 在轴承 6 中旋转。 其中转子轴 x 叫做陀螺仪自转轴或主轴,通常称为 陀螺仪轴。 从轴端看,转子按逆时针方向旋转时,该轴为主轴的正端。 内、外两环叫做万向结构。 所以 y 轴 与 x 轴叫做万向结构轴。 陀螺仪主轴绕 y 轴旋转,改变其与水平面之间的夹角,通常叫做高度的变化。 陀螺 仪主轴绕 z 轴旋转,改变其与地物在平面内的相对位置,通常称为方位的变化(见图 3-16)。 3 个轴的交点 叫做陀螺仪的中心。 陀螺仪的灵敏部(包括转子和内外两环)的重心与陀螺仪中心点重合。 自由陀螺仪有两个特性: ( ( 1) 陀螺轴在不受外力作用时,它的方向始终指向初始恒定方位,即所谓定轴性。 2) 陀螺轴在受外力作用时,将产生非常重要的效应———“进动冶,即所谓进动性。 陀螺的特性可以通过实验来加以说明。 图 3-17 为一实验用杠杆陀螺仪。 当衡重 P 使杠杆达到静平衡 时,陀螺 D 转动后就能使轴的方向保持不变,这是陀螺仪的特性之一。 如果将 P 向左边移动一小段距离后, 在陀螺不转动的情况下,杠杆在重力产生的力矩作用下左端下降,右端上升,在竖直面上产生逆时针方向的 转动;但在陀螺转动的情况下,杠杆不发生上下倾斜的运动而能保持水平,却在水平面上做逆时针方向的转 动(从上往下看),这个运动就是陀螺的进动。 如果将 P 向右移动一小段距离,则陀螺转动时产生的进动方 向和上述方向相反,即在水平面上杠杆做顺时针方向的转动。 WWW.KY114.CN 摇 摇 图 3-16摇 陀螺主轴的高度与方位 图 3-17摇 实验用杠杆陀螺仪 通过实验还可以得出:进动的角速度 棕P 的大小与外加力矩 MB 成正比,与陀螺仪的动量矩 H 成反比,即: 棕P = M (3-18) B H 通常用右手定则来表示它们之间的方向关系。 即伸出右手的拇 指、食指和中指,使它们互成直角,将食指指向动量矩的方向,中指指向 外力矩矢量方向,那么拇指的方向就是进动角速度矢量的方向。 在式 ( 3-18)中,棕P 在 z 轴方向上,MB 在 y 轴方向上,H 在 x 轴方向上。 根据研究表明,由于轴承间摩擦力矩所引起的主轴的进动是没有规 律的。 目前用于定向的陀螺仪是采用两个完全的自由度和一个不完全的 自由度,也称为两个半自由度的所谓钟摆式陀螺仪。 如果把自由陀螺仪的重心从中心下移(见图 3-18),即在自由陀螺仪 轴上加以悬重 Q,则陀螺仪灵敏部的重心由中心 O 下移到 O1 点,结果便 限制了自由陀螺仪绕 x 轴旋转的自由度,亦即 x 轴因悬重 Q 的作用,而永 远趋于和水平面平行的状态。 此时它具有两个完全的自由度和一个不完 全的自由度。 因为它的灵敏部和钟摆相似(重心位于过中心的铅垂线上, 图 3-18摇 钟摆式陀螺仪原理示意图 且低于中心),所以称为钟摆式陀螺仪。 如果用悬挂带悬挂起来,陀螺既能绕自身轴高速旋转,又能绕悬挂 轴摆动(进动)。 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 3郾 5摇 矿 井 测 量 C摇 陀螺经纬仪的工作原理 a摇 地球自转及其对陀螺仪的作用 众所周知,地球以角速度 棕E (棕E =1 周/ 昼夜 5 7郾 25 伊10 rad/ s)绕其自转轴旋转,所以地球上 = 的一切东西都随着地球转动。 如从宇宙空间来看 地轴的北端,地球是在做逆时针方向旋转(见图 3 - 19(a)),其旋转角速度的矢量 棕E 沿其自转轴指 向北端。 对纬度为 渍 的地面点 P 而言,地球自转 角速度矢量 棕E 和当地的水平面成 渍 角,且位于过 当地的子午面内。 棕E 可分解为垂直分量 棕2 (沿铅 垂方向)和水平分量 棕1(沿子午线方向)。 图 3-19摇 地球自转角速度分量示意图 图 3-19(b)表示辅助天球在地平面以上的部分。 O 点为地球的中心,因为对天体而言地球可看做是一 个点,故可设想,陀螺仪与观测者均位于此 O 点上,且陀螺仪主轴呈水平位置,在方位上处于真子午面之东, 与真子午面呈夹角 琢。 图中 NPN ZN S 为观测者真子午面,NWSE 为真地平面,OPN 为地球旋转轴,OZN 为铅垂 线,NS 为子午线方向,渍 为纬度。 这时角速度矢量 棕E 应位于 OPN 上,且向着北极 PN 那一端。 将 棕E 分解成互相正交的两个分量 棕1 和 棕2 。 棕1 叫做地球旋转的水平分量,表示地平面在空间绕子午线旋转的角速度,且地平面的东半面降落,西半 面升起,在地球上的观测者感到就像太阳和其他星体的高度变化一样。 地球水平分量 棕1 的大小为: 棕1 = 棕E cos渍 (3-19) 分量 棕2 表示子午面在空间绕铅垂线亦即可向结构 z 轴旋转的角速度,并且表示子午线的北段向西移 动。 这个分量称为地球旋转的垂直分量。 观测者在地球上感到的正如太阳和其他星体的方位变化一样。 分 量 棕2 的大小为: WWW.K棕2 = Y 棕 s 1 in渍 14.CN (3-20) E 为了说明钟摆式陀螺仪受到地球旋转角速度的影响,把地球旋转水平分量 棕 再分解成为两个互相垂直 1 的分量 棕3 (沿 y 轴)和 棕 (沿 x 轴),如图 3-19(b)所示。 4 分量 棕4 表示地平面绕陀螺仪主轴旋转的角速度,其大小为: 棕4 = 棕E cos渍cos琢 此分量对陀螺仪轴在空间的方位没有影响,所以不加考虑。 分量 棕3 表示地平面绕 y 轴旋转的角速度,其大小为: 棕3 = 棕E cos渍sin琢 (3-21) (3-22) 分量 棕3 对陀螺仪轴 x 的进动有影响,所以 棕3 叫做地球自转有效分量。 该分量使陀螺仪轴发生高度的 变化,向东的一端仰起(因东半部地平面下降),向西的一端倾降。 由此不难理解,当地球旋转时,钟摆式陀螺仪上的悬重 Q (见图 3-20)将使主轴 x 产生回到子午面内的 进动,其关系表示于图 3-20 中。 其情况与图 3-17 的实验相类似。 当陀螺仪主轴 x 平行于地平面的时刻 ( 见图 3-20(a)),则悬重 Q 不引起重力力矩,所以对于 x 轴的方位没有影响。 但在下一时刻,地平面依角速 度 棕3 绕 y 轴旋转,所以地平面不再平行于 x 轴,而与之呈某一夹角。 设 x 轴的正端偏离子午面之东,那么当 地平面降落后,观测者感到的是 x 轴的正端仰起至地平面之上,并与地平面呈夹角 兹(见图 3-20(b))。 因而 悬重 Q 产生力矩使 x 轴的正端进动并回到子午面方向,反之亦然。 若陀螺仪灵敏部质量为 P,且认为是集中 作用于重心 Q1 ,重心 Q1 至悬挂点 O 的距离为 l,则此时因地平面绕 y 轴旋转而引起的力矩为: MB = Plsin兹 = Msin兹 考虑式(3-18),可知这时 x 轴进动的角速度为: (3-23) 棕P = MH sin兹 (3-24) 摇262 3摇 矿 山 测 量 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 因此钟摆式陀螺仪在地转有效分量 棕3 的影响下其主轴 x 总是向子午面方向进动的。 b摇 陀螺仪轴对地球的相对运动 由于与地球转动的同时,子午面也在按地球自转铅垂分量 棕2 不断地变换位置,所以即使某一时刻陀螺 仪轴与地平面平行且位于子午面内,但下一时刻陀螺仪轴便不再位于子午面内,因此陀螺仪轴与子午面之间 具有相对运动的形式。 当陀螺仪轴的进动角速度 棕P 与角速度分量 棕2 相等时,则陀螺仪轴与仪器所在地点 的子午面保持相对静止,因而有: H棕E sin兹 = 棕E sin渍摇 摇 sin兹 = M sin渍 M H 因 兹 角较小,故可写成: 兹义 = 籽义 棕E Hsin渍 (3-25) M 也就是说,陀螺仪轴正端自地平面仰起 兹 角时,陀螺仪 x 轴便与子午面保持相对静止,此时的 兹 角称为 补偿角,并以 兹0 表示。 陀螺仪轴对子午面所做的相对运动过程如图 3-21 所示。 通过陀螺仪的中心 O 作水平面 ESWN 和子午 面 SZN PN N,竖直投影面 H 垂直于子午面,纵轴 M—M 为子午面的投影,横轴为地平面的投影,陀螺仪轴正端 偏离子午面的角度 琢 用水平线段表示,x 轴对地平面的倾角 兹 用垂直线段表示。 摇 WWW.KY114.CN 图 3-20摇 陀螺仪轴与重力力矩的关系 图 3-21摇 陀螺仪轴对子午面做的相对运动过程 ( a)陀螺仪平行于地平面;(b)陀螺仪轴与地平面不平行 假设开始时陀螺仪轴正端向东偏离子午面 琢 角位于玉点,并位于过 O 点的水平面内,即 兹 =0,一般称这个 1 位置为陀螺仪轴的初始位置。 但由于地球自转有效分量 棕3 的作用,过 O 点水平面的东半部将要不断下降,西 半部不断上升。 根据陀螺定轴性的特点,陀螺仪 x 轴正端将相对于水平面抬高而出现仰角。 这就产生作用于 灵敏部上的重力矩。 此重力矩便引起陀螺仪轴向西进动,力图使 x 轴回到子午面内。 但此时重力矩很小,进动 角速度 棕P 小于地球自转角速度分量 棕2 ,即(棕P < 棕2 )。 因此 x 轴仍继续相对于子午面向东偏离,同时对于水平 面的倾角也继续增大,一直到 x 轴相对于水平面的仰角为 兹0 ,即到达域点时,进动角速度 棕P 与 棕2 大小相等,方 向相同,此时 x 轴不再向东运动。 但是由于 棕3 的作用,兹 角将继续增大,以致进动角速度 棕P 大于 棕2 ,此时 x 轴 将向子午面进动,在 x 轴未回到子午面之前,兹 角总是增加的,进动角速度 棕P 也越来越大。 当 x 轴回到子午面 内,即到达芋点时,兹 角达到最大值,重力矩和进动角速度也达到最大值,x 轴将继续超前子午面向西进动。 但此 时由于陀螺仪轴正端偏向子午面以西,由于 棕3 的作用,西边地平面相对于陀螺仪轴正端抬高,即 兹 角逐渐减 小。 当到达郁点时,仰角又减至 兹0 ,这时 x 轴进动角速度 棕P 的大小和方向均等于地球自转垂直分量 棕2 ,x 轴与 子午面保持相对静止,x 轴处于子午面以西,偏离子午面最远。 再过片刻,因为 x 轴位于地平面的西半部,地平 面以最大速度仰起,即 x 轴以最大速度倾降,x 轴的仰角即开始小于补偿角 兹0 。 由悬重而引起的轴进动的角速 度 棕P 开始小于地转垂直分量 棕2 ,x 轴的进动落后于子午面的转动,所以 x 轴向东旋转逐渐向子午面靠近。 当 到达吁点时,x 轴平行于地平面,兹 等于零,没有引起进动。 但由于地平面的西半部不断上升,兹 角逐渐减小,此 时 x 轴正端低于水平面,重力矩出现负值,x 轴向东进动,从而加速了向子午面方向的运动。 由于负 兹 角的绝对 值越来越大,x 轴又回到子午面内,即到达遇点,此时 x 轴正端处于最低点,由于最大负重力矩的作用,x 轴又以 最大进动角速度向东偏离子午面,往后就是继续原来的过程。 第四章部分内容预览 WWW.KY114.CN 4 摇 矿山地面总体布置 4 郾 1摇 概述 4郾 1郾 1摇 矿山地面总体布置的任务 矿山地面总平面布置是矿山开发过程中的一项设计工作,在矿山建设中居于重要地位。 无论是新建矿 山,还是改建、扩建矿山,均需要有完善的地面总体布置,为矿山建设和生产奠定良好的基础。 因此,如何考 虑地面总体布置在建设过程中能够符合建设要求、节约基建投资、便于施工、加快建设速度,以及在投产后, 能为矿山生产、管理和生活创造良好的条件,以最合理的生产流程、最少量的劳动,取得最大的效益,达到矿 山企业所要求的总目标,是矿山地面总体布置的主要目标。 矿山总体布置不仅要实用,能满足生产的需要,而且要与环境相协调,符合美观和环境卫生的要求,以有 利于人们的工作和生活;同时矿山还应有良好的群体建筑艺术,外观整洁的矿容,形成一个安全、卫生和优美 的环境,对激发工人生产情绪,提供工作效率,丰富精神生活具有重要意义。 矿山地面总体布置其实质是对矿山地面设施进行规划与设计。 设施规划与设计是综合考虑相关因素 后,对新建、改建或扩建的生产系统或服务系统,进行分析、构思、规划、论证、设计,作出全面安排,使资源得 到合理配置,系统能够得到有效运行,以达到预期目标。 矿山企业总平面布置要符合《工业企业总平面设计 规范 GB50187—1993》、《工业企业设计卫生标准》GBZ 2郾 1—2007 和 GBZ 2郾 2—2007 的相关要求。 WWW.KY114.CN 郾 1郾 1郾 1摇 总体规划的目的 4 设施规划总的目标是使人力、财力、物力和人流、物流、信息流得到合理、经济、有效的配置和安排。 进行 设施规划通常的目标是: ( ( ( ( ( ( 1) 简化加工过程; 2) 有效地利用人员、设备、空间和能源; 3) 最大限度地减少物料搬运; 4) 缩短生产周期; 5) 力求投资最低; 6) 为职工提供方便、舒适、安全和职业卫生的条件。 4郾 1郾 1郾 2摇 矿山地面总平面布置的任务 矿山地面总平面布置是根据采矿工艺、矿岩运输和地面加工等使用要求,结合地形、地质、水文和气象等 自然条件,按照卫生安全和环境保护等有关规定,对矿山地面各个组成部分进行全面规划与布置,使各个组 成部分之间互相联系、互相作用,形成彼此协调的综合有机总体。 其主要任务是: ( 1) 选择场地,进行总体布置,解决矿山地面总体布局问题。 矿山主要场地包括:采矿工业场地、选矿工 业场地、行政办公场地、地面炸药库位置、尾矿库场地、排土场场地等; ( ( ( ( 2) 根据总体布置规划的场地,进行场地总平面布置,解决地面设施的具体位置问题; 3) 总体解决矿山地面的内外运输系统的布置问题; 4) 解决场地内各种管线配置及绿化问题; 5) 绘制总平面布置图。 矿山总体布置是一项综合性工作,所涉及的因素很多。 编制时要做好调查研究,弄清矿床分布、矿区地 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 4郾 1摇 概摇 摇 述 形、工程地质、水文地质、气象、地震等多方面的自然因素。 地面总体布置与矿区的水、电、交通、城镇规划等 方面的外部条件也密切相关。 这些因素与条件从不同程度、不同范围并以不同方式对矿山生产各种影响。 如果总体布置工作做得细致,各种因素调查清楚,各种条件考虑周到,精心设计,就可以做到利用有利的因 素,避免不利的影响,使地面总体布置更为合理,从而可以达到建设投资省、生产费用低、生产环境优美的效 果。 反之,如果布置失误或者忽视地面总体布置,盲目地建设,必然会造成布置得不合理,轻则对建设、生产 和生活造成不便;重则要改造和重建,甚至造成严重的后果,无法挽回的损失。 这样的经验教训较多,应该引 起重视。 例如,石嘴子铜矿的“新大井冶 位置在地面移动范围以内,距离矿体太近,因岩石位移使井筒到破 坏;湖北鸡笼山金矿的居住区和选矿厂建筑在地下有矿的地表,过去建矿时未查明,现在开采该地下矿床,其 地面已有的宿舍、住宅和厂房因受到影响而要搬迁;易门铜矿的工业场地靠近狮子山矿的山麓,山高坡陡,地 形高差千余米,地下用高分段崩落法开采,岩移活动频繁,1971 年开始地面大量垮山滚石,尘埃飞扬,冲毁了 公路、输电线与部分房屋,场地上有 40000 多平方米的工业和民用建筑受到危害;易门铜矿的河东居民区位 于凤山矿陡崖下方的河岸,1984 年因陡崖自然垮落,大量岩石垮落到居民区,造成严重的灾害,死伤数十人, 破坏了万余平方米的住宅;湖北盐池河磷矿的工业场地位置选择在陡峻的山坡下方,因为山体大滑坡,整个 场地被摧毁,造成重大的损失和伤亡;攀枝花铁矿的主平硐口位于露天矿排土场的下方,由于沿途滑坡,平硐 被堵塞,造成生产运输中断;因民铜矿地面的工业和民用建筑在狭窄的山沟地带,1984 年发生一次特大暴雨 泥石流,造成了最严重的矿山泥石流灾害,冲毁了大量房屋并造成很多人伤亡。 4郾 1郾 2摇 矿山场地与地面设施 矿山地面设置有各类场地,在每个场地内建筑有不同功能的地面设施,包括:各种建筑物、构筑物和设 备等。 4郾 1郾 2郾 1摇 矿山场地 不同矿山由于生产性质、规模、开采方法、产品种类以及建设条件的不同,场地的设置亦各不相同。 一般 矿山场地包括: WWW.KY114.CN 1) 生产工业场地。 ( 1 2 3 ( 1 2 3 4 5 6 ( 1 2 3 ) 采矿作业工业场地,如地下开采矿山的(车场)建井区、露天开采的露天坑等; ) 矿物加工工业场地,如矿石破碎工业场地、矿石选别工业场地; ) 矿石堆场或排土场。 2) 辅助生产工业场地。 ) 总降压变电站; ) 水源地; ) 修理厂,如采掘机械、汽车、机车等修理厂; ) 总仓库、总油库厂等场地; ) 炸药库场地; ) 运输设施场地。 3) 生活服务场地。 ) 办公区; ) 公共建筑区; ) 职工生活区。 4郾 1郾 2郾 2摇 矿山地面设施 根据矿山生产、管理和生活的需要,在地面修建的各类建筑物以及其他设施,一般称为地面设施。 地面 设施包括:生产建筑物和构筑物,行政福利建筑,运输、供电、供水、排水、供热、通讯、仓库等设施,矿山住宅和 公用建筑等。 各矿山地面设施,由于矿山生产规模、产品种类、开采方法和场地分布不同而有不同的组成。 根据各种 摇524 4摇 矿山地面总体布置 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 地面设施的性质与用途,一般分为以下几类: 1) 主要生产设施。 根据需要,地下开采的生产设施主要有竖井、斜井、平硐、通风井、充填井、斜坡道等 ( 以及支护设施和充填设施等。 矿山地面的其他生产工艺设施有:矿石运输、装卸、储存和选冶的建筑物和构 筑物,废石运输装卸、储存的建筑物和构筑物。 ( 1 2 3 4 5 6 2) 辅助生产设施。 矿山地面的辅助生产设施有以下建筑物和构筑物: ) 电力设施,有变电站、配电所; ) 压气设施; ) 供热设施,有锅炉房、水池、供应冬季取暖及浴室; ) 采矿机械修理设施,包括锻钎、钻机、电铲、推土机等设备的保养和维修车间; ) 汽车修理设施,包括设备的保养和维修车间等建筑; ) 仓库设施,有材料仓库、液体燃料和润滑油库、汽车库、混凝土支护预制件厂、木材加工厂以及炸药库 等。 仓库有露天的、室内的和地下或半地下的。 液体燃料库有设在地下或半地下的。 炸药库要单独设置。 7 ) 供水、排水设施,有给水、排水系统、水泵房、水塔和水池、供水管道、排水管道和污水处理设施等; ) 地面运输系统,有铁路、公路、架空索道、带式输送机等线路以及各种运输线路附属建筑物和构筑 8 物等。 ( 3) 生活服务设施 1 建筑; 2 ) 行政福利建筑设施,有行政办公室、食堂、浴室、洗衣室、医疗室等建筑物。 矿山救护站、消防车库等 ) 住宅与公用设施。 矿山企业的住宅公用设施。 4郾 1郾 3摇 矿山地面总体布置依据的基础资料 4郾 1郾 3郾 1摇 地理位置、地形资料 WWW.KY114.CN 1) 矿山企业建设所在地的政区及交通,主要包括矿山企业建设所在地的名称、地理位置、交通情况、 ( 河流; ( 2) 矿山企业建设所在地区的地形、地貌以及与地形地貌相关的图纸,一般采用 1 颐 25000 ~ 1 颐 50000 的 地形图表示矿山地理位置关系,研究和选择场地与线路;用 1 颐 5000 ~ 1 颐 10000 的地形图表示矿山总体规划, 编制场地与线路方案;用 1 颐 1000 ~ 1 颐 2000 的地形图表示场地总平面布置和线路布置。 4郾 1郾 3郾 2摇 社会经济情况资料 ( ( ( 1) 当地工业生产情况,发展规划和企业协作的可能性; 2) 矿山企业所在地区的农业生产、土地使用情况和居民分布等概况; 3) 当地地区规划和市政建设情况。 4郾 1郾 3郾 3摇 交通运输资料 ( ( 1) 矿山企业进出各种主要货物的来源、用户、地点和距离; 2) 矿山企业附近现有的或拟建的铁路、公路情况,如运输能力、设备配置、线路技术条件、等级、桥隧的 界限、修理养护、装卸设施及运输装卸成本、运价等资料; ( ( 3) 矿山企业对外运输线路的资料,如接轨点的技术条件,厂外线路的地形图及地质资料; 4) 矿山企业附近的航运条件、通航时间及运价,通航的船只吨位及吃水深度,当地使用的各种船只规 格及性能; 5) 现有码头运输装卸能力及情况,可能建设企业码头地点的地形图及地质资料。 郾 1郾 3郾 4摇 气象资料 ( 4 ( ( 1) 气象台站的位置、标高、资料记载的年数; 2) 矿山地区的小气候特征; 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 4郾 1摇 概摇 摇 述 ( ( 3) 风向频率及风玫瑰图,最大和平均风速,地区风的规律及特征; 4) 历年来最高、平均降雨量及降雪量,日最大降雨量及暴雨持续时间,一次最大暴雨降雨量及持续时 间,雨季时间及年降雨天数,最大积雪厚度; 5) 年绝对最高、最低及平均气温、冰冻期及土壤冻结深度,年日照时间。 郾 1郾 3郾 5摇 工程地质及水文地质资料 ( 4 ( ( ( ( ( ( 1) 地质构造、地层的稳定性及影响场地稳定性的不良地质现象,如断层、滑坡、崩塌、泥石流、岩溶等; 2) 土壤种类、性质及地质容许承载力等; 3) 地下水酸碱度、深度及其升降情况; 4) 历史上最高洪水位,汛期洪水位、洪水起始日期及持续时间,山洪情况; 5) 汇水面积、暴雨流量计算资料及原有排水设施; 6) 当地的地震基本烈度地震情况及对建筑物的破坏程度。 4郾 1郾 3郾 6摇 矿床地质资料 ( ( 1) 矿床地形地质图,比例尺 1 颐 2000,该图标出矿体分布界限,地质构造特征; 2) 矿床开采综合平面图,1颐 1000 ~ 1颐 2000,图上应标出地下开采的平硐、竖井、斜井、通风井、充填井等 位置,塌落界限,露天开采的主堑沟口和开采境界。 郾 1郾 3郾 7摇 矿山企业改建、扩建的补充资料 4 对于改建、扩建矿山企业,除上述基础资料外尚应有原企业的总体布置图,总平面实测图,原有管线实测 图,原有铁路、公路实测图,原企业的运输线路技术条件、运输和装卸设备的数量、规格、性能、生产能力以及 修理设施等技术经济资料。 4郾 1郾 4摇 矿山地面总体布置方法及其新发展 企业总平面设计的目的是为了获得最佳的平面布置系统,使系统的基建投资和运行效益最优,而不仅仅 WWW.KY114.CN 是谋求某个单体建筑物、构筑物或其他设施的最佳位置。 因此,在确定平面布置系统时,不能只凭经验,应进 行定量和定性分析所有影响平面布置系统的因素,妥善处理他们之间的相互关系,进行系统而科学的详细设 计。 总图设计方法随着工业企业的应用而产生,在数学、运筹学、物流和系统理论等的支持下逐步形成了一 系列科学而严谨的设计方法。 目前,主要有三类设计方法:摆样块设计法和圆圈布置法、数学分析法和系统 布置法。 其中系统布置法最为先进、科学,在 Petri 网布置分析中,将会用到其中一部分思想的精华,在这里 对此做重点介绍。 4郾 1郾 4郾 1摇 摆样块设计法和圆圈布置法 A摇 摆样块设计法 平面布置起源至今,人们仍常用摆样块的设计方法,进行工业与民用建筑的平面布置。 即用纸样块代表 建、构筑物、车间、生产装置、堆场的设施,设计工厂、车间、居住区等的总平面布置图。 这种设计方法是根据功能流程示意图、物流图、人流图、物流表作为布置的主要依据,将运输费用减少到 最低限度作为布置的目标,凭实践经验或反复试验进行布置。 其方法是根据工艺专业或土建专业提供的建、 构筑物平面图,并将这些平面布置图按一定的比例做成样块(常用 1颐 500、1颐 1000、1颐 2000),在已确定的厂址 地形图(与方块图的比例相同)上,根据最佳功能流程或物流流程,按照总平面布置的要求,来回移动样块进 行试布置,反复多次,直至满足规定的各种防护间距、运输线路、管线及绿化等布置要求时,方算完成了总平 面布置方案。 采用这种方法,应多做一些方案,并进行技术经济比较后择优确定布置方案。 B摇 圆圈布置法 这种方法是将主要车间(部门)或生产装置布置在圆圈上或多角形的角点上,并用箭头或连线表示他们 之间的关系,然后在圆内,对他们的位置进行调整,尽量将相互间有密切运输关系的部门(车间)或生产装置 摇526 4摇 矿山地面总体布置 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 靠得近一些,数量关系重要的部门(车间)或生产装置不要横穿圆圈,而要沿圆圈的同一侧布置(见图 4-1、 图 4-2),该方法也初步证实了优化布置的可行性。 所有的传统布置方法都缺少系统化的操作过程,只能通 过试验或设计经验使总平面布置接近最佳化布置,对设计经验的依赖比较强。 图 4-1摇 穿越圆圈的布置 图 4-2摇 沿圆圈的布置 4郾 1郾 4郾 2摇 数学分析法 摆样块设计法和圆圈位置法存在一定的缺陷,要求设计者具有较丰富的设计经验,受设计者主观的影响 因素较多,难免存在一些不合理的因素,使总平面设计方案难以达到最佳化,针对其缺陷,人们研究出了多种 数学布置方法,与传统布置方法不同,数学布置法是在给定比例值的情况下,建立了目标函数: m m Zmin = 鄱 鄱qi,j li,j (4-1) i = 1 j = 1 式中摇 Zmin ———最小总运输费; qi,j ———车间 i 与车间 j 之间的运输量; li,,j ———车间 i 与车间 j 之间单位运输费用。 目前主要采用的数学分析法有结构布置法和交换法两种。 A摇 结构布置法 WWW.KY114.CN 结构布置法对于车间数量不多的总平面布置很适合于 人工计算,有很大的优点,在设计中经常使用。 但是由于按 照结构布置法设计的总平面往往外形轮廓不规则,需要根据 实际地形、建构筑物的外形等进行调整。 具体操作流程如 图 4-3 所示。 结构布置法的步骤如下: ( 1) 在一张干净的白纸上,画好边格相等的方格网或三 角形网; ( 2) 按照一定的编号规则,对需要布置的建筑物进行编 号,使每个建筑物都有编号,且号码不凌乱; ( 3) 根据物流表提供的物流信息,将运量最大的车间布 置在方格网或三角形网的中心点上; 4) 将与之有联系,运量大的车间布置在它的周围,然 图 4-3摇 结构布置法操作流程 ( 后以此类推,将所有车间布置完成; ( 5) 用线段将各建构筑物根据彼此关系,用不同粗细或不同数量的线条将他们连接起来,表示建筑物之 间的密切程度。 B摇 交换法 交换法是在现有或简单经过人工制定的设计方案基础上,进行单元交换,逐步改变设计方案,并求出交 换后方案的目标值,当目标值不能再降低时或者完成预先的交换数量时,停止交换。 目标值取决于布置的方 案,因此,该设计方法在建构筑物设计方案确定的情况下,具有较大的优点,能达到最优的设计方案。 具体操 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 4郾 1摇 概摇 摇 述 作方法如下: ( 1) 收集设计基础资料。 基础资料的收集是设计的首要环节,资料收集的准确、完整与否,将会在很大 程度上影响设计的质量。 收集的资料主要包括:车间的组成、各车间的用地面积、各车间的物料运输状况、车 间之间的工艺流程等。 ( 2) 明确车间之间的相互关系。 车间之间的相互关系及相互作用有定量和定性两种关系,定量关系主 要指物理流量关系,即原料、燃料、半成品、成品等的物流数据;定性关系则比较复杂,主要包含车间之间的相 互影响关系、环境因素、管理方便与否等因素,受人为主观的判断影响较大。 ( 3) 画出流入流出表。 流入流出表是一个方格表,表的左边栏和上边栏是各个车间的编号或名称,顺序 一致。 左边是物流的起始车间,上边是物流的终止车间。 根据流入流出表,按照式(4-1)求出目标函数的 值 Zmin 。 ( ( 4) 在确定的厂址范围内进行第一方案的布置。 5) 评价第一布置方案。 计算出第一布置方案中各车间的距离,代入目标函数,求出目标值 Zmin ,并绘 出第一布置方案的物流图,将车间之间的物流量和车间之间的距离标注在物流图上。 6) 计算第一布置方案的效率 E。 理论上的最佳总平面布置方案,首先将车间之间物流量大、联系密切 ( 的车间布置在一起;其次再考虑其他因素的影响,对设计的总平面布置方案做适当的调整。 由于最佳的总平 面布置是以物流关系为基础,因此把 Z 值作为效率 E 的评价基础,效率 E 的计算式如下: E = (理论上最佳方案的 Z 值/ 设计方案的 Z 值) 伊 100% (4-2) ( 7) 选择交换车间。 为了得到较高效率的设计方案,需要对第一设计方案相互邻接的各个车间的位置 进行交换,并计算出 Z 值是增加还是减少了,把有效度高的且使 Z 值减小的车间进行交换。 无论怎样交换 Z 值都不减少时的布置方案即为最佳的布置方案。 ( 8) 交换法是以物流量关系为基础,没有考虑车间之间的定性关系。 因此,得到的最佳平面布置方案不 一定最适合实际场地的要求,需要结合环境、地形、人流、环保、安全、管理和劳动条件等做适当的调整,得到 在满足非物流约束条件下的最小 Z 值布置方案。 WWW.KY114.CN 4 郾 1郾 4郾 3摇 系统化布置设计法 系统化布置设计法(systematic layout planning)是由美国学者 Riehard Muther 于 20 世纪 60 年代提出的, 简称 SLP 法。 SLP 法是对设计项目进行布置的一套有理的、循序渐进的、对各种布置都适用的方法。 这种基 本的程序模式不仅适合各类各种规模的工厂新建、改建或扩建中各作业单位的布置或调整,也适用于医院、 商店等服务业设施的布置设计。 SLP 法是一个完整的、系统的、条理的工业企业平面设计方法,包含了从确定位置到实施的四个阶段,四 个阶段的具体操作内容如下: ( 1) 第一阶段是确定位置,位置可以是一个新址,也可以是原 址,或者是一个厂房,或者是一个仓库等; 2) 第二阶段是总体区划,决定布置范围内的基本物流模式,要 标明每个主要作业区、作业单位、车间或工厂的大小和相互关系; ( ( ( 3) 第三阶段是详细布置,包括每台设备或每项设施的位置; 4) 第四阶段是实施。 SLP 法四阶段操作流程和内容如图 4-4 所示。 图 4-4摇 SLP 法四阶段操作流程和内容 SLP 法是一种全面的系统设计方法,本节只对第二阶段、第三阶 段的内容做简要介绍。 A摇 作业单位相互关系分析 各作业单位之间除了通过物流关系外,还有人际、工作事务、行政事务等活动,这些联系都可以表示为各 作业单位之间的关系,也可以称为非物流关系。 通过单位之间活动的频繁程度可以说明单位之间关系是密 摇528 4摇 矿山地面总体布置 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 切或者疏远,这种对各个单位之间密切程度的分析称为作业单位相互关系分析。 当布置的系统以物流为主 时,就以物流为主来考虑其相互关系;当不存在重大的物流时,如电子工业、软件产业等高新产业,就以各作 业单位之间的相互关系为依据进行布置设计;而制造业的很多企业中,各生产作业单位之间存在大量物流关 系,而各辅助部门都为非物流关系,则需要将物流关系和相互关系结合在一起统一考虑。 Muther 提出的作业单位相互关系图这一分析工具,可以表示各个行业中部门间关系的密切程度。 各部 门间的关系采用“密切程度冶代码来表示,“密切程度冶编码见表 4-1。 表 4-1摇 “密切程度冶编码 密切程度代码 实际含义 A E I O U X 绝对重要 特别重要 重摇 要 一摇 般 不重要 不要靠近 另外,还有一种理由代码说明达到此种“密切程度冶的理由,“密切程度冶理由代码见表 4-2。 表 4-2摇 “密切程度冶理由代码 理由代码 1 2 3 4 5 6 7 8 理摇 由 用同一场地或站台 物摇 流 服摇 务 方摇 便 库存控制 联摇 系 零件流动 清摇 洁 作业单位相互关系如图 4-5 所示。 图 4-5 的左方为需要进行设施布置的各作业单位,图右方的每个菱 形框表示和左方相对应的两个作业单位之间的关系。 菱形框上半部为密切程度代码,下半部为理由代码。 B摇 系统总平面设计。 SLP 法总平面设计的流程如图 4-6 所示。 首先,研究产品和产量;其次研究为了完成生产所需要的各种 生产作业单位和非生产作业单位;再分析各作业单位间的物流和非物流的相互关系;然后将物流和非物流的 相互关系图用一张相互关系图表示,可据此画出初步的布置图,再加上用经验数据或计算所得的各单位面 积,就得到一个布置方案;再考虑影响方案的各种因素,对方案做修正调整,同时要注意各种实际限制条件, WWW.KY114.CN 将各种修改因素和限制条件进行综合并调整后,得出几个符合实际的可供比较选择的方案;最后对这些方案 用经济或综合比较选出最符合实际的方案。 图 4-5摇 作业单位相互关系 图 4-6摇 SLP 法总平面设计流程 分形几何也应用于厂址选点的权重计算中。 4郾 1郾 4郾 4摇 Petri 网络方法 Petri 网起源于 1962 年 Carl Adam Petri 的博士论文,它是一种可用网状图形表示的系统模型。 Petri 网不 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 4郾 2摇 总 体 布 置 仅仅是一种可用图形表示的数学对象,同时还是一种物理对象,它以尊重自然规律为第一要义,能更好地模 拟自然系统;另外还具有强大系统分析能力,分析系统的性能。 Petri 网经过几十年的理论研究,在理论方面 已经得到了一定的发展。 由于 Petri 网研究起源于通信领域,以信息流为研究对象,其研究方法适合于物质 流领域的研究,因此 Petri 网很快地应用到矿山企业总体布置中。 4 郾 2摇 总体布置 4郾 2郾 1摇 总体布置的主要内容 矿山总体布置是矿山各个组成部分的总布局,即在矿区范围内对矿山的工业场地、居住区以及运输、供 电、供水排水和通讯等进行全面规划布置。 1) 根据矿产资源分布、开采规模和采矿工艺布置,结合矿区周围交通运输条件、自然条件,布置矿山主 要生产工业场地,并以工业场地为中心确定各场地之间的联系; 2) 根据矿山运输及当地交通运输条件,确定企业的内部、外部运输方式。 采用公路时,布置公路线路, ( ( 确定与地区公路干线连接的地点;采用铁路时,确定接轨站位置,布置铁路线路及站场;采用水运时,确定码 头位置,布置码头至矿区的运输线路;采用其他运输方式时,相应地确定线路位置及线路走向; ( 3) 根据主要生产工业场地位置及运输线路,结合地形布置辅助生产工业场地、排土场、居住区及其他 设施等; ( ( ( ( ( 4) 根据电源、水源、污水排放点等位置确定输电线路及供、排水线路位置和线路走向; 5) 考虑留有综合利用和多种经营场地; 6) 确定施工场地的位置及临时施工道路; 7) 确定必须的卫生防护林地及苗圃用地; 8) 确定矿山建设用地规划。 WWW.KY114.CN 1) 矿产资源条件是决定矿山总体布置的自然基础,矿山各个场地的布局与矿床分布有密切关系。 在 4 郾 2郾 2摇 矿山总体布置的特点 矿山总体布置的特点如下: ( 多数情况下,矿场分布面积大而分散,从而使矿山总体布置一般具有分散性特点。 同时矿产储量有一定的开 采年限限制,所以矿山总体布置还应与开采年限、规模以及矿区的开发阶段相适应。 ( 2) 矿山的矿石、废石运输量大,生产需要的用电量大,运输管线及地面设施占地面积大,矿区还需要有 大面积的用地堆积废石、废渣以及表外矿等。 矿区地形复杂,排水防洪工程多,这些多方面的布置因素,反映 了矿山各个方面的特点,都要全面考虑,综合处理,相互协调,统一布置。 ( 3) 矿产资源分散和分布面积大,往往影响居住区的布局,但居住区过于分散,不便于组织生活,应做到 集中与分片集中相结合。 一般可选择条件较好、位置适中的地点作为整个矿区的中心居民区,将生活服务与 文化设施集中在一起,作为全矿区的行政管理与公共服务的中心,并与其他的居民区有方便的交通联系,逐 步发展,形成以矿区为中心的矿业城镇。 例如:金川镍矿,是我国的镍矿生产基地,资源丰富分布面积很广, 有四个矿区,东西长 5 km,由于戈壁滩地形平坦,有集中建设居住区的条件,经过 20 年来规划与建设,现已成 为我国新兴的镍矿城,城市与矿区均有方便的交通联系。 在矿区特别分散情况下,要发展中心居住区,集中各矿区公用的附属设施、服务性设施和管理机构,同时 在矿区地形条件的限制下,还应特别主要保留发展余地。 ( 4) 矿区大多分布在山区,是地形、地质构造比较复杂的地方,因此矿山的总体布置要很好地考虑场地 的稳定和安全问题。 矿区范围大,但可供建筑的用地往往并不很多,排土场、尾矿库和居住区经常占用低平 地带,需要占用的面积大,这些地方又往往是产量较高的农田,因此,合理用地,少占耕地特别重要。 矿区各 项用地的布置还要考虑到矿产分布的范围,避免压矿,以及防止在地下有矿尚未查清的地带建设。 摇530 4摇 矿山地面总体布置 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 ( 5) 矿区与农村的联系较为密切,在进行矿区总体布置的同时,应尽可能结合矿山所在地区的村镇规划, 在道路、供电、居住区、公共服务设施等方面互相分工,统筹考虑,使矿区和村镇或城乡能互相促进,协调发展。 6) 随着我国经济建设的发展,全国中小城市蓬勃兴起,矿山的总体布置应与城镇密切结合,一切住宅 和福利设施在有条件的地方应建设在城镇,以及利用城镇的设施问题。 ( 4郾 2郾 3摇 总平面布置原则 矿山地面建筑物的布置,首先应按照生产过程的最大方便、职工生活的方便、安全、经济来考虑。 组成地 下矿山总平面骨干的建筑物和构筑物,主要的是主副井或主平硐的位置,破碎车间、选矿厂、废石场的位置及 内部运输系统等;组成露天矿山总平面骨干的建筑物和构筑物,主要的是露天坑的运输线路、矿石坑内破碎 站、矿石倒运站的位置,破碎车间、选矿厂、排土场的位置及外部运输系统等。 其他厂房可根据骨干设施的位 置来配置,配置时应注意既不要分散,又避免过度集中。 建筑过度分散,会造成基本建设投资的增加,如占地 面积增加,管线及运输线路长度,材料运距增加;高度集中,对矿山防火不利,也不利于矿山环境,特别是润滑 材料、燃料库、汽油库、贮木库、炸药库应和其他厂房有一定的安全距离。 对于有噪声干扰的厂房,也不宜过 于接近。 总平面布置原则如下: ( 1) 近期建设和远期发展相结合。 平面布局,首先要处理好近期工程与远期发展的关系。 有的建筑项 目只有一次建成的任务,即使这样的建设项目也要为将来产量提高,质量改造创造些有利条件。 对于已明确 将有第二期甚至第三期工程发展要求的建设项目,应本着近期工程布置集中,工艺合理又能与远期目标结 合。 对不易分建的工程,应一次建成。 远期发展应在单侧或外围预留场地,这样,近期建设可以减少占用土 地面积。 ( 2) 必须有足够的场地面积,足以布置必要的建筑物,但选择场地必须考虑支援农业,节约用地的方针,尽 量少占农田或不占农田。 我国耕地面积约占全国总面积的 11郾 2% ,可开荒地不到 4 亿亩都集中在东北,耕地面 积不宽裕,加之人口众多,因此矿山企业建设应尽可能做到不占或少占农田,利用荒地、低产田、山地等建厂。 WWW.KY114.CN 3) 厂房布置尽可能满足生产工艺要求,一般要以中心统一安排。 露天矿山的办公及福利设施位置应 ( 避开主导风向的下风流方向。 地下矿山,当主、副井相距较远时,应在主、副井分别设置工业场地。 对于动力 设施应位于负荷的中心,易燃易爆物资应远离生产生活区。 住宅区、生活福利、办公楼及校区实验室等应远离噪声场所,对散落物及有害气体的车间,应布置在矿区 主导风向的下风流或最小风频的上风流。 ( 4) 矿山大部分处在山区或丘陵地带,必须注意利用地形,以减少土石方工程量,尽量使挖填方平衡,以 节约投资及劳动力,有利于排水,例如选矿厂,当采用重选时,应选择坡度 15毅 ~ 20毅的山坡地带布置厂房,以 便矿浆自流;如用浮选,则选择 5毅 ~ 10毅的山坡也可以。 ( 5) 确保安全可靠。 所有工业场地,不应布置在地表移动范围以内(临时性建筑除外),不应布置在工 程地质和水文地质条件不好的区域中,避免场地位置设在山坡崩塌、有滑坡危险及山洪危险区内,同时亦应 远距大爆破影响区外,以保证安全。 ( 6) 矿区内外交通运输方便。 矿山提升井或平硐口到选厂的内部运输量很大,应利用地形,缩短矿石运 输距离,避免多次转运。 对运出或运入吞吐量较大的仓库、堆场,应靠近铁路或公路,或设专用铁路或公路 线,以减少运输距离,方便运输。 4郾 2郾 4摇 主要场地位置的选择 4 郾 2郾 4郾 1摇 场地一般要求 A摇 用地要求 1) 场地面积和外形应满足生产需要,并应有适当的发展余地,但不可过多预留用地,近期用地要布置 ( 紧凑; 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 4郾 2摇 总 体 布 置 ( ( ( ( ( 2) 场地用地应尽量利用山地、坡地及其他不宜耕种的荒地,要少占或不占耕地; 3) 减少用地,采取场地组合,建筑合并的措施; 4) 选择地形坡度、标高应满足生产工艺流程和物料运输要求; 5) 选择适宜的地形,以求平整场地的土石方工程量少并便于排水; 6) 场地的地形地势要有良好的通风、日照条件,严寒地区应避开阴湿地段,炎热地区应尽量避免日晒, 山坡地段的居住区宜向阳。 B摇 场地地基的要求 ( ( 1) 避开断层、滑坡、岩溶、泥石流、软土等不良地质地段; 2) 选择场地的建筑地基要有满足要求的承载力,对有重大设备和高大建、构筑物的场地尽量布置在挖 方或岩石的地基上; ( ( ( 3) 在湿陷性黄土地区,尽量选在湿陷量小、土层薄的地段; 4) 地下水要低,并注意其对建、构筑物有无侵蚀性; 5) 工业及民用场地应不受洪水淹浸,山区建设应注意山洪危害。 场地标高应高出计算洪水位。 C摇 卫生防护的要求 ( ( ( ( 1) 场地布置必须防止因矿山废水的排放和废石的排弃所产生的污染; 2) 矿石、废石堆置场地应不致影响附近地区的农业生产和居住区及其他建、构筑物的安全; 3) 易燃、易爆及有放射物质的储存场地,或放射性废料堆场,要与其他场地保持符合安全规定的距离; 4) 产生有害因素的矿山与居住区之间,应设置一定的卫生防护距离。 卫生防护距离的宽度应由建设 主管部门会同环境保护主管部门根据具体情况确定,在卫生防护距离内不得设置经常居住的房屋,并应 绿化。 4郾 2郾 4郾 2摇 采矿工业场地 地下开采的工业场地的位置,大多数情况都决定与主矿井(硐)口的位置,所以工业场地常位于井(硐) WWW.KY114.CN 附近,根据开拓确定。 竖井、斜井或平硐口一般应选择在矿体的下盘地段上,地形平缓,岩性稳定,矿石和废石运输方便。 场地 应以井口为主体,并满足布置各项建、构筑物及堆场的要求。 工业场地为几个矿井(硐)或露天矿服务,则最佳的位置宜在一个适宜的中心地点,或者是物料运出、运 进的运输功最少的地点。 通风设施与充填设施的位置应分别选定在通风井及充填井附近。 露天开采的工业场地一般宜选择在堑沟附近,应在露天矿最终开采境界以外及爆破危险区范围以外。 其他要求与地下开采基本相同。 4郾 2郾 4郾 3摇 炸药库 位置选择在比较隐蔽的山谷中,有可利用的山岭冈峦作为天然屏障的地方,以便尽量缩小对外安全影响 范围。 在满足安全的条件下,距离采矿场比较近,运输方便。 炸药库与工业场地、居住区、铁路、公路等的距离,应符合《爆破安全规程》(GB6722—2003)的规定。 4郾 2郾 4郾 4摇 排土场 排土场选址应符合《金属非金属矿山排土场安全生产规则》要求。 排土场应在不影响矿床近期、远期开采和保证边坡稳定的条件下,尽量选择在位于露天采场、井口、硐口 附近的沟谷或山坡、荒地上。 有条件时,宜尽量利用采矿区作排土场,以缩短运输距离,节约土地。 集中或分散的排土场的总容量,应与矿山采掘的岩土总量相适应。 凡具有将来尚可利用的表外矿或其 他矿物的排土场,除具备分别堆置的容量外,并应考虑回收时装运方便。 堆置含有有害物质(如含硫岩土) 的排土场址,应选择位于工厂、居住区的最小风频的上风侧和水源地的下游,并考虑留有增加处理措施的 场地。 排土场应尽量避免选择在易被山洪或河水冲刷的河边,以免淤塞河道或产生泥石流而造成危害。 在不 摇532 4摇 矿山地面总体布置 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 可避免时,应严格采取截洪、排水、防冲刷的措施。 1) 排土场位置的选择,应保证排弃土岩时不致因大块滚石、滑坡、塌方等威胁采矿场、工业场地(厂 区)、居民点、铁路、道路、输电及通讯干线、耕种区、水域、隧洞等设施的安全; ( ( 措施; ( 2) 排土场不宜设在工程地质或水文地质条件不良的地带;如因地基不良而影响安全,必须采取有效 3) 排土场选址时应避免成为矿山泥石流重大危险源,无法避开时要采取切实有效的措施防止泥石流 灾害的发生; ( 4) 排土场址不应设在居民区或工业建筑的主导风向的上风向和生活水源的上游,废石中的污染物要 按照《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》堆放、处置。 排土场位置选定后,应进行专门的工程、水文地质勘探,进行地形测绘,并分析确定排土参数。 内部排土 场不得影响矿山正常开采和边坡稳定,排土场坡脚与矿体开采点和其他构筑物之间应有一定的安全距离,必 要时应建设滚石或泥石流拦挡设施。 在矿山建设过程中,修建公路和工业场地的废石应选择地点集中排放,不能就近排弃在公路边和工业场 地边,以避免形成泥石流。 排土场的阶段高度、总堆置高度、安全平台宽度、总边坡角、相邻阶段同时作业的 超前堆置高度等参数,应满足安全生产的要求在设计中明确规定。 4郾 2郾 4郾 5摇 选矿厂 选矿厂的位置应根据矿石运输、尾矿运输、精矿运输、供水、供电、地形等多种因素和条件,综合比较选 定,一般常靠近采矿场,以缩短矿石运输距离,降低运输成本,特别在确定出矿井(硐)口或堑沟口的位置时, 应充分考虑选矿场可能的厂址位置。 在大多数的情况下,金属和非金属的选矿厂选择在矿区附近,但应保持 必须的安全距离。 选矿厂一般都利用山坡地形,坡度在 10毅 ~ 25毅之间。 历来认为山坡上建厂利用重力运 矿,可以节省提升矿石费用。 但也有人认为在 2毅 ~ 4毅接近水平坡度的厂址为理想,比山坡厂址更具有优点, 厂区通行方便,利于人员作业、材料运输和设备维修。 由于平土机械的改进,认为将厂址挖平虽然增加平地 WWW.KY114.CN 基土石方工程量,但在建筑结构以及将来改、扩建方面比山坡建厂更为经济。 4郾 2郾 4郾 6摇 尾矿库 尾矿库设计要符合《尾矿库安全技术规程》和《金属非金属矿山安全标准化规范 尾矿库实施指南》(AQ 007郾 4—2006)。 尾矿库应靠近选矿厂,尽量利用地形,实现尾矿自流输送,库址的标高应低于选矿厂,如需 2 要用动力扬送,应力求扬程最小。 库址即需要有足够容积,又要少占耕地。 应避免选择在村镇或居民区的上 游,并与居民区保持必要的安全及卫生防护距离。 根据地形条件尾矿库也可以分散设置。 从安全要求,库址 下游在一定范围内不能有居民区和城镇。 ( ( ( ( ( ( ( ( 1) 不宜位于工矿企业、大型水源地、水产基地和大型居民区上游; 2) 不应位于全国和省重点保护名胜古迹的上游; 3) 应避开地质构造复杂、不良地质现象严重区域; 4) 不占或少占农田,不迁或少迁村庄; 5) 不宜位于有开采价值的矿床上面; 6) 汇水面积小,有足够的库容和初、终期库长; 7) 筑坝工程量小,生产管理方便; 8) 尾矿输送距离短,能自流或扬程小。 4郾 2郾 4郾 7摇 居住区 居住区位置的选择,应符合有利生产,方便生活的原则。 当矿区临近城镇时,居住区宜与城镇紧邻布置, 便于共用文化、生活福利设施。 如在矿区建设居住区,在符合防爆、卫生的要求下,居住区宜尽量结合矿区布 置,可选择在工业场地附近的山坡、荒地上。 居住区应避开露天采场、排土场和有烟尘、产生有害气体的车间 等场所主导风向的下风侧。 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 4郾 2摇 总 体 布 置 4郾 2郾 5摇 影响总体布置的自然因素 对矿山建设有较大影响主要自然因素包括:地质、地貌、气象和水文等因素。 4郾 2郾 5郾 1摇 地质因素 地质因素包括工程地质、水文地质和地震等三部分,是矿山建设发展的基础条件之一。 主要体现在矿山 用地以及各项建筑物地基的稳定性和工程设施的经济性上。 具体内容包括地层性质、地下水、地震和不良地 质现象等。 ( 1) 自然地基作为建筑地基时,其地层地质构造和地表物质的组成状况直接影响建筑物的稳定程度、建 筑高度、施工难易和造价高低。 地表组成对建筑物影响通常用地承载能力表示。 各种地表组成物质承载力 见表 4-3。 表 4-3摇 各种地表组成物质承载力 类摇 别 碎摇 石 黏摇 土 粗、中沙 细摇 沙 大孔土 淤摇 泥 承载力/ MPa 0郾 4 ~ 0郾 7 0郾 25 ~ 0郾 5 0郾 24 ~ 0郾 34 0郾 12 ~ 0郾 22 0郾 15 ~ 0郾 25 0郾 04 ~ 0郾 1 ( 2) 地下水对矿山建设和建筑物的稳定性影响很大,主要反映在水量、水质和埋深等方面。 地下水的水 量和水质可作为矿山水源的取舍标准,往往在山区地表水取用困难时,地下水将成为工业与民用的主要水 源。 地下水的埋藏深度对建筑物建设的影响,一般要求见表 4-4。 表 4-4摇 地下水的埋藏深度对建筑物建设的影响 建筑物特点 地下水埋深/ m 1郾 0 ~ 1郾 5 建筑物特点 低层建筑 道摇 路 地下水埋深/ m 0郾 8 ~ 1郾 0 1郾 0 3 层以上建筑 有地下室的建筑 2郾 5 ~ 3郾 0 WWW.KY114.CN 3) 地震是一种灾害性地质现象。 矿山建设主要了解当地是否属于地震区及其烈度和频率,确定建设 ( 项目及防治措施。 在 7 度以上地震区,对强烈褶皱带、活动断裂带、矿山采空区、洪水淹没区、尾矿库下游、平 原与山地结合部等地区,一般不宜用作建设用地或布置重要建、构筑物,特别不宜布置油库、炸药库。 ( 4) 注意工程地质灾害。 矿山多位于山区,地质构造较复杂,要特别注意滑坡、泥石流等不良工程地质 现象。 一般应尽量避免在这些地区建设,如无法避免时,应采取各种有效措施,保证建设场地的安全。 滑坡 与泥石流的一般防治措施见表 4-5、表 4-6。 表 4-5摇 滑坡的一般防治措施 防治措施 地表排水 地下排水 减摇 重 措 施 内 容 滑体外地表水应拦截或旁行,滑体内地表水应防渗、引出 修筑支撑渗沟、截水渗沟或边坡渗沟将水排出,也可以用隧洞或垂直孔群、砂井与平硐等引走地下水 一般适用于滑坡床上陡下缓,且滑坡后壁及两侧有稳定岩体 一般用抗滑桩支撑可能滑坡的岩土体 抗滑支撑 表 4-6摇 泥石流的一般防治措施 防 治 措 施 上游:水土保持 中游:拦截 下游:排泄 避摇 开 措 施 内 容 在上游流域范围内,植树造林,修建地面排水系统,稳定山坡 在中游和支沟处设置拦截坝群,使泥石流速降低,固体物质沉积下来 在下游设置导流堤、急流槽、渡槽等排泄措施,使泥沙迅速排走 经常发生泥石流地段或近几十年来虽未发生,但有再次发生条件地段,一般应予避开 线路应避免穿过泥石流分布区,如必须穿过时,可在沟口设桥跨越,或以隧道穿越。 跨越、穿越 摇534 4摇 矿山地面总体布置 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 4郾 2郾 5郾 2摇 地貌因素 地貌是矿山建设的重要影响因素,不同的地貌类型、地表形态以及各种地貌特征及其对矿山建设的影响 见表 4-7。 表 4-7摇 地貌特征及其对矿山建设的影响 地貌类型 一 般 影 响 ( 1) 在断层前缘建设时,应查明断层的位置、产状、破碎带宽度、断层的活动性以及滑坡、崩塌、危岩等不良地质现象; 山摇 地 (2) 在山区建设时,应查明岩石的风化程度和边坡的稳定性; ( 3) 在沟槽地形或沟口建设时,应注意山洪、泥石流的危害 ( 1) 地形起伏大的场地进行开拓时,土石方量较大; 丘摇 陵 洪积扇 坡积裙 (2) 挖方地段岩石出露,填方地段土的含水量大,承载力低,有时还有淤泥出现; ( 3) 地层随地形起伏而变化,注意地基不均匀下沉对建、构筑物的影响 ( 1) 场地宜建在洪积扇的中部、上部; (2) 洪积扇上部地形狭窄,易受山洪泥石流的袭击;靠山太近时应注意边坡的稳定性; ( 3) 洪积扇的下部颗粒细,地下水位高,土的承载力低。 有时还存在淤泥、沼泽 ( 1) 应注意地基土的不均匀性; (2) 应注意边坡的稳定性和滚石; (3) 应注意有无滑坡特征 山前平原 山间凹地 (1)与洪积扇要求相同; (2)应注意两相邻洪积扇的边缘地带,局部可能出现淤泥 ( 1) 应考虑最大洪水流量以及因建设改变河床断面后的最高洪水位和冲刷深度,同时也要考虑河水对岸边及构筑物的冲刷, 以及岸边本身的稳定性; 2) 河床中大块碎石、卵石层地基中可能有软土存在。 靠山坡一侧还应考虑边坡的稳定性及新近堆积结构强度低等特点 河摇 谷 ( 河漫滩 经常受洪水淹没,一般不宜建设 ( ( ( ( 1) 阶地是建设适宜地区; 2) 场地不应靠近阶地前缘、后缘; 阶摇 地 3) 高阶地较有利,但应注意山坡稳定、山洪袭击、坡角堆积物承载力低等问题; 4) 低阶地应注意土的承载力较小,底下水位较低等特点 WWW.KY114.CN 冲积平原 湖泊平原 沼泽地 冲积平原是建设适宜地区,但应位于地形稍高地段,并考虑洪水淹没问题 主要是软土地基问题 不宜建设 山区的山间盆地和一般的平缓丘陵是理想的建设地点,而岭岗连绵的山区则将极大增加场地建设的工 程费用。 地表形态影响各项建筑物的用地布局和工程难易。 地面坡度过大,需进行大量开挖,增加土石方工 程量,过缓则又不利于排水。 地表过于破碎、切割密度过大,影响地基强度和场地平整,增加基础工程量和 费用。 4郾 2郾 5郾 3摇 气象因素 工业场地布置、建筑物的结构、朝向、间距、排列方式以及道路走向、公用设施等都与气候条件密切相关。 矿山总体布置要为职工创造良好的生产、生活环境,必须十分重视气候条件,其中主要是风象、气温和降水。 风象包括风向和风速两个方面,可按当地一年中最大风频确定其盛行风向,并据此布置功能用地。 一般 把污染源布置在盛行风的下方。 风速对产生污染源的场地布置有很大影响,一般是风速越大,污染物越易扩 散,污染程度低。 风速越小,污染物越易聚集,污染程度越高。 在风速小于 1 m/ s 的静风时,风速已失去了扩 散烟气的作用,甚至可能造成逆温,因而相对地增加了污染程度,对总体布置非常不利。 山区地形变化大,常 形成当地的方向和风速不能完全套用城市气象站台的资料,要根据当地小气候的特征进行分析。 我国幅员辽阔,南方夏季炎热,北方冰冻期又较长,山区小气候形成的辐射热和山坡低冷气流下沉的情 况更为严重,总体布置中应采取一定措施调节气温,改善生产和生活条件,如控制建筑密度、调整空地面积、 合理布置工业场地、发挥绿地及水面调节作用等。 日照条件对确定建筑物的朝向、间距基建主权的组织和布 局,确定道路的方位和宽度都有一定的影响,在矿山环境条件较差的情况下,更应充分利用日照以改善生产 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 4郾 2摇 总 体 布 置 和生活条件。 建筑物布置一般以南和偏南为宜。 气候学把某地各风向中频率远远高于其他风向的风称为主导风。 Schmauss 最早考虑风向对环境的影 响,提出了“按主导风把工业区布置在城市下风侧冶 的城市工业布局原则。 在欧洲许多城市全年皆盛行西 风,因此,欧洲许多国家城市的规划都采用了“主导风原则冶,从而使得欧洲城市污染得到了有效的控制。 这 一原则后来被引入我国,现代工业区布设和环境影响评价要求工业生产区应设在城市主导风向的下风向,几 乎所有的城市总体规划方案中都标有主导风向,并据此布置城市各功能区。 但由于我国位于中低纬度的亚 欧大陆东岸,东部季风区全年一般都有两个盛行风向,而且方向大体相反。 ( 1) 按“主导风向冶的传统布局原则,城市生活区一般位于该风向的上风侧,工业区则布置在下风地带, 但在季风气候区,由于几个盛行风向大体相反,因此,某盛行风向的上风侧恰好位于另一个盛行风向的下风 侧,反之亦然,所以在城市规划中通常运用的“主导风向法冶就失去了实际意义。 ( 2) 最小风频原则。 在气候学中,往往将某地风频最高的风称为盛行风向,但如果出现两个或三个方向 不同,但风频均较大的风向,都可视为盛行风向,也即,以往的主导风原则可看成是具有单一优势风向的盛行 风向的特例。 由此,国内部分学者提出以下建议: 1 2 ) 在城市总体规划设计中应以盛行风向的概念代替主导风向的概念。 ) 鉴于大多数类似于季风区地区的城市一般拥有两个风频高的盛行风向,两者风频相近,方向大致相 反。 因此,在这种情况下,通常应以最小风频的方向作为规划布局的原则。 ) 有些城市盛行风向往往随季节变化逐渐转动角度,由偏北逐步过渡到偏南风,再由偏南风逐步过渡 3 到偏北风。 对于这样一些盛行风逐步过渡的城市,工业与生活居住区的布局除应避开两个盛行风的影响外, 还应注意盛行风向的旋转。 4郾 2郾 5郾 4摇 水文因素 降水直接影响地表径流和引起积水,进而影响矿区的防洪和排水设施,也会影响企业用水,对矿山的给 排水规划、道路规划和防排洪规划都有直接影响。 A摇 防洪标准WWW.KY114.CN 在靠近河川湖海的矿山尚应注意水文条件对场地的影响,设计洪水频率一般应按表 4-8 的规定,确定 场地的标高。 表 4-8摇 工矿企业的等级和防洪标准 等摇 级 玉 工矿企业规模 特大型 防洪标准(重现期) / a 200 ~ 100 域 大摇 型 100 ~ 50 芋 中摇 型 50 ~ 20 郁 小摇 型 20 ~ 10 摇 摇 注:各类工矿企业的规模按国家现行规定划分,如辅助厂区或车间和生活区单独进行防护的其防洪标准可适当降低。 地下采矿业的坑口井口等重要部位应按表 4-9 规定的防洪标准提高一等进行校核或采取专门的防护 措施。 表 4-9摇 尾矿坝或尾矿库的等级和防洪标准 工 程 规 模 防洪标准(重现期) / a 等摇 级 3 库容/ m 坝高/ m 设摇 计 校摇 核 玉 域 芋 郁 吁 具备提高等级条件的域、芋等级工程 2000 ~ 1000 1000 ~ 500 500 ~ 200 200 ~ 100 100 ~ 50 8 逸10 逸100 100 ~ 60 60 ~ 30 臆30 200 ~ 100 100 ~ 50 50 ~ 30 8 8 1 伊 10 ~ 0郾 10 伊 10 8 8 0郾 10 伊 10 ~ 0郾 01 伊 10 8 臆0郾 01 伊 10 30 ~ 20 摇536 4摇 矿山地面总体布置 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 工矿企业的尾矿坝或尾矿库应根据库容或坝高的规模分为五个等级,各等级的防洪标准按表 4-9 的规 定确定。 当尾矿坝或尾矿库一旦失事,对下游的城镇、工矿企业、交通运输等设施会造成严重危害,或有害物质会 大量扩散的,应按表 4-8 的规定确定的防洪标准提高一等或二等;对于特别重要的尾矿坝或尾矿库,除采用 表 4-9 中等的最高防洪标准外,尚应采取专门的防护措施。 B摇 建设条件 影响总体布置的另一主要因素是建设条件,包括:当地的地区规划,工业协作条件,交通运输条件,供水 条件、供电条件、用地条件以及环境保护等。 ( 1) 矿区规划。 矿山企业总体布置应以局部服从全局,要满足当地地区规划要求。 很多矿山地处偏僻 山区,没有地区规划,则应以矿山为主体,结合当地条件编制一个完整的矿区规划,征得当地政府同意后,即 可在规划指导下进行建设。 ( 2) 工业协作条件。 当地的工业基础和协作条件,对矿山的建设也有较大的影响,矿山应最大限度地促 进企业间的协作关系,以求节约本企业的基建投资,增加收益。 协作项目包括机修、汽修、动力供应、给排水 设施、交通运输、消防设施、公共福利设施等。 ( 3) 交通运输条件。 交通运输是矿山总体布置中极为重要的影响因素之一,特别是外部运输是决定矿 山开发的先决条件。 我国边远地区的一些矿山,由于交通运输条件困难暂时不能开发。 所以常常是选择一 些交通运输条件方便的矿山优先开发。 交通运输条件方便不仅有利于企业的建设和对外联系,也利于企业 内部运输的连接,降低生产成本,提高企业经济效益。 ( 4) 供水条件。 水资源是矿山建设条件之一,应考虑矿区的地面水、地下水的供水能力,在水量、水质方 面能否满足矿山生产和生活用水的需要,以及水源开发与利用的经济性与可靠性等问题。 此外,还需要考虑 矿山用水与工业、农业用水分配方面的矛盾。 ( 5) 供电条件。 矿山的能源主要是电能,在经济发达的地区,一般建设输电网络,取得比较方便的供电 条件。 没有外部供电来源的矿山,往往需要投资建立新的电站,纳入区域输电网内,供给矿山用电。 电厂的 WWW.KY114.CN 位置、规模以及高压输电线路和变电站对矿山建设起决定作用。 ( 6) 用地条件。 矿山建设需要较多的土地。 矿山生产性质不同,所需要的土地数量不同。 建设 10000 t 2 规模的矿山约需要 133 ~ 333 hm 用地。 地下开采矿山用地少,露天开采用地多。 我国土地是全民所有,征 用土地按国家土地法规定付给补偿费用,征收耕地的土地补偿费为该耕地被征收前三年平均年产值的 6 ~ 10 倍。 征收耕地的安置补助费,按照需要安置的农业人口数计算。 需要安置的农业人口数,按照被征收的 耕地数量除以征地前被征收单位平均每人占有耕地的数量计算。 每一个需要安置的农业人口的安置补助费 标准,为该耕地被征收前三年平均年产值的 4 ~ 6 倍。 但是,每公顷被征收耕地的安置补助费,最高不得超过 被征收前三年平均年产值的 15 倍。 土地费用在矿山建设费用中所占的比例为 5% ~ 10% 。 解决土地问题, 各地具体情况不同,需要矿山与地方商议解决。 由于矿山建设引起的居民、城镇、公路、铁路、厂房等的搬迁, 必需要按规定赔偿。 ( 7) 施工条件。 矿山企业建设必须考虑施工条件,当地的施工力量,施工用地的安排,施工道路与现有 道路的结合等问题。 这些都直接影响企业的基建投资、建设速度和施工质量。 C摇 环境因素 矿山开采会对当地环境所产生影响,因此总体布置需要考虑环境问题,特别是在选择场地与布置地面设 施时应仔细考虑以下因素: ( 1) 水体污染。 矿山对环境产生的影响中,水所受影响范围最大。 采矿、选矿、废石和尾矿会产生大量 废水,其中酸性水和重金属对河流的污染最为严重。 酸性水和重金属不仅在矿山生产期间,而且在闭坑以后 长期存在,这是需要治理的大问题。 矿山开采对当地水流还有其他影响,如泥沙淤积、阻塞河道、破坏天然水 系及地下水等。 ( 2) 土地破坏与复垦。 废石与尾矿库占用大量土地,随着可采矿床品位的降低,被破坏土地的数量将逐 第五章部分内容预览 WWW.KY114.CN 5 ꢀ !"#$%& 5 1ꢀ 岩 石 力 学 概 述 岩 石 力 学 是 岩 石 和 岩 体 力 学 性 态 理 论 及 应 用 的 科 学 , 它 是 一 门 与 岩 石 和 岩 体 对 所 在 物 理 环 境 中 力 场 的 反 应 有 关 的 力 学 分 支 。 研 究 地 壳 岩 体 因 开 挖 而 诱 发 的 变 形 和 破 坏 及 其 控 制 方 法 的 学 科 属 于 岩 石 力 学 。 采 矿 工 程 中 一 系 列 重 要 的 设 计 及 生 产 环 节 , 诸 如 露 天 矿 边 坡 设 计 及 不 稳 定 边 坡 的 处 理 , 地 下 矿 开 拓 系 统 及 开 采 顺 序 的 确 定 , 巷 道 、 硐 室 及 采 矿 场 的 合 理 布 局 , 支 护 方 式 及 支 护 量 的 计 算 , 采 矿 方 法 及 其 构 成 要 素 的 选 定 , 地 层 控 制 及 空 区 处 理 , 岩 层 移 动 及 井 下 和 地 面 对 象 的 合 理 布 局 及 保 护 性 开 采 等 , 都 涉 及 岩 石 力 学 理 论 和 实 践 问 题 。 因 此 , 岩 石 力 学 是 现 代 采 矿 工 程 学 的 一 门 基 础 科 学 。 开 挖 体 围 岩 的 变 形 和 破 坏 无 疑 与 开 挖 体 的 大 小 、 几 何 形 态 , 埋 藏 深 度 甚 至 开 挖 方 式 有 关 , 在 更 大 程 度 上 , 也 与 围 岩 的 岩 体 结 构 、 岩 性 及 水 文 地 质 有 关 。 事 实 说 明 , 岩 土 工 程 中 发 生 过 的 重 大 灾 难 事 故 , 几 乎 总 是 由 于 不 了 解 现 场 的 重 大 地 质 缺 陷 而 造 成 的 , 充 分 查 明 现 场 的 地 质 条 件 是 正 确 应 用 岩 石 力 学 原 理 解 决 实 际 问 题 不 可 缺 少 的 前 提 。 岩 石 力 学 计 算 中 所 用 的 多 种 参 数 , 需 通 过 室 内 或 现 场 岩 石 力 学 性 能 试 验 加 以 测 定 , 测 得 的 参 数 若 不 能 反 映 真 实 岩 体 , 则 计 算 结 果 也 难 以 正 确 。 事 实 上 , 对 于 岩 体 这 种 复 杂 的 对 象 , 用 唯 一 确 定 的 参 数 来 描 述 其 性 能 , 存 在 很 大 的 局 限 性 , 因 此 , 对 于 岩 石 力 学 科 研 课 题 , 常 需 进 行 对 参 数 的 灵 敏 度 分 析 , 以 了 解 岩 石 变 化 的 情 况 及 WWW.KY114.CN 变 动 的 范 围 , 为 正 确 分 析 处 理 工 程 地 质 问 题 提 供 更 多 的 信 息 。 全 面 了 解 并 正 确 评 价 矿 区 工 程 地 质 及 水 文 地 质 条 件 之 后 , 就 有 可 能 对 采 矿 设 计 及 生 产 中 , 将 要 发 生 的 岩 石 力 学 问 题 进 行 预 测 。 结 构 控 制 的 破 坏 和 应 力 控 制 的 破 坏 是 岩 体 失 稳 的 两 种 基 本 模 式 , 结 构 控 制 的 破 坏 模 式 可 通 过 分 析 地 质 不 连 续 面 及 开 挖 临 空 面 对 岩 体 的 切 割 方 式 来 加 以 识 别 。 地 质 不 连 续 面 及 临 空 面 切 割 岩 体 而 形 成 的 潜 在 滑 塌 体 的 稳 定 性 , 可 通 过 极 限 平 衡 分 析 来 加 以 估 算 , 应 力 控 制 的 破 坏 是 否 发 生 , 则 需 在 作 出 应 力 分 析 后 才 能 作 出 结 论 。 5  1 1ꢀ 岩石的主要物理指标 岩 石 种 类 很 多 , 其 物 理 力 学 性 能 变 化 较 大 , 为 满 足 岩 体 工 程 的 需 要 , 常 需 通 过 试 验 来 了 解 它 们 的 性 能 , 岩 石 的 主 要 物 理 指 标 有 比 重 和 密 度 、 孔 隙 率 、 含 水 率 和 吸 水 率 、 渗 透 系 数 、 点 载 指 数 、 施 密 特 硬 度 、 耐 水 指 数 、 弹 性 波 传 播 速 度 等 。 5 1 1 1ꢀ 比 重 和 密 度 岩 石 的 比 重 是 试 样 固 体 部 分 的 质 量 与 其 同 体 积 4℃ 时 蒸 馏 水 质 量 的 比 值 。 岩 石 的 比 重 用 比 重 瓶 法 测 定 。 试 样 需 经 粉 碎 并 通 过 孔 径 为 0 25 mm 筛 , 置 于 比 重 瓶 中 的 试 样 和 蒸 馏 水 需 用 煮 沸 法 或 真 空 抽 气 法 排 除 气 体 。 按 式 ( 5-1) 计 算 岩 石 比 重 : M r M1 + Mr - M2 Δr = Δ0 ( 5-1) 式 中 ꢀ Δr ——— 岩 石 比 重 ; M ——— 试 样 干 质 量 , kg; r M ——— 瓶 、 水 合 质 量 , kg; 1 M ——— 瓶 、 水 、 试 样 合 质 量 , kg; 2  ꢀ 5 1ꢀ 岩 石 力 学 概 述 Δ0 ——— 与 试 验 温 度 同 温 的 蒸 馏 水 的 比 重 。 单 位 体 积 岩 石 的 质 量 称 为 密 度 。 计 算 岩 体 中 的 重 力 载 荷 时 , 质 量 是 不 可 缺 少 的 数 据 。 岩 石 质 量 中 包 含 了 水 分 的 质 量 , 因 含 水 率 的 不 同 岩 石 密 度 分 天 然 密 度 、 干 密 度 和 饱 和 密 度 ; 一 般 未 说 明 含 水 状 况 时 , 即 指 干 密 度 。 岩 石 密 度 的 测 定 , 根 据 岩 石 类 型 和 试 样 形 态 , 可 分 别 采 用 量 积 法 和 蜡 封 法 。 ( 1) 量 积 法 。 试 样 可 制 备 成 圆 柱 体 、 立 方 体 和 方 柱 体 , 在 试 样 两 端 和 中 间 3 个 断 面 处 测 量 其 互 垂 直 的 两 个 直 径 或 边 长 , 计 算 平 均 值 , 或 测 量 试 样 中 心 和 四 周 的 5 个 高 度 , 计 算 平 均 值 。 将 试 样 置 于 烘 箱 中 , 在 105 ~ 110℃温 度 下 烘 干 24 h, 然 后 放 入 干 燥 器 内 , 冷 却 至 室 温 , 称 干 质 量 。 试 样 干 密 度 按 式 ( 5-2) 计 算 : M r AH ρd = ( 5-2) 式 中 ꢀ ρd ——— 岩 石 干 密 度 , kg / m3 ; M ——— 试 样 干 质 量 , kg; r 2 A——— 平 均 面 积 , m ; H——— 平 均 高 度 , m。 ( 2) 蜡 封 法 。 蜡 封 法 适 用 于 一 切 软 硬 岩 石 。 选 取 边 长 为 4 ~ 6 cm 的 近 似 立 方 体 的 岩 石 试 样 , 置 于 烘 箱 中 于 105 ~ 110℃温 度 下 烘 干 24 h, 然 后 置 于 干 燥 器 内 , 冷 却 至 室 温 后 称 质 量 。 用 丝 线 缚 住 试 样 , 置 于 刚 过 熔 点 的 石 蜡 中 1 ~ 2 s, 使 试 样 表 面 均 匀 涂 上 一 层 蜡 膜 , 将 蜡 封 的 试 样 置 于 水 中 称 质 量 , 然 后 擦 干 表 面 水 分 , 在 空 气 中 称 质 量 , 试 样 干 密 度 按 式 ( 5-3) 计 算 : Mr - WWW.KY114.CN ρ = ( 5-3) d M - M M - M 1 2 1 r ρ ρ n w 3 式 中 ꢀ ρd ——— 岩 石 干 密 度 , kg / m ; M ——— 试 样 干 质 量 , kg; r M ——— 蜡 封 试 样 在 空 气 中 质 量 , kg; 1 M ——— 蜡 封 试 样 在 水 中 质 量 , kg; 2 3 ρ ——— 石 蜡 密 度 , kg / m ; n 3 ρ ——— 水 的 密 度 , kg / m 。 w 需 求 岩 石 天 然 密 度 时 , 可 按 式 ( 5-4) 计 算 : ρ = ρd ( 1 + 0 01W) ( 5-4) 式 中 ꢀ ρ——— 岩 石 天 然 密 度 , kg / m3 ; 3 ρ ——— 岩 石 干 密 度 , kg / m ; d W——— 岩 石 天 然 含 水 率 , % , 一 些 岩 石 密 度 见 表 5-1。 表 5-1ꢀ 某 些 岩 石 的 性 质 指 标 纵 波 速 度 / ( m/ s) 横 波 速 度 岩 石 名 称 密 度 / ( kg/ m3 ) 孔 隙 率 / % 吸 水 率 / % 渗 透 系 数 / ( m/ s) / ( m/ s) 花 岗 岩 2300 ~ 2800 0 5 ~ 4 0 0 1 ~ 4 0 4500 ~ 6500 2270 ~ 3800 1 1 × 10 - 14 ~ 9 5 × 10 - 3 1 1 × 10 - 3 ~ 2 5 × 10 - 3 2 8 × 10 - 11 ~ 7 × 10 - 10 较 致 密 微 裂 隙 含 微 裂 隙 岩 浆 岩 微 裂 隙 及 一 些 粗 裂 隙 ꢀ552 5ꢀ 矿 山 岩 石 力 学  ꢀ 续 表 5-1 横 波 速 度 纵 波 速 度 岩 石 名 称 正 长 岩 密 度 / ( kg/ m3 ) 孔 隙 率 / % 吸 水 率 / % 渗 透 系 数 / ( m/ s) / ( m/ s) / ( m/ s) 2400 ~ 2850 闪 长 岩 辉 长 岩 辉 绿 岩 2520 ~ 2960 0 18 ~ 5 0 2550 ~ 3000 0 29 ~ 4 0 2530 ~ 2970 0 3 ~ 5 0 0 5 ~ 4 0 5700 ~ 6450 5300 ~ 6560 5200 ~ 5800 2793 ~ 3800 3200 ~ 4000 3100 ~ 3500 < 10 - 15 8 × 10 - 13 玢 ꢀ 斑 ꢀ 岩 岩 2400 ~ 2800 2700 ~ 2740 2300 ~ 2670 2300 ~ 2700 2500 ~ 3100 2370 2 1 ~ 5 0 0 4 ~ 1 7 岩 浆 岩 粗 面 岩 安 山 岩 3000 ~ 5300 4200 ~ 5600 4570 ~ 7500 4800 ~ 6900 6500 ~ 7950 2600 ~ 4300 1800 ~ 3100 2500 ~ 3300 3050 ~ 4500 2900 ~ 4100 4080 ~ 4800 1550 ~ 2800 1 1 ~ 4 5 0 5 ~ 7 2 0 3 ~ 4 5 0 3 ~ 2 8 < 10 - 15 < 10 - 15 玄 武 岩 流 纹 岩 纯 橄 榄 岩 凝 灰 岩 2290 ~ 2500 1 5 ~ 7 5 2 2 ~ 7 0 4 4 ~ 11 2 0 5 ~ 7 5 0 5 ~ 1 7 0 2 ~ 5 0 0 3 ~ 2 4 火 山 岩 火 山 集 块 岩 火 山 角 砾 岩 砾 ꢀ 砂 ꢀ 岩 岩 2400 ~ 2660 0 8 ~ 10 0 WW2200 ~ 271W0 1 6 ~.28 0K0 2 ~Y9 0 114.CN - 15 - 10 较 致 密 10 ~ 2 5 × 10 5 5 × 10 - 8 孔 隙 较 发 育 2 × 10 - 12 ~ 8 × 10 - 11 页 ꢀ 泥 ꢀ 岩 岩 2300 ~ 2620 0 4 ~ 10 0 3 0 ~ 7 0 0 5 ~ 3 2 0 7 ~ 3 0 0 1 ~ 4 5 石 灰 岩 2300 ~ 2770 0 5 ~ 2 7 2500 ~ 6000 1450 ~ 3500 1270 ~ 2700 3 × 10 - 14 ~ 6 × 10 - 12 2 × 10 - 11 ~ 3 × 10 - 8 9 × 10 - 7 ~ 3 × 10 - 6 致 ꢀ 密 微 裂 隙 孔 隙 孔 隙 较 发 育 沉 积 岩 石 ꢀ 岩 ꢀ 膏 盐 2000 2100 2130 ~ 4500 煤 700 ~ 2000 1600 ~ 2700 油 页 岩 泥 灰 岩 1 0 ~ 100 0 5 ~ 3 0 白 云 岩 2500 ~ 6000 4400 ~ 4800 2000 ~ 3500 1800 ~ 3500 1500 ~ 3600 2600 ~ 3000 1200 ~ 2200 1100 ~ 2200 硅 质 石 灰 岩 泥 质 石 灰 岩 白 ꢀ 垩  ꢀ 5 1ꢀ 岩 石 力 学 概 述 续 表 5-1 横 波 速 度 纵 波 速 度 岩 石 名 称 片 麻 岩 密 度 / ( kg/ m3 ) 孔 隙 率 / % 吸 水 率 / % 渗 透 系 数 / ( m/ s) / ( m/ s) / ( m/ s) 3500 ~ 4000 2300 ~ 3000 0 7 ~ 2 2 0 1 ~ 0 7 6000 ~ 6700 < 10 - 15 致 ꢀ 微 裂 隙 密 9 × 10 - ~ 4 × 10 10 - 9 2 × 10 - 8 ~ 3 × 10 - 7 微 裂 隙 发 育 花 岗 片 麻 岩 0 3 ~ 2 4 0 7 ~ 3 0 0 1 ~ 8 7 0 1 ~ 6 0 2310 ~ 2750 0 1 ~ 0 45 0 4 ~ 3 6 0 1 ~ 0 85 0 1 ~ 0 6 0 1 ~ 1 5 0 1 ~ 1 0 0 1 ~ 0 3 0 5 ~ 1 8 0 2 ~ 2 5 10 - ~ 5 × 10 - 10 11 变 质 岩 片 ꢀ 岩 2090 ~ 2920 2400 ~ 2800 2600 ~ 2750 5800 ~ 6420 3030 ~ 5610 5800 ~ 7300 3650 ~ 4450 2800 ~ 5200 3500 ~ 3800 1800 ~ 3200 3500 ~ 2700 2160 ~ 2860 1800 ~ 3200 1 2 × 10 - ~ 1 8 × 10 - 12 12 石 英 岩 大 理 岩 板 ꢀ 千 枚 岩 岩 蛇 纹 岩 0 1 ~ 2 5 5  1 1 2ꢀ 孔 隙 率 岩 石 的 孔 隙 率 是 岩 石 的 总 孔 隙 体 积 与 岩 石 总 体 积 之 比 , 其 数 值 按 式 ( 5-5) 计 算 : ρ d n = 100( 1 - ( 5-5) ) ρ s 式 中 ꢀ n——— 岩 石 的 孔 隙 率 , % ; 3 ρ ——— 岩 石 密 度 , kg / m ; d ρ ——— 岩 石 固 体 密 度 , kg / m3 。 s WWW.KY114.CN 孔 隙 比 也 常 用 于 表 示 孔 隙 状 态 , 是 指 孔 隙 体 积 与 固 体 体 积 之 比 , 记 为 e。 n e = ( 5-6) 1 00 - n 5 1 1 3ꢀ 含 水 率 和 吸 水 率 含 水 率 是 指 岩 石 所 含 水 分 的 质 量 与 岩 石 烘 干 后 的 质 量 之 比 。 根 据 岩 石 含 水 状 态 的 不 同 , 岩 石 的 含 水 率 可 分 为 天 然 含 水 率 、 吸 水 率 和 饱 和 吸 水 率 。 岩 石 的 天 然 含 水 率 W 是 岩 石 在 天 然 状 态 下 , 所 含 水 分 的 质 量 与 岩 石 烘 干 后 的 质 量 之 比 , 定 义 为 : M - M n M r W = ( 5-7) r 式 中 ꢀ Mn ——— 保 持 天 然 水 分 的 试 样 质 量 , kg; M ——— 岩 石 烘 干 后 的 试 样 质 量 , kg。 r 岩 石 吸 水 率 是 试 样 在 大 气 压 和 室 温 条 件 下 , 岩 石 吸 入 水 的 质 量 与 试 样 固 体 质 量 之 比 , 常 用 自 由 浸 水 方 式 求 岩 石 的 吸 水 率 。 岩 石 饱 和 吸 水 率 是 试 样 在 强 制 状 态 下 , 岩 石 的 最 大 吸 水 质 量 与 试 样 固 体 质 量 之 比 。 岩 石 吸 水 率 实 验 做 法 为 : 选 取 边 长 约 4 ~ 6 cm 近 似 立 方 体 的 试 块 , 使 试 样 按 高 度 逐 步 浸 水 , 直 至 全 部 浸 没 , 在 水 下 自 由 吸 水 48 h 后 取 出 , 擦 去 表 面 水 分 , 称 质 量 , 记 为 自 由 吸 水 后 的 饱 和 试 样 质 量 M 。 0 可 采 用 煮 沸 法 或 真 空 抽 气 饱 和 法 对 试 样 进 行 强 制 饱 和 , 采 用 煮 沸 法 饱 和 试 样 时 , 煮 沸 时 间 不 得 少 于 6 h, 采 用 真 空 抽 气 法 制 备 饱 和 试 样 时 , 抽 气 的 真 空 度 达 到 98 66 kPa 负 压 力 , 抽 气 时 间 不 得 小 于 4 h, 经 饱 和 的 试 样 应 留 置 在 原 容 器 中 4 h, 然 后 取 出 , 擦 去 表 面 水 分 , 称 质 量 , 记 为 M 。 P 吸 水 率 及 饱 和 吸 水 率 按 式 ( 5-8) 、 式 ( 5-9) 计 算 , 某 些 岩 石 的 吸 水 率 见 表 5-1。 M - M 0 r × 100% Wa = ( 5-8) M r ꢀ554 5ꢀ 矿 山 岩 石 力 学  ꢀ MPM- Mr Wra = × 100% ( 5-9) r 式 中 ꢀ Wa ——— 岩 石 吸 水 率 , % ; W ——— 岩 石 饱 和 吸 水 率 , % ; ra M ——— 自 由 吸 水 后 的 饱 和 试 样 质 量 , kg; 0 M ——— 岩 石 烘 干 后 的 试 样 质 量 , kg; r M ——— 由 煮 沸 法 或 真 空 抽 气 饱 和 法 强 制 饱 和 后 试 样 质 量 , kg。 P 5 1 1 4ꢀ 渗 透 系 数 岩 石 的 渗 透 系 数 是 表 征 岩 石 透 水 能 力 强 弱 的 指 标 , 按 照 达 西 定 律 , 渗 透 系 数 定 义 为 : Q K = ( 5-10) FI 式 中 ꢀ K——— 渗 透 系 数 , m/ s; 3 Q——— 渗 透 量 , m / s; F——— 过 水 断 面 面 积 m2 ; I——— 水 头 梯 度 。 岩 石 渗 透 系 数 值 的 大 小 主 要 取 决 于 岩 石 中 孔 隙 的 大 小 、 数 量 、 方 向 及 相 互 连 通 情 况 。 几 种 岩 石 渗 透 系 数 值 见 表当 岩5-石1。的 渗 透 系 数 K 值 小 于 10 7 cm/ s 时 , 可 认 为 该 岩 石 实 际 上 是 不 透 水 的 。 岩 体 含 有 节 理 裂 隙 , 其 渗 - 透 性 可 能 相 当 高 , K 值 须 通 过 野 外 试 验 确 定 。 5  1 1 5ꢀ 点 载 指 数 将 岩 石 试 样 置 于 上 下 两 个 球 端 圆 台 加 荷 器 之 间 , 对 试 样 施 加 集 中 载 荷 , 直 至 试 样 破 坏 , 通 过 计 算 求 得 试 样 的 点 荷 载 强 度 。 点 载 指 数 是 表 示 岩 石 试 样 点 载 强 度 的 指 标 , 定 义 为 : WWW.KY114.CN P I = ( 5-11) r 2 D e 式 中 ꢀ Ir ——— 点 载 指 数 , MPa; p——— 试 样 在 点 载 作 用 下 破 坏 时 的 总 荷 载 , N; D ——— 等 效 直 径 , mm。 e 对 于 岩 芯 径 向 试 验 , D = D2, 这 里 D 是 岩 芯 直 径 ; 对 于 岩 芯 轴 向 试 验 , 方 块 体 试 验 或 不 规 则 块 体 试 验 , D2e =4A/ 2 e π, A 由 作 用 在 试 样 两 加 荷 端 点 之 间 的 距 离 和 通 过 两 加 荷 点 的 试 样 最 小 截 面 上 垂 直 于 加 荷 轴 的 平 均 宽 度 确 定 : A = HB ( 5-12) 式 中 ꢀ H——— 作 用 在 试 样 两 加 荷 端 点 之 间 的 距 离 , mm; B——— 通 过 两 加 荷 端 点 的 试 样 最 小 截 面 上 垂 直 于 加 荷 轴 的 平 均 宽 度 , mm。 试 验 用 点 载 荷 仪 进 行 , 点 载 荷 仪 由 加 荷 部 分 和 荷 载 测 量 部 分 组 成 , 点 载 荷 仪 如 图 5-1 所 示 , 试 验 选 择 的 试 样 应 具 有 均 匀 性 。 对 各 向 异 性 明 显 的 岩 石 , 应 分 别 使 加 荷 方 向 平 行 及 垂 直 于 面 理 进 行 测 定 。 试 样 尺 寸 应 满 足 : 长 ( 上 ) ≥直 径 或 长 ( 上 ) ≥宽 ( B) ≥高 ( H) 的 要 求 。 图 5-1ꢀ 点 载 荷 仪 示 意 图 1 — 油 泵 ; 2— 手 柄 ; 3— 压 力 表 ; — 千 斤 顶 ; 5— 框 架 ; 6— 试 件 由 于 Ir 是 De 的 函 数 , 为 了 取 得 标 准 的 点 载 指 数 , 需 要 将 I 修 正 成 D = 50 mm, 径 向 加 载 的 标 准 点 载 指 4 r e  ꢀ 5 1ꢀ 岩 石 力 学 概 述 数 Ir( 50) 。 尺 寸 修 正 按 下 述 方 法 进 行 : 2 1) 当 可 能 进 行 比 较 试 验 时 , 可 进 行 一 系 列 不 同 尺 寸 试 样 的 试 验 , 确 定 出 P 与 D 的 关 系 曲 线 , 然 后 再 e 2 2 2 e 50 50 50 r50 2) 在 未 能 获 得 曲 线 的 情 况 下 , 可 用 式 ( 5-13) 进 行 修 正 : ( 用 内 插 法 与 外 推 法 得 到 相 应 于 D = 2500 mm 的 P 值 , 再 按 P / ( D ) 计 算 I 。 ( D e 0 Ir( 50) = Ir ( 5-13) 5 槡 为 保 证 数 据 的 精 度 , 一 般 认 为 圆 柱 状 试 样 试 验 次 数 不 少 于 10 次 , 规 则 试 样 为 15 ~ 25 次 , 取 平 均 值 作 为 试 验 指 标 。 点 载 指 标 可 用 于 岩 石 分 类 , 评 价 岩 石 各 向 异 性 , 估 计 岩 石 单 轴 抗 压 强 度 和 抗 拉 强 度 。 岩 石 的 点 载 指 数 与 其 单 轴 抗 压 强 度 之 间 存 在 式 ( 5-14) 的 近 似 关 系 为 : σc = 24Ir( 50) ( 5-14) 式 中 ꢀ σc ——— 岩 石 的 抗 压 强 度 。 5  1 1 6ꢀ 施 密 特 硬 度 硬 度 是 一 种 表 示 岩 石 物 料 性 态 的 指 标 。 岩 石 硬 度 的 量 度 数 值 取 决 于 所 用 试 验 的 类 型 和 仪 器 的 型 号 。 用 回 弹 仪 测 定 的 硬 度 称 为 施 密 特 硬 度 , 这 种 硬 度 用 回 弹 仪 中 的 冲 击 锤 通 过 弹 击 杆 冲 击 被 测 面 的 回 弹 高 度 刻 度 表 示 。 测 定 岩 石 施 密 特 硬 度 应 遵 守 以 下 要 求 : ( 1) 在 每 次 试 验 之 前 , 回 弹 仪 要 用 仪 器 制 造 厂 提 供 的 标 定 试 验 砧 子 进 行 校 正 。 须 在 试 验 砧 上 测 10 个 读 数 , 取 平 均 值 ; ( 2) 若 在 实 验 室 测 定 , 要 尽 量 用 尺 寸 较 大 的 岩 石 做 试 验 , 可 用 直 径 54 mm 岩 芯 试 样 或 者 边 长 最 少 为 6 0 mm 的 试 样 。 试 样 W 必 须 牢 W 固 地 夹 W 持 在 质 量 . 至 K 少 为 2 Y 0 kg 1 的 钢 1 座 上 ;4.CN ( ( 3) 试 样 表 面 应 是 光 滑 平 整 的 , 没 有 裂 纹 或 局 部 结 构 面 ; 4) 所 获 得 的 施 密 特 硬 度 值 受 回 弹 仪 方 向 的 影 响 。 回 弹 仪 的 使 用 方 向 最 好 是 下 述 三 个 方 向 中 的 一 个 : 垂 直 向 上 、 水 平 或 垂 直 向 下 。 若 因 条 件 限 制 , 试 验 要 以 一 定 角 度 进 行 时 , 就 要 把 试 验 结 果 修 正 为 水 平 或 垂 直 方 向 的 结 果 。 修 正 工 作 要 利 用 制 造 厂 家 提 供 的 修 正 曲 线 。 对 任 何 一 个 岩 石 试 样 至 少 要 进 行 20 个 单 独 试 验 , 各 次 试 验 位 置 间 的 距 离 要 等 于 或 大 于 弹 击 杆 直 径 。 测 得 的 试 验 数 据 要 按 递 降 序 列 排 列 起 来 。 舍 弃 后 一 半 的 数 据 , 由 前 一 半 的 数 据 求 平 均 值 。 此 平 均 值 乘 以 修 正 系 数 即 得 施 密 特 硬 度 。 砧 子 的 规 定 标 准 值 修 正 系 数 = 在 标 定 砧 子 上 测 10 个 数 据 的 平 均 值 在 岩 石 的 施 密 特 硬 度 和 单 轴 抗 压 强 度 之 间 有 某 种 统 计 关 系 。 建 立 起 这 种 关 系 曲 线 , 可 以 通 过 测 量 不 连 ( 5-15) 续 面 壁 施 密 特 硬 度 来 换 算 它 的 单 轴 抗 压 强 度 。 5 1 1 7ꢀ 耐 水 指 数 某 些 软 岩 , 特 别 是 那 些 黏 土 含 量 高 的 岩 石 , 在 水 的 作 用 下 常 显 示 膨 胀 、 松 动 或 崩 解 的 性 质 。 表 示 岩 石 耐 水 性 的 指 标 有 膨 胀 压 力 指 标 、 膨 胀 变 形 指 标 和 耐 崩 解 性 指 数 。 Aꢀ 膨 胀 压 力 指 标 膨 胀 压 力 是 指 岩 石 试 样 浸 没 于 水 中 保 持 原 状 和 体 积 不 变 时 所 需 要 的 压 力 。 膨 胀 压 力 指 标 的 测 定 用 土 工 试 验 设 备 固 结 仪 进 行 , 试 验 容 器 如 图 5-2 所 示 。 试 样 的 几 何 形 状 是 正 圆 柱 体 时 , 其 直 径 不 小 于 厚 度 的 2 5 倍 。 将 具 有 天 然 含 水 量 或 人 工 控 制 含 水 量 的 试 样 置 于 金 属 环 内 , 试 样 和 环 紧 密 配 合 。 用 水 浸 没 试 样 , 随 时 调 节 施 加 力 , 使 试 样 的 膨 胀 保 持 为 零 。 连 续 记 录 膨 胀 力 , 直 至 达 到 常 数 或 超 过 峰 值 。 ꢀ556 5ꢀ 矿 山 岩 石 力 学  ꢀ 膨 胀 压 力 指 标 计 算 式 为 : 膨 胀 压 力 指 标 = FA ( 5-16) 式 中 ꢀ F——— 轴 向 膨 胀 力 , N; A——— 试 样 断 面 面 积 , m2 。 Bꢀ 膨 胀 变 形 指 标 膨 胀 变 形 指 标 定 义 为 径 向 受 约 束 的 岩 石 试 样 浸 没 于 水 中 时 , 在 固 定 轴 向 压 力 下 所 发 生 的 膨 胀 变 形 。 测 定 膨 胀 变 形 指 标 所 使 用 的 设 备 和 方 法 与 测 定 膨 胀 压 力 指 标 所 使 用 的 设 备 和 方 法 基 本 相 同 , 区 别 之 处 在 于 : 图 5-2ꢀ 侧 限 膨 胀 试 验 容 器 及 试 样 组 件 1— 试 样 ; 2— 多 孔 板 ( ( ( 1) 试 样 的 直 径 不 小 于 其 厚 度 的 4 倍 。 2) 在 试 验 过 程 中 , 对 试 样 施 加 30 kPa 的 持 续 压 力 。 3) 浸 水 后 连 续 记 录 膨 胀 位 移 直 至 达 到 常 数 或 超 过 峰 值 。 膨 胀 变 形 指 标 计 算 公 式 为 : d 膨 胀 变 形 指 标 = × 100% ( 5-17) L 式 中 ꢀ d——— 试 验 时 记 录 的 最 大 膨 胀 位 移 , mm; L——— 试 样 的 初 始 厚 度 , mm。 Cꢀ 耐 崩 解 性 指 数 耐 崩 解 性 指 数 可 用 来 表 示 在 经 受 干 燥 及 湿 润 两 个 标 准 循 环 之 后 , 岩 石 样 品 对 软 化 及 崩 解 作 用 所 表 现 出 来 的 抵 抗 能 力 , 耐 崩 解 性 指 数 可 以 通 过 试 验 确 定 。 试 验 设 备 的 基 本 组 成 如 下 : ( 1) 试 验 圆 筒 : W 包 括 一 W 个 净 长 W 100 mm, . 直 径 K 140 Y mm, 标 1 准 筛 孔 为 1 4 2 0 m . m C 的 圆 柱 N 体 和 固 定 筛 桶 的 刚 性 基 盘 , 圆 筒 必 须 耐 温 105℃, 圆 筒 有 一 个 可 移 动 的 盖 子 , 圆 筒 应 有 足 够 的 强 度 , 保 证 在 工 作 时 不 变 形 ; ( ( 2) 水 槽 装 有 由 水 平 轴 支 撑 并 能 自 由 旋 转 的 试 验 圆 筒 ; 3) 电 动 机 传 动 能 使 圆 筒 按 20 r/ min 的 速 度 旋 转 。 耐 崩 解 性 试 验 设 备 控 制 尺 寸 如 图 5-3 所 示 。 图 5-3ꢀ 耐 崩 解 性 试 验 设 备 试 验 程 序 如 下 : ( 1) 选 10 块 代 表 性 试 样 , 每 块 质 量 40 ~ 60 g, 总 质 量 450 ~ 550 g。 样 品 最 大 颗 粒 尺 寸 不 大 于 3 mm, 在 形 状 上 每 块 样 品 大 致 是 球 状 的 , 准 备 时 须 将 棱 角 磨 圆 。 ( ( 2) 将 试 样 放 入 圆 筒 在 105℃烘 干 , 记 录 圆 筒 加 上 样 品 的 质 量 A, 冷 却 后 即 可 用 作 试 验 。 3) 盖 上 盖 子 , 在 水 槽 中 安 装 圆 筒 , 连 接 电 动 机 。 在 水 槽 中 充 20℃ 的 自 来 水 , 使 水 位 在 圆 筒 轴 以 下 2 0 mm 处 , 在 10 min 期 间 圆 筒 旋 转 转 数 达 200 次 。  ꢀ 5 1ꢀ 岩 石 力 学 概 述 ( 4) 将 圆 筒 从 水 槽 中 取 出 , 取 下 盖 子 。 圆 筒 加 上 样 品 残 留 部 分 在 105℃ 烘 干 到 质 量 稳 定 为 止 , 冷 却 后 , 记 录 圆 筒 加 上 样 品 残 留 部 分 质 量 B。 ( ( 5) 重 复 步 骤 ( 3) ~ ( 4) , 并 记 录 圆 筒 加 上 样 品 残 留 部 分 质 量 C。 6) 擦 干 净 圆 筒 , 记 录 其 质 量 D。 耐 崩 性 指 数 ( 第 二 循 环 ) 用 最 终 于 样 品 质 量 对 最 初 干 样 品 质 量 的 百 分 比 表 示 : 耐 崩 解 性 指 数 I = C - D × 100% ( 5-18) ( 5-19) d2 A - D 对 于 第 二 循 环 指 数 从 0 到 10% , 那 些 样 品 应 当 进 一 步 地 计 算 出 它 们 的 第 一 循 环 崩 解 指 数 : 耐 崩 解 性 指 数 I = B - D × 100% d1 A - D 5 1 1 8ꢀ 弹 性 波 传 播 速 度 岩 石 传 播 弹 性 波 的 速 度 与 其 致 密 程 度 有 关 。 在 实 验 室 岩 石 试 验 中 测 定 弹 性 波 传 播 速 度 , 可 采 用 超 声 脉 冲 法 ( 频 率 范 围 100 ~ 2000 kHz) 。 声 脉 冲 法 ( 频 率 范 围 12 ~ 20 kHz) 和 共 振 法 ( 频 率 范 围 1 ~ 100 kHz) 。 测 定 岩 石 弹 性 波 所 用 的 仪 器 包 括 脉 冲 发 生 器 、 换 能 器 ——— 发 射 换 能 器 和 接 收 换 能 器 、 放 大 器 ( 包 括 滤 波 及 时 钟 电 路 ) 、 示 波 器 等 基 本 部 件 。 Aꢀ 试 验 方 法 从 岩 芯 中 选 取 试 样 , 经 仔 细 加 工 、 抛 光 ( 磨 光 到 1 μm 以 内 ) , 使 两 个 端 面 平 行 ( 偏 差 小 于 1°) , 贴 换 能 器 的 每 个 面 都 要 足 够 平 坦 并 使 用 耦 合 剂 , 以 保 证 换 能 器 与 试 件 面 耦 合 良 好 。 ( 1) 超 声 脉 冲 法 。 1 ) 试 件 最 小 横 向 尺 寸 ( 垂 直 于 波 传 播 方 向 ) 应 不 小 于 发 射 脉 冲 波 长 的 5 倍 。 脉 冲 穿 过 岩 石 的 旅 行 距 离 应 至 少 为 平 均 粒 径 的 W 10 倍 W , 且 脉 冲 W 波 长 应 . 大 于 K 平 均 粒 Y 径 。114.CN 2 3 ) 发 射 换 能 器 要 以 约 0 1 MPa 的 压 力 压 在 垂 直 于 传 播 方 向 的 平 面 中 心 。 ) 接 收 换 能 器 的 设 置 有 两 种 方 法 : ① 脉 冲 发 射 法 : 接 收 换 能 器 置 于 发 射 换 能 器 对 面 试 件 的 端 面 上 , 由 测 定 的 波 的 旅 行 时 间 和 发 射 器 到 接 收 器 之 间 的 距 离 , 计 算 波 速 ; ② 地 震 剖 面 法 : 发 射 换 能 器 置 于 试 件 的 一 个 端 面 , 接 收 器 沿 试 件 侧 面 逐 点 移 动 , 此 时 可 测 得 波 的 旅 行 时 间 与 距 离 的 关 系 曲 线 , 由 曲 线 就 可 计 算 波 速 。 ( 2) 声 脉 冲 法 。 试 件 的 长 度 要 大 于 直 径 的 3 倍 , 其 他 要 求 及 试 验 方 法 与 超 声 脉 冲 法 相 同 。 3) 共 振 法 。 ( 1 2 3 ( ) 试 样 的 长 度 应 大 于 直 径 的 3 倍 ; ) 测 定 纵 共 振 频 率 时 , 发 射 器 和 接 收 器 都 用 软 弹 簧 压 在 两 端 面 的 中 心 , 最 大 负 载 10 N; ) 改 变 发 射 频 率 以 得 到 在 示 波 器 上 最 大 读 数 , 至 少 要 记 录 共 振 频 率 3 个 谐 振 图 形 。 4) 为 了 测 定 扭 转 共 振 频 率 , 发 射 器 的 安 装 位 置 要 能 导 致 扭 转 振 动 。 Bꢀ 弹 性 波 计 算 对 于 超 声 和 声 脉 冲 法 , 弹 性 波 的 传 播 速 度 用 式 ( 5-20a) 、 式 ( 5-20b) 两 式 求 得 d vP = t ( 5-20a) ( 5-20b) p d vS = t s 式 中 ꢀ vP——— 纵 波 速 度 , m/ s; v ——— 横 波 速 度 , m/ s; S ꢀ558 5ꢀ 矿 山 岩 石 力 学  ꢀ d——— 反 射 器 与 接 收 器 之 间 的 距 离 , m; tp , t ——— 分 别 为 纵 波 和 横 波 通 过 距 离 d 所 需 的 时 间 , s。 s 如 果 是 采 用 地 震 剖 面 法 , 则 由 时 距 曲 线 的 倒 数 求 得 速 度 , 即 1 dt = ( 5-21) v dx 对 于 共 振 法 , 纵 波 速 度 由 式 ( 5-22a) 计 算 : vP = 2lf0 ( 5-22a) 式 中 ꢀ l——— 棒 状 试 件 的 长 度 , m; f ——— 膨 胀 或 扭 转 振 动 的 主 频 率 , Hz。 0 亦 可 由 式 ( 5-22b) 计 算 : vP = 2lΔf ( 5-22b) 式 中 ꢀ Δ f——— 两 谐 振 峰 之 频 率 差 , Hz。 某 些 岩 石 的 纵 波 , 横 波 速 度 示 于 表 5-1。 5 1 2ꢀ 岩石基本力学性质 5  1 2 1ꢀ 常 用 的 岩 石 基 本 力 学 性 质 数 据 常 用 的 岩 石 基 本 力 学 性 质 , 如 各 种 强 度 、 内 聚 力 、 弹 性 模 量 、 泊 松 比 、 内 摩 擦 系 数 等 , 其 值 变 化 较 大 , 表 5-2 ~ 表 5-5 给 出 了 一 些 岩 石 的 上 述 数 据 。 通 常 , 岩 石 的 抗 压 强 度 最 大 , 抗 剪 强 度 次 之 , 抗 拉 强 度 最 小 。 表 5-2 给 出 了 一 些 岩 石 的 抗 拉 、 抗 剪 强 度 和 抗 压 强 度 的 比 值 。 表 5-2ꢀ 岩 石 抗 拉 、 抗 剪 强 度 和 抗 压 强 度 的 比 值 抗 拉 强 度 与 抗 压 强 度 的 比 值 岩 石 名 称 抗 剪 强 度 与 抗 压 强 度 的 比 值 WWW.KY114.CN 煤 0 09 ~ 0 06 0 06 ~ 0 325 0 09 ~ 0 18 0 02 ~ 0 17 0 01 ~ 0 067 0 08 ~ 0 226 0 02 ~ 0 08 0 06 ~ 0 11 0 25 ~ 0 5 0 25 ~ 0 48 0 33 ~ 0 545 0 06 ~ 0 44 0 08 ~ 0 10 0 272 页 ꢀ 砂 质 页 岩 岩 砂 ꢀ 岩 石 灰 岩 大 理 岩 花 岗 岩 石 英 岩 0 08 0 176 实 际 岩 体 所 受 应 力 并 非 单 轴 而 是 多 轴 。 表 5 - 6 给 出 了 一 些 岩 石 在 轴 对 称 三 轴 应 力 作 用 下 的 强 度 。 在 不 同 围 压 下 , 岩 石 抗 压 强 度 的 变 化 如 图 5 - 4 所 示 。 图 5-5 所 示 为 岩 石 各 种 物 理 力 学 性 质 间 的 相 互 关 系 , 可 看 出 各 指 标 联 系 的 倾 向 性 和 密 切 程 度 。 图 5-5 中 冲 击 强 度 是 指 用 落 锤 击 碎 岩 石 时 单 位 岩 石 试 样 截 面 积 能 承 受 2 kg 落 锤 的 坠 落 高 度 。 图 5-6 所 示 为 岩 石 纵 波 弹 性 模 量 和 静 弹 性 模 量 的 比 较 。 5  1 2 2ꢀ 岩 石 断 裂 韧 性 数 据 岩 石 的 断 裂 韧 性 是 一 种 重 要 的 力 学 指 标 , 表 5-7 给 出 图 5-4ꢀ 不 同 围 岩 下 的 岩 石 抗 压 强 度 R— 单 轴 抗 压 强 度 ; R — 围 压 为 σ 的 抗 压 强 度 了 几 种 岩 石 的 断 裂 韧 性 数 据 。 a a  ꢀ 5 1ꢀ 岩 石 力 学 概 述 WWW.KY114.CN ꢀ560 5ꢀ 矿 山 岩 石 力 学  ꢀ WWW.KY114.CN  ꢀ 5 1ꢀ 岩 石 力 学 概 述 表 5-4ꢀ 各 种 岩 石 的 抗 压 、 抗 拉 、 抗 剪 强 度 范 围 ( MPa) 内 摩 擦 系 数 抗 压 强 度 抗 拉 强 度 抗 剪 强 度 范 围内 ꢀ 聚 ꢀ 力 岩 石 名 称 范 围 一 般 范 围 一 般 范 围 一 般 一 般 范 围 一 般 煤 5 0 ~50 0 10 0 ~16 0 0 25 ~5 9 5 0 ~80 0 20 0 ~25 0 1 0 ~40 4 20 0 ~90 0 40 0 ~70 0 2 0 ~18 0 20 0 ~300 0 60 0 ~100 0 3 0 ~20 0 30 0 ~190 0 80 0 ~120 0 5 0 ~20 0 10 0 ~260 0 80 0 ~140 0 1 0 ~25 0 40 0 ~250 0 100 0 ~140 0 11 6 ~15 6 1 5 ~2 5 2 0 ~10 0 3 0 ~12 0 4 0 ~13 0 4 0 ~210 0 10 0 ~31 0 42 0 ~72 0 10 0 ~25 0 4 0 ~13 0 13 0 ~31 0 5 0 ~13 0 8 7 ~210 0 11 0 ~27 0 3 5 ~47 5 12 6 ~35 0 1 1 ~16 5 4 0 ~34 8 15 6 2 5 ~5 0 1 0 ~10 0 3 7 ~10 0 7 0 2 0 ~4 0 4 0 ~6 0 1 6 ~4 0 2 8 ~3 5 3 6 ~4 5 页 ꢀ 岩 砂 质 页 岩 砂 ꢀ 岩 大 理 岩 石 灰 岩 白 云 岩 角 闪 岩 片 麻 岩 橄 榄 岩 蛇 纹 岩 安 山 岩 正 长 岩 磁 铁 矿 花 岗 岩 玄 武 岩 辉 绿 岩 闪 长 岩 砾 ꢀ 石 石 英 岩 4 0 ~12 0 1 1 ~6 0 4 6 3 2 ~7 0 4 5 ~5 2 4 5 ~5 2 3 0 ~5 6 3 0 ~5 0 23 8 ~28 0 20 0 ~50 0 82 0 ~200 0 13 5 50 0 ~280 0 160 0 ~700 0 5 0 ~20 0 10 0 ~14 5 50 0 ~120 0 50 0 ~140 0 40 0 ~250 0 80 0 ~200 0 80 0 ~240 0 10 0 7 0 ~12 0 4 5 ~12 7 20 0 10 0 ~45 0 80 0 10 0 ~40 0 45 0 4 5 ~6 8 3 1 2 0 ~23 0 9 0 ~13 0 20 0 ~45 0 50 0 ~250 0 100 0 ~150 0 4 0 ~29 0 10 0 ~15 0 10 0 ~280 0 10 0 ~30 0 7 8 ~40 6 14 0 ~26 0 150 0 ~300 0 200 0 ~250 0 7 7 ~30 0 4 4 ~8 8 5 0 3 2 ~4 0 5 24 ~3 5 3 1 ~3 5 5 2 ~5 8 5 1 ~6 0 17 5 ~46 5 13 4 ~44 0 41 2 27 8 100 0 ~300 0 130 0 ~300 0 180 0 ~200 0 140 0 ~340 0 9 8 ~40 0 21 2 3 0 ~30 7 13 4 ~87 0 11 2 ~85 0 84 0 ~85 0 15 6 ~76 0 45 0 ~50 0 90 0 ~500 0 170 0 ~240 0 8 5 ~30 0 9 0 ~35 0 15 0 ~20 7 WWW.KY114.CN 表 5-5ꢀ 岩 石 和 矿 物 的 内 摩 擦 系 数 岩 石 和 矿 物 名 称 内 摩 擦 系 数 μ 岩 石 和 矿 物 名 称 内 摩 擦 系 数 μ NaCl PbS 〔 s〕 〔 s〕 〔 s〕 〔 s〕 〔 s〕 0 7 〔 t n〕 〔 l γ〕 0 52 0 6 砂 ꢀ 岩 0 52 0 51 0 61 0 60 0 64 0 48 0 67 0 64 0 95 0 4 Al O 0 4 〔 l γ w〕 〔 t n g〕 〔 t n g w〕 〔 l g〕 3 4 冰 0 5 玻 ꢀ 璃 0 7 花 岗 岩 石 英 石 〔 s〕 0 1 金 刚 石 〔 s c〕 0 3 〔 t g〕 〔 d〕 w〕 d〕 w〕 d〕 w〕 d〕 w〕 d〕 w〕 d〕 w〕 d〕 w〕 d〕 w〕 0 11 0 42 0 19 0 65 0 11 0 46 0 14 0 68 0 43 0 23 0 31 0 13 0 62 0 29 0 36 0 16 〔 t n〕 〔 〔 t g〕 石 ꢀ 长 ꢀ 英 石 粗 晶 玄 武 岩 白 云 岩 〔 〔 t n〕 〔 〔 t g〕 〔 〔 l p〕 0 63 0 68 0 56 0 72 0 62 0 82 0 71 0 61 0 18 0 66 〔 粗 面 岩 〔 l g〕 〔 〔 l g w〕 〔 l p〕 方 解 石 白 云 母 黑 云 母 蛇 纹 石 〔 大 理 岩 〔 〔 t n〕 〔 斑 ꢀ 岩 〔 t n〕 〔 〔 t n〕 片 麻 岩 〔 〔 t n w〕 〔 l p〕 〔 辉 长 岩 〔 〔 l p〕 〔 滑 ꢀ 石 〔 ꢀ ꢀ 注 : l— 大 表 面 , s— 小 表 面 , t— 三 轴 试 验 , γ— 粗 糙 表 面 , g— 粗 磨 表 面 , p— 细 磨 表 面 , n— 自 然 表 面 , w— 湿 润 表 面 , d— 干 表 面 , c— 清 洁 表 面 , 砂 岩 条 件 不 详 。 ꢀ562 5ꢀ 矿 山 岩 石 力 学  ꢀ 表 5-6ꢀ 部 分 岩 石 轴 对 称 三 向 抗 压 强 度 不 同 围 压 下 的 抗 压 强 度 ( MPa) 岩 石 名 称 围 压 强 度 围 压 强 度 围 压 强 度 围 压 强 度 围 压 0 25 0 125 0 4 5 50 0 170 0 11 3 85 3 35 0 336 0 80 0 415 0 55 5 75 0 193 0 18 4 硬 ꢀ 煤 20 0 0 26 1 143 2 70 0 34 4 无 烟 煤 30 3 0 60 5 17 9 261 6 60 0 385 0 28 0 116 6 52 5 167 4 硬 石 膏 82 0 0 430 5 490 0 砂 质 页 岩 60 0 0 155 0 砂 ꢀ 岩 强 度 围 压 强 度 围 压 强 度 围 压 强 度 围 压 强 度 围 压 强 度 围 压 强 度 围 压 强 度 围 压 强 度 围 压 强 度 围 压 强 度 围 压 强 度 围 压 69 0 0 161 8 0 136 0 0 50 4 0 232 0 10 0 223 4 25 0 235 0 5 0 136 0 52 5 313 5 20 0 215 1 50 0 315 0 10 0 155 7 70 0 485 0 30 0 256 1 68 5 256 0 20 0 219 5 40 0 311 6 84 5 405 5 40 0 50 0 362 0 165 0 555 0 石 英 砂 岩 大 理 岩 铜 矿 灰 岩 296 1 粗 晶 石 灰 岩 77 0 283 5 336 0 WWW.KY114.CN 0 160 0 0 20 0 280 0 70 0 427 0 50 0 330 0 17 6 129 6 20 0 240 0 10 0 220 0 5 0 149 1 20 0 40 0 380 0 105 0 469 0 100 0 370 0 35 0 185 5 40 0 320 0 20 0 80 0 570 0 白 云 质 石 灰 岩 白 云 岩 蛇 纹 岩 安 山 岩 73 5 0 120 0 0 42 0 0 120 0 0 150 0 510 0 52 5 241 5 80 0 430 0 30 0 420 0 20 0 250 0 570 0 70 0 280 0 140 0 650 0 50 0 510 0 40 0 304 2 40 0 1130 0 灰 绿 色 块 状 铝 土 矿 80 0 620 0 80 0 120 0 670 0 160 0 810 0 250 0 300 0 花 岗 岩 混 合 岩 130 0 0 116 2 320 0 10 0 180 5 1020 0 1170 0 227 4 50 0 403 9 10 0 30 0 100 0 矽 卡 岩 石 英 玢 岩 辉 绿 岩 强 度 围 压 强 度 围 压 强 度 186 5 100 0 165 9 10 0 232 0 20 0 305 0 30 0 326 0 50 0 465 0 100 0 505 0 100 0 541 0 248 0 20 0 196 0 30 0 292 0 50 0 157 0 233 0 272 0 359 0  ꢀ 5 1ꢀ 岩 石 力 学 概 述 表 5-7ꢀ 部 分 岩 石 的 断 裂 韧 性 3 R 拉 Ic / cm - 1 岩 石 名 称 断 裂 韧 性 KIc / ( kg· cm 2 ) 来 ꢀ 源 K 大 理 岩 苏 长 玢 岩 辉 长 岩 111 7 177 5 170 7 100 9 159 7 90 2 0 467 0 454 — 东 北 工 学 院 岩 石 力 学 教 研 室 花 岗 岩 0 406 石 灰 岩 0 354 大 理 岩 — 砂 ꢀ 片 ꢀ 岩 岩 32 5 — 73 1 — 长 江 流 域 规 划 办 公 室 石 英 闪 长 岩 102 7 66 7 — — 灰 ꢀ 岩 韦 斯 特 里 花 岗 岩 田 纳 西 大 理 岩 鲁 革 特 砂 岩 印 第 安 石 灰 岩 辉 长 岩 73 6 1 30 1 16 1 66 — 65 7 W S 布 劳 恩 等 28 2 111 2 285 7 R A 斯 密 特 地 球 物 理 研 究 所 ( 双 扭 法 ) R A 斯 密 特 — 油 母 页 岩 0 03 ~ 0 112 — WWW.KY114.CN 图 5-5ꢀ 岩 石 物 理 力 学 性 质 间 的 关 系 G— 剪 切 弹 性 模 量 ; E— 弹 性 模 量 ; R— 抗 压 强 度 ; R拉 — 抗 拉 强 度 ; γ— 容 重 ; n— 孔 隙 度 ; b— 衰 减 比 ; k— 冲 击 强 度 ; HS — 肖 氏 硬 度 ; vP — 纵 波 波 速 ; μ— 泊 松 比 5  1 2 3ꢀ 岩 石 声 学 特 性 数 据 岩 石 的 声 学 特 性 日 益 显 得 重 要 , 主 要 数 据 可 参 考 表 5-8 ~ 表 5-11。 各 向 异 性 系 数 是 指 平 行 层 理 方 向 的 纵 波 速 度 和 垂 直 层 理 方 向 的 纵 波 速 度 的 比 值 , 岩 石 的 静 态 弹 性 模 量 和 动 态 弹 性 模 量 的 比 较 可 参 考 图 5-6。 岩 石 的 纵 波 弹 性 系 数 模 量 高 于 静 态 弹 性 系 数 模 量 , 其 值 在 1 ~ 10 之 间 居 大 多 数 , 约 占 85% 。 ꢀ564 5ꢀ 矿 山 岩 石 力 学  ꢀ 图 5-6ꢀ 岩 石 纵 波 弹 性 模 量 和 静 弹 性 模 量 的 比 较 表 5-8ꢀ 造 岩 矿 物 的 波 速 矿 物 名 称 弹 性 模 量 / GPa 泊 松 比 0 08 0 27 0 28 0 25 0 30 0 35 0 28 0 24 0 24 0 26 μ 纵 波 速 度 / ( km/ s) 横 波 速 度 / ( km/ s) 石 ꢀ 英 96 67 81 70 81 75 129 144 200 231 6 0 5 7 6 3 5 1 6 7 5 8 7 2 7 2 8 4 7 4 4 1 3 3 3 5 3 0 3 4 3 4 4 0 4 2 5 2 4 2 正 长 石 斜 长 石 黑 云 母 方 解 石 白 云 母 角 闪 石 WWW.KY114.CN 辉 ꢀ 橄 榄 石 石 磁 铁 矿 表 5-9ꢀ 矿 岩 的 纵 波 速 度 和 波 阻 抗 率 容 重 / ( kg/ m3 ) 波 阻 抗 率 / [ kg/ ( m2 · s ) ] 岩 石 或 矿 物 粉 砂 岩 纵 波 速 度 / ( m/ s) 1600 0 42 × 108 2600 8 玄 武 岩 2800 1500 ~ 2200 2900 5400 1800 ~ 2400 6250( 3380) 1500 1 54 × 10 0 27 × 10 ~ 0 527 × 108 8 辉 长 岩 1 81 × 108 中 粒 花 岗 岩 泥 灰 岩 0 33 × 108 2200 2800 8 闪 长 岩 4580 1 28 × 10 0 90 × 10 ~ 1 23 × 108 8 岩 ꢀ 石 灰 岩 盐 2000 ~ 2200 2300 ~ 3000 3000 4500 ~ 5500 3200 ~ 5500 5600 8 8 0 73 × 10 ~ 1 65 × 10 1 68 × 108 含 铁 石 英 岩 8 石 ꢀ 熔 融 过 的 石 英 英 2650 5225 ~ ( 3200) 5570( 3515) 4950 1 38 × 10 1 45 × 108 2650 2880 1400 ~ 2000 8 大 理 岩 砂 1 425 × 10 7 0 42 × 10 ~ 2 6 × 107 300 ~ 1300  ꢀ 5 1ꢀ 岩 石 力 学 概 述 续 表 5-9 容 重 / ( kg/ m3 ) 2100 ~ 2900 2800 2800 2710 2510 ~ 2720 2800 ~ 3200 1200 ~ 1500 波 阻 抗 率 / [ kg/ ( m · s ) ] 2 岩 石 或 矿 物 纵 波 速 度 / ( m/ s) 2000 ~ 3600( 2100) 7000 3640 4950 2250 6100 1100 ~ 2800 8 8 砂 ꢀ 岩 0 42 × 10 ~ 1 008 × 10 8 橄 榄 岩 角 闪 岩 正 长 岩 1 96 × 10 1 02 × 108 8 1 34 × 10 8 8 页 ꢀ 矽 卡 岩 岩 0 565 × 10 ~ 0 615 × 10 8 8 8 1 71 × 10 ~ 1 95 × 10 0 13 × 10 ~ 0 36 × 10 8 煤 ꢀ ꢀ 注 : 括 号 内 为 横 波 波 速 。 表 5-10ꢀ 岩 石 特 征 岩 石 特 征 代 ꢀ ꢀ 号 古 生 代 、 中 生 代 的 黏 板 岩 、 砂 岩 、 砾 岩 、 燧 岩 、 石 灰 岩 、 泥 灰 岩 等 深 成 的 花 岗 岩 、 花 岗 辉 绿 岩 、 辉 绿 岩 、 粗 粒 岩 等 半 深 成 的 斑 岩 、 花 岗 斑 岩 、 玢 岩 、 辉 绿 岩 、 蛇 纹 岩 等 火 山 岩 的 一 部 分 : 玄 武 岩 、 中 生 代 的 流 纹 岩 等 变 质 岩 、 结 晶 片 岩 、 千 枚 岩 、 片 麻 岩 、 角 页 岩 等 节 理 显 著 的 变 质 岩 A B C 层 理 发 达 的 古 生 层 、 中 生 层 古 生 代 的 页 岩 、 砂 岩 、 角 砾 岩 、 凝 灰 岩 等 火 山 岩 : 流 纹 岩 、 安 山 岩 等 古 第 三 纪 的 硅 化 页 岩 、 硅 化 砂 岩 、 火 山 岩 、 凝 灰 岩 等 D E F 古 第 三 纪 到 新 第 三 纪 的 泥 岩 、 页 岩 、 砂 岩 、 砾 岩 、 凝 灰 岩 、 角 砾 凝 灰 岩 、 凝 灰 熔 岩 新 第 三 纪 到 洪 积 层 : 泥 岩 、 粉 砂 岩 、 砂 岩 、 砾 砂 岩 、 凝 灰 岩 、 合 地 崖 锥 、 火 山 喷 出 物 等 WWW.KY114.CN 洪 积 层 到 冲 击 层 : 黏 土 、 粉 沙 、 沙 砾 、 火 山 喷 出 物 、 壤 土 、 扇 形 堆 积 物 、 崖 锥 、 台 地 等 表 5-11ꢀ 岩 层 的 声 速 各 向 异 性 系 数 岩 ꢀ 白 ꢀ 均 一 的 硬 石 膏 含 石 灰 岩 夹 层 的 硬 石 膏 石 灰 岩 层 垩 各 向 异 性 系 数 岩 ꢀ 页 岩 ( 褐 色 ) 层 各 向 异 性 系 数 1 18 1 17 1 16 页 ꢀ 板 ꢀ 岩 岩 1 14 1 12 ~ 1 14 1 08 ~ 1 10 1 30 1 07 片 麻 岩 1 20 石 灰 岩 云 母 片 岩 1 36 页 ꢀ 砂 ꢀ 页 ꢀ 岩 岩 岩 1 0 粒 状 闪 长 片 麻 岩 片 麻 岩 1 33 1 0 1 27 1 33 ꢀ566 5ꢀ 矿 山 岩 石 力 学  ꢀ 5 1 2 4ꢀ 岩 石 变 形 和 强 度 的 时 间 因 素 在 采 矿 工 程 中 , 破 碎 或 维 护 岩 石 的 时 间 变 化 很 大 。 常 用 应 变 速 率 , 即 单 位 时 间 产 生 的 应 变 , 表 示 加 载 的 缓 急 。 矿 山 工 程 中 岩 石 的 应 变 速 率 见 表 5-12。 表 5-12ꢀ 矿 山 工 程 中 岩 石 的 应 变 速 率 10 - 6 流 变 加 载 10 ~ 10 静 加 载 - 6 - 4 10 ~ 10 脉 动 加 载 - 2 10 ~ 103 撞 击 加 载 > 104 冲 击 加 载 爆 破 、 射 击 < 应 变 速 率 ε/ s - 1 典 型 工 作 方 式 地 板 、 滑 坡 液 压 试 验 机 试 验 切 削 岩 石 、 牙 轮 钻 进 冲 击 式 凿 岩 破 碎 Aꢀ 岩 石 的 流 变 按 凯 尔 文 沃 特 和 曾 纳 模 型 , 通 过 试 验 曲 线 的 校 正 , 得 出 岩 石 在 恒 定 荷 载 下 的 蠕 变 方 程 为 : ε = ε + Alnt ( 5-23) ( 5-24) 0 · - 1 或 ε = At 式 中 ꢀ ε——— 蠕 变 的 应 变 , m; · - 1 ; ε——— 应 变 速 率 , s ε ——— 初 始 应 变 , m; 0 t——— 载 荷 的 作 用 时 间 , s; A——— 蠕 变 常 数 , 取 决 于 应 力 的 大 小 、 岩 石 的 性 质 , 它 是 无 因 次 量 , 可 从 以 下 经 验 公 式 中 得 出 : ( 1) 在 单 轴 压 缩 试 验 时 , nc A = ( σE ) ( 5-25) ( 5-26) ( 2) 在 三 轴 压 缩 时 , WWW.KY1 n 14.CN σ - σ 1 2 3 A = ( ) G ꢀ ꢀ ꢀ σ——— 轴 向 应 力 , Pa; σ , σ ——— 分 别 为 最 大 最 小 主 应 力 , Pa; 1 3 E——— 岩 石 的 弹 性 模 量 , Pa; G——— 岩 石 的 剪 切 弹 性 模 量 , Pa; n ——— 岩 石 的 蠕 变 指 数 , 低 应 力 时 为 1 ~ 2, 高 应 力 时 为 2 ~ 3。 c 当 应 力 在 10 MPa 水 平 时 , 坚 硬 岩 石 的 A 值 约 为 10 , 而 软 弱 的 沉 积 岩 约 为 10 - 3 。 表 5-13 和 表 5-14 给 - 6 出 了 室 温 条 件 下 的 实 际 数 据 。 表 5-13ꢀ 岩 石 单 轴 压 缩 蠕 变 数 据 · 岩 ꢀ 石 E / GPa 73 5 55 2 74 5 58 9 71 0 10 0 60 9 45 3 13 0 7 3 σ/ MPa 138 98 t/ s ε / s 4 0 × 10 2 4 × 10 6 2 × 10 11 3 × 10 4 2 × 10 3 6 × 10 4 0 × 10 3 8 × 10 29 4 × 10 167 × 10 σ/ E A n c 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 - 10 - 10 - 10 - 10 - 10 - 10 - 10 - 10 - 10 - 10 - 3 - 3 - 3 - 3 - 3 - 3 - 3 - 3 - 3 - 3 - 6 - 6 花 岗 岩 橄 榄 岩 赤 铁 矿 石 灰 岩 石 灰 岩 1 38 × 10 1 38 × 10 1 38 × 10 1 38 × 10 1 38 × 10 1 38 × 10 1 38 × 10 1 38 × 10 1 38 × 10 1 38 × 10 1 38 × 10 1 87 × 10 1 77 × 10 1 30 × 10 2 36 × 10 0 95 × 10 4 20 × 10 0 92 × 10 1 20 × 10 2 30 × 10 0 82 × 10 5 5 × 10 1 91 1 99 1 75 1 83 1 40 1 81 1 37 1 95 1 67 1 2 3 2 × 10 8 6 × 10 - 6 97 - 6 139 67 15 6 × 10 5 8 × 10 5 0 × 10 5 5 × 10 5 2 × 10 - 6 - 6 - 6 - 6 砂 ꢀ 绿 泥 石 岩 42 56 玄 武 玢 岩 59 - 6 页 ꢀ 正 长 石 岩 ꢀ 岩 30 40 × 10 - 6 6 230 × 10 236 × 10 - 10 0 43 × 10 - 3 320 × 10 - 6 盐 18 4 8 1 03  ꢀ 5 1ꢀ 岩 石 力 学 概 述 表 5-14ꢀ 岩 石 三 轴 蠕 变 数 据 岩 ꢀ 石 t/ s σ 1 - σ 3 / MPa ε A 5 6 2 5 5 7 6 5 6 2 4 8 4 - 4 - 6 - 6 - 4 - 6 - 7 - 6 - 7 - 6 - 5 - 3 - 5 - 4 - 3 1  7 × 10 100 100 100 10 10 10 10 10 10 0 1 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 8 5 × 10 - 4 - 3 - 4 - 5 - 4 - 4 - 4 - 3 - 2 - 3 花 岗 岩 1 0 × 10 7 2 × 10 1 7 × 10 8 2 × 10 7 8 × 10 5 5 × 10 7 1 × 10 8 0 × 10 7 0 × 10 1 7 × 10 9 1 × 10 5 4 × 10 6 4 × 10 8 2 5  6 × 10  6 × 10  2 × 10 8 6 × 10 1 2 × 10 5 2 × 10 1 7 × 10 8 6 × 10 花 岗 闪 长 岩 流 纹 岩 安 山 岩 玄 武 岩 石 英 岩 砂 ꢀ 页 ꢀ 岩 岩 8 1  6 × 10  2 × 10 10 - 2 1 100 10 8 6 × 10 7 × 10 - 3 石 灰 岩 3 1 × 106 10 - 2 2 1 × 10 - 4 岩 ꢀ 盐 表 5-15 给 出 了 3 种 类 型 岩 石 在 不 同 应 力 水 平 下 的 A 值 , 各 类 岩 石 如 下 : ( ( 1) 准 弹 性 , 主 要 有 坚 硬 的 岩 浆 岩 , 如 花 岗 岩 、 玄 武 岩 、 石 英 岩 。 2) 半 弹 性 , 包 括 沉 积 岩 的 大 多 数 , 但 细 粒 的 弹 性 模 量 很 高 的 石 灰 岩 和 砂 岩 , 只 在 高 围 压 下 属 于 此 类 , 在 低 围 压 下 属 于 准 弹 性 类 。 ( 3) 第 三 类 岩 石 本 章 不 做 介 绍 。 表 5-15ꢀ 三 种 类 型 岩 石 在 不 同 应 力 水 平 下 的 A 值 WWW.KY114.CN σ = 10 MPa nc = 1 5 σ = 50 MPa σ = 100 MPa nc = 1 85 岩 石 类 型 E / GPa nc = 1 7 - - - - - - 7 6 6 6 6 5 - 6 - 6 1 20 1 6 × 10 1 0 × 10 1 4 × 10 2 1 × 10 4 0 × 10 1 1 × 10 1 8 × 10 2 4 × 10 3 5 × 10 5 8 × 10 1 2 × 10 3 8 × 10 2 2 × 10 - 6 - 6 - 6 - 5 - 5 - 6 准 弹 性 100 2 2 × 10 - 6 8 6 4 2 0 0 0 0 4 3 × 10 - 6 7 4 × 10 半 弹 性 非 弹 性 - 6 1 5 × 10 - 5 5 3 × 10 8 9 × 10 - 6 1 6 × 10 - 4 2 5 × 10 - 8 5 Bꢀ 加 载 时 间 和 岩 石 强 度 的 关 系 ( 1) 岩 石 流 变 剪 切 对 摩 擦 系 数 的 影 响 。 表 5-16 中 列 出 岩 石 快 速 剪 切 试 验 和 流 变 剪 切 试 验 的 摩 擦 系 数 。 所 谓 流 变 剪 切 加 载 时 间 最 长 是 2 ~ 3 个 月 , 流 变 剪 的 平 均 摩 擦 系 数 是 快 剪 的 78% 。 表 5-16ꢀ 不 同 剪 切 速 度 的 岩 石 摩 擦 系 数 摩 擦 系 数 工 程 名 称 岩 ꢀ 层 主 要 矿 物 比 ꢀ 值 快 ꢀ 剪 流 变 剪 0 87 0 158 0 176 0 196 黏 土 质 粉 沙 质 — 1 11 0 194 0 220 0 245 0 78 0 81 0 79 0 78 3 3 08 号 泥 化 夹 层 ( 灰 白 ) 08 号 泥 化 夹 层 ( 紫 红 ) 02 号 泥 化 夹 层 蒙 脱 石 蒙 脱 石 伊 利 石 三 三 零 工 程 2 ꢀ568 5ꢀ 矿 山 岩 石 力 学  ꢀ 续 表 5-16 摩 擦 系 数 工 程 名 称 岩 ꢀ 层 主 要 矿 物 比 ꢀ 值 快 ꢀ 剪 流 变 剪 0 420 0 18 0 16 — 大 冶 铁 矿 抚 顺 煤 矿 大 理 岩 间 软 夹 层 软 弱 泥 灰 岩 泥 化 夹 层 绿 泥 石 0 530 0 23 0 22 — 0 79 0 78 0 73 0 75 蒙 脱 石 金 牛 山 水 库 海 南 铁 矿 — — 绢 云 母 片 岩 ( 2) 冲 击 短 暂 加 载 对 岩 石 抗 拉 强 度 的 影 响 。 J S 莱 茵 哈 脱 用 雷 管 爆 破 岩 石 , 使 之 产 生 片 落 , 加 载 时 间 在 5 μs 之 内 得 出 岩 石 抗 拉 强 度 提 高 5 ~ 10 倍 , 见 表 5-17。 表 5-17ꢀ 冲 击 加 载 ( 0 ~ 5 μm) 的 岩 石 抗 拉 强 度 岩 ꢀ 花 岗 岩 石 静 拉 / MPa 冲 拉 / MPa 静 拉 / 冲 拉 5 7 7 39 铁 燧 岩 7 4 6 2 90 28 48 13 0 6 5 7 8 9 0 石 灰 岩 大 理 岩 ( 垂 直 ) 大 理 岩 ( 平 行 ) 18 5 ( 3) 加 载 时 间 和 岩 石 强 度 之 间 的 关 系 , 据 T C 巴 克 和  野 正 等 人 对 陶 瓷 、 玻 璃 、 水 泥 等 脆 性 材 料 试 验 结 果 , 认 为 可 用 下 式 描 述 加 载 时 间 和 岩 石 强 度 的 关 系 : 1 = A + Blnt ( 5-27) WWW.K R Y114.CN 式 中 ꢀ R——— 材 料 的 抗 拉 或 抗 压 强 度 ; A, B——— 材 料 性 质 有 关 的 常 数 , 需 实 测 出 ; t——— 加 载 时 间 , 试 验 分 为 是 0 01 s ~ 24 h。 ( 4) 应 变 速 率 和 岩 石 抗 压 强 度 的 关 系 。 Г M 克 柳 科 夫 用 分 段 的 霍 布 金 森 杆 测 定 了 续 断 岩 石 抗 压 强 度 和 应 变 速 率 的 关 系 , 冲 击 速 度 为 7 ~ 23 m/ s, 得 出 半 经 验 关 系 如 下 : ·  R 动 2000 ε = 1 + ( 5-28) ·  R l + 2000 静 ε 式 中 ꢀ R动 , R静 ——— 分 别 为 撞 击 加 载 和 静 加 载 下 岩 石 的 抗 拉 强 度 ; ·  ε ——— 无 因 次 应 变 速 率 ε = v1 · ε p l——— 岩 石 试 样 尺 寸 , cm; v ——— 岩 石 纵 波 速 度 ; p · 克 氏 试 验 ε在 10 s 以 内 , ε 在 5 × 10 - 3 以 内 。 用 上 式 计 算 误 差 约 为 10% ~ 15% 。 当 应 变 速 率 ε≈ · 3 - 1 ·  · 1 4 00 s - 时 , 动 态 抗 压 强 度 约 为 静 态 的 4 ~ 4 5 倍 。 5 1 3ꢀ 岩石基本力学性质的测定 5  1 3 1ꢀ 岩 石 样 品 的 制 备 实 验 室 测 定 岩 石 的 力 学 性 质 , 应 按 照 表 5-18 的 规 格 、 数 量 和 加 工 质 量 制 备 岩 石 试 样 。  ꢀ 5 1ꢀ 岩 石 力 学 概 述 表 5-18ꢀ 测 定 岩 石 力 学 性 质 对 试 样 的 要 求 断 面 平 整 断 面 对 轴 线 每 试 样 全 长 的 周 边 平 直 度 / mm 每 组 试 样 的 数 量 / 个 试 样 直 径 试 样 高 和 直 径 之 比 项 ꢀ 目 试 样 形 状 程 度 50 mm/的mm垂 直 度 / mm / mm 抗 压 强 度 圆 柱 或 方 柱 圆 柱 形 50 25 ~ 50 50 50 近 50 50 50 50 ~ 90 50 2 ~ 2 5 2 5 ~ 3 5 0 3 ~ 0 5 1 4 1 0 ~ 1 4 1 0 ≤0 02 0 1 ≤0 025 ≤0 05 0 2 0 2 ≤0 3 0 1 0 25 ≥5 5 10 抗 拉 强 度 直 剪 拉 伸 劈 裂 圆 盘 或 方 片 圆 柱 形 点 荷 载 试 验 断 面 不 加 工 不 规 则 不 规 则 圆 柱 或 立 方 体 圆 柱 形 ≤0 02 ≤0 05 ≤0 3 15 10 5 抗 剪 强 度 转 模 式 双 剪 面 三 轴 压 缩 弹 性 模 量 圆 柱 形 2 0 ~ 3 0 2 ~ 2 5 ≤0 02 ≤0 02 ≤0 05 ≤0 05 ≤0 3 ≤0 3 圆 柱 形 5 岩 石 保 存 时 间 不 超 过 30 天 , 尽 可 能 保 持 其 天 然 含 水 量 。 试 样 制 备 好 后 , 应 在 温 度 20℃ ± 2℃, 湿 度 50% 5% 的 环 境 中 放 置 5 ~ 6 天 后 再 进 行 试 验 。 ± 试 样 加 工 室 一 般 应 具 备 金 刚 石 切 石 机 、 钻 石 机 、 磨 石 机 、 0 175 ~0 074mm( 80 ~200 目 ) 的 金 刚 砂 和 量 具 等 。 5  1 3 2ꢀ 单 轴 抗 压 强 度 的 测 定 测 定 岩 石 抗 压 强 度 , 通 常 用 100 t 压 力 机 给 圆 柱 形 或 方 柱 形 试 样 沿 长 轴 方 向 施 加 均 布 荷 载 , 如 图 5-7 所 示 。 加 载 应 力 速 度 为 每 秒 0 5 ~ 1MPa, 直 至 试 样 破 坏 。 以 试 样 破 坏 瞬 间 承 压 面 上 的 极 限 应 力 值 表 示 岩 石 的 抗 压 强 度 , 即 : P R = ( 5-29) 压 WWWA.KY114.CN 式 中 ꢀ R压 ——— 抗 压 强 度 , Pa; P——— 破 坏 载 荷 , N; 2 A——— 垂 直 荷 载 方 向 的 试 样 初 始 截 面 积 , m 。 5  1 3 3ꢀ 单 轴 抗 拉 强 度 的 测 定 图 5-7ꢀ 抗 压 强 度 的 测 定 岩 石 抗 拉 强 度 可 用 直 接 拉 伸 或 劈 裂 ( 或 称 压 裂 ) 两 种 试 验 方 法 测 定 , 如 图 5-8 所 示 。 由 于 近 年 来 利 用 现 代 环 氧 胶 合 剂 解 决 了 试 样 夹 持 部 分 的 应 力 集 中 问 题 , 直 接 拉 伸 试 验 法 的 地 位 显 著 提 高 , 此 法 如 图 5-8( a) 所 示 。 试 样 两 端 胶 合 在 金 属 帽 中 , 此 帽 应 有 适 当 的 连 接 装 置 , 使 试 验 机 对 它 施 加 拉 伸 荷 载 时 不 产 生 弯 矩 和 扭 矩 。 加 载 应 力 速 度 为 每 秒 0 5 ~ 1 MPa, 直 至 试 样 破 坏 。 岩 石 抗 拉 强 度 按 式 ( 5-30) 计 算 : P R = ( 5-30) 拉 A 式 中 ꢀ R拉 ——— 抗 拉 强 度 , Pa; P——— 破 坏 载 荷 , N; A——— 垂 直 荷 载 方 向 的 试 样 初 始 截 面 积 , m2。 劈 裂 法 测 定 岩 石 抗 拉 强 度 , 可 利 用 如 图 5 - 8 b) 、 ( c) 所 示 两 种 方 法 。 第 一 种 方 法 是 将 直 径 为 D ( 厚 度 为 t 的 圆 盘 或 方 片 形 试 样 横 放 , 在 径 向 相 对 位 置 放 置 直 径 2 ~ 5 mm 的 钢 丝 或 电 木 压 条 , 如 图 5-8 图 5-8ꢀ 抗 拉 强 度 的 测 定 ( a) 直 接 拉 伸 法 ; ( b) 劈 裂 法 之 一 ; ( c) 劈 裂 法 之 二 — 金 属 帽 ; 2— 岩 石 试 件 ; 3— 环 氧 胶 合 剂 ; 4— 半 球 座 ; 1 ( b) 所 示 ; 第 二 种 方 法 是 将 试 块 放 在 两 块 半 径 等 于 5 — 上 加 载 颚 ; 6— 下 加 载 颚 1  5 倍 试 样 直 径 的 钢 制 加 载 颚 中 , 如 图 5-8( c) 所 ꢀ570 5ꢀ 矿 山 岩 石 力 学  ꢀ 示 , 以 每 秒 0 3 ~ 0 5 MPa 的 应 力 速 率 连 续 加 载 , 对 最 软 弱 岩 样 其 破 坏 试 件 可 控 制 在 15 ~ 30 s。 只 保 留 按 预 定 劈 裂 面 断 开 的 测 定 数 据 , 舍 弃 其 他 破 坏 形 式 的 测 定 数 据 , 按 式 ( 5-31) 计 算 岩 石 的 抗 拉 强 度 : 2 P R = ( 5-31) 拉 πDt 式 中 ꢀ R拉 ——— 抗 拉 强 度 , Pa; P——— 破 坏 载 荷 , N; D——— 试 样 的 直 径 或 变 长 , m; t——— 试 样 厚 度 , m。 5  1 3 4ꢀ 点 荷 载 强 度 的 测 定 岩 石 的 点 荷 载 强 度 , 可 换 算 成 抗 拉 或 抗 压 强 度 。 由 于 测 定 点 荷 载 强 度 的 设 备 轻 巧 , 便 于 现 场 工 作 , 试 验 成 本 低 廉 , 时 间 短 等 优 点 , 所 以 此 法 精 度 虽 然 较 常 规 试 验 低 , 但 仍 有 其 使 用 价 值 。 尤 其 是 对 严 重 风 化 的 低 强 度 岩 石 , 易 于 测 出 点 荷 载 强 度 , 此 法 更 有 使 用 意 义 。 图 5-9 所 示 为 测 定 岩 石 点 荷 载 强 度 试 验 的 压 头 规 格 。 岩 石 试 样 有 圆 柱 形 和 不 规 则 形 两 种 ( 图 5-10) 。 对 前 者 加 载 有 轴 向 ( 图 5-10( a) ) 与 径 向 ( 图 5-10( b) ) 两 种 , 常 用 径 向 加 载 , 其 加 载 点 离 自 由 端 的 距 离 , 不 应 小 于 试 样 直 径 的 0 7 倍 。 不 规 则 试 样 点 荷 载 加 载 如 图 5-10( c) 所 示 。 WWW.KY114.CN 图 5-9ꢀ 测 定 岩 石 点 荷 载 强 度 的 压 头 规 格 点 荷 载 强 度 按 式 ( 5-32) 计 算 : 图 5-10ꢀ 岩 石 点 荷 载 强 度 的 测 定 P IS = ( 5-32) 2 D 式 中 ꢀ IS ——— 点 荷 载 强 度 , Pa; P——— 试 样 断 裂 荷 载 , N; D——— 上 下 压 头 间 距 , m。 点 荷 载 强 度 I 和 抗 拉 强 度 R 的 关 系 如 下 : S 拉 R = k I 1 S ( 5-33) ( 5-34) 拉 式 中 ꢀ k1 ——— 比 例 系 数 , 对 于 岩 芯 试 样 k = 0 79, 球 形 试 样 k1 = 0 95, 不 规 则 试 样 k1 = 0 9 ~ 0 96。 1 点 荷 载 强 度 I 和 抗 压 强 度 R 的 关 系 如 下 : S R = k I 2 S 式 中 ꢀ k2 ——— 比 例 系 数 , 和 试 样 尺 寸 有 关 , 当 D 等 于 54 mm、 50 mm、 42 mm、 21 5 mm 时 , 相 应 的 k2 等 于 23 5、 2 4、 21、 18。 5  1 3 5ꢀ 抗 剪 强 度 的 测 定 测 定 岩 石 抗 剪 强 度 常 用 单 面 剪 和 双 面 剪 两 类 试 验 方 法 ( 图 5-11) , 前 者 又 称 为 直 接 剪 切 试 验 或 简 称 直 剪 。 目 前 许 多 实 验 室 广 泛 采 用 转 模 式 单 面 剪 切 仪 ( 图 5-12) 进 行 岩 石 抗 剪 试 验 。 设 剪 切 面 和 载 荷 方 向 的 夹 角 为 α, 则 常 在 α = 20° ~ 40°范 围 内 , 分 成 3 ~ 4 个 以 上 固 定 的 角 度 , 每 个 角 度 不 少 于 5 个 试 样 进 行 试 验 , 以 每 秒 1 2 ~ 1 5 MPa 应 力 速 率 加 载 , 直 至 破 坏 。 保 留 沿 预 定 剪 切 面 剪 切 破 坏 的 试 验 数 据 。  ꢀ 5 1ꢀ 岩 石 力 学 概 述 图 5-11ꢀ 岩 石 抗 剪 强 度 测 定 图 5-12ꢀ 转 模 式 单 面 剪 切 仪 ( a) 直 剪 法 ; ( b) 双 剪 法 1— 压 盘 ; 2— 滚 柱 盘 ; 3— 剪 模 座 ; 4— 固 定 齿 块 及 螺 钉 ; 5 — 剪 切 模 ; 6— 试 块 ; 7— 剪 切 刃 ; 8— 刻 度 盘 破 坏 面 上 的 正 应 力 σn 和 剪 切 力 τ 按 式 ( 5-35) 计 算 : P σn = sinα ( 5-35a) ( 5-35b) A P τ = cosα A 式 中 ꢀ σn ——— 破 坏 面 上 的 正 应 力 , Pa; WWW τ——— 破 坏 面 上 的 剪 切 力 , Pa; .KY114.CN P——— 破 坏 荷 载 , N; 2 A——— 剪 切 面 面 积 , m ; α——— 载 荷 方 向 和 剪 切 面 间 的 夹 角 。 根 据 不 同 α 角 剪 切 试 验 结 果 , 绘 制 强 度 曲 线 ( 图 5-13) , 从 图 中 可 量 取 内 聚 力 C 和 内 摩 擦 角 φ。 C、 φ 值 也 可 由 式 ( 5-37) 求 出 : q q sin( α - α1 ) q sinα - q sinα 1 1 2 2 C = ( 5-36a) ( 5-36b) 2 2 1 q cosα - q cosα 1 tanφ = q sinα - q sinα 2 2 1 2 2 1 1 式 ( 5-37) 中 符 号 见 图 5-14, q 为 斜 边 长 。 图 5-13ꢀ 岩 石 强 度 曲 线 ( 丹 东 大 理 岩 ) 图 5-14ꢀ C、 φ 值 的 计 算 ꢀ572 5ꢀ 矿 山 岩 石 力 学  ꢀ ꢀ ꢀ 岩 石 的 抗 剪 强 度 τt 由 强 度 曲 线 方 程 求 得 如 下 : τ = C + σ tanφ t n 有 的 岩 石 难 以 绘 出 上 述 直 线 形 强 度 曲 线 , 如 图 5-15 所 示 , 这 时 只 能 给 出 平 均 的 C、 φ 值 。 上 述 剪 切 试 验 方 法 , 试 样 内 部 应 力 分 布 复 杂 求 得 的 抗 剪 强 度 的 指 标 准 确 性 较 差 。 用 三 轴 压 缩 试 验 , 得 到 不 同 围 压 下 的 抗 压 强 度 , 做 一 系 列 摩 尔 圆 , 绘 其 包 络 线 , 再 按 照 高 、 低 应 力 区 , 将 包 络 线 简 化 成 直 线 , 便 可 得 出 岩 石 的 C、 φ 值 , 图 5 -16 为 一 例 。 图 5-15ꢀ 大 孤 山 铁 矿 石 墨 千 枚 岩 垂 直 片 理 ) 的 强 度 曲 线 图 5-16ꢀ 锡 矿 山 底 板 灰 岩 强 度 包 络 线 ( ( 长 沙 矿 山 研 究 院 资 料 ) 5  1 3 6ꢀ 不 规 则 试 块 抗 剪 强 度 的 测 定 不 规 则 试 块 抗 剪 试 验 装 置 如 图 5-17 所 示 。 将 不 规 则 试 块 埋 在 混 凝 土 中 , 按 给 定 的 角 度 预 留 缝 隙 , 或 事 后 锯 出 。 混 凝 土 经 足 够 时 间 养 护 后 即 可 进 行 试 验 。 剪 切 破 坏 面 积 需 实 测 出 。 为 此 , 可 用 纸 蒙 在 剪 切 面 上 脱 WWW.KY114.CN 去 面 积 , 再 用 求 积 仪 求 出 。 其 他 计 算 和 前 述 相 同 。 5  1 3 7ꢀ 轴 对 称 三 轴 抗 压 强 度 的 测 定 轴 对 称 三 轴 抗 压 强 度 装 置 主 要 由 三 轴 压 力 室 、 侧 向 加 载 及 其 控 制 系 统 等 部 分 组 成 , 如 图 5-18 所 示 。 图 5-17ꢀ 不 规 则 试 块 图 5-18ꢀ 轴 对 称 三 轴 抗 压 试 验 装 置 原 理 抗 剪 强 度 测 定 1— 轴 向 加 载 系 统 ; 2— 三 轴 压 力 室 ; 3— 侧 向 加 载 系 统 ; 4— 压 力 传 感 器 ; 5 — 试 样 ; 6— 机 油 ; 7— 电 阻 应 变 片 试 验 前 , 在 试 样 上 贴 好 电 阻 应 变 片 。 套 上 橡 胶 套 , 连 同 上 下 承 压 板 仪 器 放 入 压 力 室 中 , 然 后 将 封 好 的 压 力 室 注 满 油 , 用 压 力 机 施 加 轴 向 荷 载 P, 用 侧 向 加 载 油 泵 向 压 力 室 打 入 高 压 油 , 给 试 样 侧 面 施 加 压 力 ( 围 压 ) 。 在 达 到 预 定 的 测 压 之 前 , 使 轴 向 压 力 和 侧 压 力 近 似 相 等 。 在 使 侧 压 力 保 持 恒 定 ( 压 力 波 动 不 超 过 2 % ) 。 轴 向 压 力 是 以 0 5 ~ 1 MPa 的 应 力 速 率 施 加 的 。 测 试 系 统 可 采 用 图 5-18 所 示 的 方 式 。 根 据 测 试 结 果 , 计 算 不 同 围 压 下 岩 石 的 抗 压 强 度 , 图 5-19 所 示 为 灰 岩 三 轴 压 缩 下 的 应 力 - 应 变 曲 线 , 其 摩 尔 包 络 线 如  ꢀ 5 1ꢀ 岩 石 力 学 概 述 图 5-16 所 示 。 岩 石 三 轴 抗 压 强 度 R3c 和 围 压 σα 之 间 存 在 下 列 关 系 : R = R + Kσ α ( 5-37a) 3 式 中 ꢀ R——— 岩 石 的 单 轴 抗 压 强 度 , Pa; c K——— 与 岩 石 性 质 有 关 的 系 数 , 当 摩 尔 包 络 线 为 一 直 线 时 , 可 以 导 出 : 1 1 + sinφ - sinφ K = φ——— 岩 石 的 内 摩 擦 角 。 ( 5-37b) 5  1 3 8ꢀ 弹 性 模 量 与 泊 松 比 的 测 定 通 常 用 电 测 法 测 定 演 示 的 弹 性 模 量 , 将 贴 有 应 变 片 的 试 块 在 压 力 机 上 陆 续 施 压 ( 应 力 速 率 每 秒 0 5 ~ 1 MPa) , 同 时 用 静 态 应 变 仪 逐 点 读 取 相 应 荷 载 下 的 应 变 量 , 在 加 载 的 范 围 内 , 等 间 距 地 至 少 读 取 10 个 数 值 , 绘 成 应 力 - 应 变 曲 线 , 如 图 5- 图 5-19ꢀ 灰 岩 三 轴 压 缩 下 应 力 - 应 变 曲 线 2 0 所 示 。 也 可 以 用 动 态 电 阻 应 变 仪 和 x - y 函 数 记 录 仪 , 直 接 绘 出 应 力 - 应 变 曲 线 , 如 图 5-21 所 示 。 WWW.KY114.CN 图 5-20ꢀ 应 力 - 应 变 曲 线 的 静 态 测 定 图 5-21ꢀ 应 力 - 应 变 曲 线 的 动 态 测 定 ε d — 轴 向 应 变 ; ε c — 横 向 应 变 ; ε V — 体 积 应 变 1— 压 力 传 感 器 ; 2— 位 移 传 感 器 ( 轴 向 ) ; 3— 试 件 ; 4— 位 移 传 感 器 ( 横 向 ) 如 果 应 力 - 应 变 关 系 是 直 线 , 直 线 的 斜 率 为 岩 石 的 弹 性 模 量 E, 它 是 单 位 应 变 所 需 的 应 力 。 如 果 应 力 - 应 变 关 系 不 是 直 线 , 而 是 呈 S 形 , 则 用 下 述 方 法 确 定 弹 性 模 量 : ( 1) 切 线 弹 性 模 量 E 是 轴 向 应 力 - 应 变 曲 线 上 某 点 ( 通 常 取 单 轴 抗 压 极 限 强 度 的 50% 应 力 水 平 时 的 t 点 ) 的 斜 率 ; ( 2) 平 均 弹 性 模 量 Eαv 是 轴 向 应 力 - 应 变 曲 线 中 近 似 直 线 段 的 平 均 斜 率 ; 1 ( 3) 割 线 弹 性 模 量 Es , 是 轴 向 应 力 - 应 变 曲 线 上 取 σ = Rb ( Rb 为 极 限 抗 压 强 度 ) 处 的 一 点 和 坐 标 原 点 2 连 线 的 斜 率 。 岩 石 的 泊 松 比 是 指 岩 石 在 单 轴 抗 压 强 度 条 件 下 , 横 向 应 变 和 轴 向 应 变 之 比 。 由 于 岩 石 泊 松 比 随 轴 向 应 力 变 化 而 异 , 所 以 通 常 按 式 ( 5-38) 计 算 : ε″ - ε′ c c μ = - ε″ - ε′ ( 5-38) d d 式 中 ꢀ μ——— 泊 松 比 ; ε′, ε″——— 分 别 为 轴 向 应 力 - 应 变 曲 线 上 近 似 于 直 线 段 上 两 点 的 应 变 ; d d ε′, ε″——— 分 别 为 横 向 应 力 - 应 变 曲 线 上 和 ε′、 ε″有 相 同 应 力 的 相 应 两 点 的 应 变 。 c c d d 岩 石 的 体 积 应 变 按 式 ( 5-39) 计 算 : ꢀ574 5ꢀ 矿 山 岩 石 力 学  ꢀ εV = εd - εc1 - εc2 ( 5-39) 式 中 ꢀ εV ——— 某 一 应 力 下 的 体 积 应 变 ; ε ——— 同 一 应 力 下 的 轴 向 应 变 ; d εc1 , ε ——— 分 别 为 同 一 应 力 下 的 两 个 横 向 应 变 。 c2 5 1 3 9ꢀ 纵 波 速 度 的 测 定 测 定 纵 波 在 岩 石 试 样 中 的 传 播 速 度 , 一 般 利 用 杆 形 试 样 , 在 其 一 段 用 发 射 探 头 向 岩 石 发 射 脉 冲 信 号 , 在 另 一 端 接 收 这 个 信 号 , 以 所 经 过 的 时 间 除 试 件 的 长 度 , 得 到 纵 波 速 度 。 测 试 原 理 如 图 5-22 所 示 , 计 算 如 下 : L 0 × 103 vP = ( 5-40) t - t P 图 5-22ꢀ 岩 石 试 件 纵 波 速 度 的 测 定 1— 时 标 振 荡 器 ; 2— 脉 冲 振 荡 器 ; 3— 发 射 探 头 ; 4— 试 件 ; 5— 接 收 探 头 ; 6— 放 大 器 ; 7— 示 波 器 ; 式 中 ꢀ vP——— 岩 石 试 样 中 纵 波 速 度 , m/ s; L——— 岩 石 试 样 的 长 度 , 即 发 射 和 接 收 探 头 之 间 的 距 离 , mm; a— 起 始 讯 号 ; b— 初 始 波 ; c— 接 收 波 tP——— 由 起 始 信 号 到 初 至 波 的 时 间 , μs; t ——— 仪 器 的 对 零 读 值 , 即 发 射 和 接 收 探 头 直 接 耦 合 时 起 始 信 号 到 初 至 波 的 时 间 读 值 , μs。 0 岩 石 的 动 弹 性 模 量 可 由 式 ( 5-41) 算 出 : E - 1 = v2Pγ / g ( 5-41) 动 式 中 ꢀ E动 ——— 岩 石 动 弹 性 模 量 , kg / cm2 ; v ——— 岩 石 纵 波 速 度 ; P 3 γ——— 岩 石 的 容 重 , kg / m ; WWW.KY114.CN 2 g——— 重 力 加 速 度 , m/ s 。 为 使 试 验 精 良 符 合 弹 性 波 在 无 限 体 中 传 播 的 条 件 , 试 样 直 径 应 大 于 10 倍 入 射 波 长 。 5  1 3 10ꢀ 断 裂 韧 性 的 测 定 测 定 岩 石 的 断 裂 韧 性 K 目 前 尚 无 统 一 规 定 。 参 照 金 属 断 裂 韧 性 KIc 的 测 定 方 法 , 用 三 点 弯 曲 测 定 法 。 Ic Aꢀ 试 件 尺 寸 试 件 尺 寸 如 图 5-23 所 示 。 W = 2, ꢀ S = 4W 或 8W B B 2 K Ic a ≥2 5 ( 5-42) ( ) σ } s W - a 式 中 ꢀ S, B, W——— 分 别 为 试 件 的 长 、 宽 、 高 , cm; a——— 预 裂 纹 的 长 度 , cm; 图 5-23ꢀ 断 裂 韧 性 试 件 规 格 σs ——— 材 料 的 屈 服 限 , kg / cm2 ; 3 2 KIc ——— 断 裂 韧 性 , N/ cm 。 Bꢀ 试 件 切 口 在 试 件 中 央 切 出 一 条 预 裂 纹 , 其 长 度 a 应 满 足 上 述 规 定 , 一 般 a / W = 0 45 ~ 0 55。 此 预 裂 纹 目 前 多 采 用 高 转 速 的 薄 金 刚 石 锯 片 切 出 , 切 口 宽 约 0 2 mm。 一 般 不 再 引 发 疲 劳 裂 纹 。 Cꢀ 测 试 和 记 录 将 试 件 放 在 材 料 试 验 机 上 施 加 荷 载 P( 图 5-24) 。 测 定 裂 纹 张 开 位 移 量 V, 作 PV 曲 线 ( 图 5-25) , 对 此  ꢀ 5 1ꢀ 岩 石 力 学 概 述 用 声 发 射 仪 颇 为 有 效 。 试 件 断 裂 后 , 按 图 5-26 所 示 测 量 各 点 裂 纹 长 度 , 求 平 均 值 a。 1 a = ( a1 + a2 + a3 + a4 + a5 ) ( 5-43) 5 图 5-24ꢀ 岩 石 断 裂 韧 性 的 测 定 图 5-25ꢀ 载 荷 P 和 裂 纹 张 开 量 V 曲 线 图 5-26ꢀ 裂 纹 长 1 — 试 件 ; 2— 声 发 射 探 头 ; 3— 压 力 传 感 器 ; 4— 足 式 引 伸 仪 Dꢀ 成 果 管 理 确 定 岩 石 试 件 裂 纹 扩 展 临 界 荷 载 PQ , 即 作 P - V 曲 线 的 初 切 线 如 图 5-25 中 的 点 划 线 , 再 做 一 条 割 线 斜 率 为 切 线 的 95% , 它 和 曲 线 交 于 P 。 P - V 曲 线 从 0 到 P 之 间 的 最 大 值 为 P ( 如 此 段 P - V 曲 线 单 调 上 升 , S S Q 那 么 P = P ) , 断 裂 韧 性 K 按 式 ( 5-44) 求 出 : Q S Ic P S a Q BW2 KIc = f( ( 5-44) 3 ) W 1 2 2 3 4 a a a a a a f = 2 9 - 4 6 + 21 8 - 37 6 + 38 7 ( ) ( ) [ ( ) ( ) ( ) ( ) ] W W W W W.K W Y1 W 14 W .C W N Eꢀ 测 试 成 果 有 效 性 校 核 ( 1) 应 满 足 “ 试 件 尺 寸 ” 公 式 规 定 。 对 于 岩 石 , 因 K 很 小 , σ 很 大 , 一 般 容 易 满 足 。 Ic s ( ( 2) 满 足 P ≤1 1P , 式 中 P 为 试 件 破 坏 时 的 极 限 荷 载 。 max Q max 3) 预 裂 纹 各 处 量 的 长 度 应 满 足 : a1 - a2 、 a2 - a3 、 a3 - a4 或 a4 - a5 不 小 于 0 05a。 a1 或 a5 不 小 于 0 9a。 5 1 4ꢀ 岩石的变形与强度 5  1 4 1ꢀ 室 内 试 验 岩 石 作 为 一 种 材 料 , 其 变 形 与 强 度 性 能 可 通 过 室 内 试 验 来 测 定 , 测 试 的 对 象 由 具 有 代 表 性 的 岩 样 加 工 而 成 的 试 件 构 成 。 Aꢀ 试 验 方 法 试 件 内 的 应 力 分 布 取 决 于 试 件 的 形 状 及 其 受 力 方 式 , 为 使 问 题 得 到 简 化 , 拟 通 过 在 试 件 内 分 别 产 生 均 匀 分 布 的 单 一 拉 伸 、 单 一 压 缩 或 纯 剪 切 应 力 场 。 图 5 - 27 表 示 的 几 种 方 案 是 常 用 的 , 它 们 能 够 近 似 地 满 足 这 种 要 求 , 究 竟 采 用 哪 一 种 , 取 决 于 试 验 要 求 , 结 果 的 好 坏 则 取 决 于 样 品 的 好 坏 、 操 作 技 术 及 装 备 条 件 。 aꢀ 压 缩 试 验 采 用 材 料 试 验 机 沿 试 件 长 轴 对 试 件 加 压 的 试 验 称 为 单 轴 压 缩 试 验 , 如 图 5-27( a) 所 示 。 圆 柱 状 试 件 是 常 用 的 。 当 试 件 高 径 比 大 于 1 5 ~ 2 0 时 , 可 望 在 试 件 半 高 附 近 的 断 面 上 得 到 均 匀 的 轴 向 压 应 力 分 布 。 逐 渐 加 载 直 到 使 试 件 破 坏 , 因 此 加 载 设 备 应 有 足 够 的 出 力 , 最 大 出 力 应 为 试 件 破 坏 载 荷 的 一 倍 左 右 ; 载 荷 的 有 效 读 数 值 应 为 破 坏 载 荷 的 1% ; 加 载 速 度 可 调 , 通 常 要 求 以 0 1 ~ 1 0 MPa / s 的 速 度 均 匀 加 载 。 量 测 试 件 在 不 同 的 受 力 水 平 下 产 生 的 变 形 是 最 基 本 的 工 作 。 可 以 采 取 两 种 方 式 进 行 这 种 量 测 : 一 种 是 ꢀ576 5ꢀ 矿 山 岩 石 力 学  ꢀ 量 测 试 件 高 度 的 变 化 、 周 长 或 直 径 的 变 化 , 另 一 种 办 法 是 测 量 试 体 表 面 点 的 长 轴 向 应 变 和 圆 周 向 应 变 。 图 5-27ꢀ 室 内 岩 石 试 验 方 法 ( a) 单 轴 压 缩 ; ( b) 三 轴 压 缩 ; ( c) 直 接 拉 伸 ( 黏 结 试 件 ) ; ( d) 圆 盘 劈 裂 ; ( e) 双 面 劈 裂 ; ( f) 直 接 剪 切 ; ( g) 斜 面 剪 切 WWW.KY114.CN 另 一 种 目 前 已 经 通 用 的 办 法 是 将 试 件 置 于 压 力 容 器 中 , 除 施 加 轴 向 力 外 , 同 时 还 通 过 容 器 中 的 油 介 质 对 试 件 施 加 固 定 的 围 压 , 如 图 5-27( b) 所 示 。 这 种 试 验 称 为 常 规 三 轴 压 缩 试 验 。 通 过 这 种 试 验 可 以 观 测 围 压 对 受 压 岩 石 的 影 响 。 大 量 试 验 证 明 , 常 规 三 轴 压 缩 试 验 条 件 下 , 试 件 的 破 坏 属 于 剪 切 破 坏 , 因 此 也 可 认 为 这 种 试 验 是 一 种 剪 切 试 验 , 而 且 是 比 较 令 人 满 意 的 一 种 剪 切 试 验 。 进 行 常 规 三 轴 压 缩 试 验 时 , 通 常 先 施 加 给 定 的 围 压 , 使 试 件 受 到 各 向 均 压 作 用 , 然 后 再 增 加 轴 压 。 以 后 的 试 验 手 续 与 单 向 压 缩 没 有 原 则 区 别 。 应 该 说 明 的 是 , 为 防 容 器 中 液 体 进 入 试 件 , 应 用 厚 1 mm 的 乳 胶 套 将 准 备 好 的 试 件 连 同 安 放 在 试 件 两 端 的 圆 盘 钢 垫 块 套 好 , 在 钢 垫 与 试 件 接 触 处 的 乳 胶 套 外 面 缠 上 数 圈 宽 1 cm 的 透 明 胶 带 , 这 样 既 可 防 高 压 油 将 接 缝 处 击 穿 , 又 可 防 止 油 渗 入 试 件 和 试 件 破 坏 后 岩 屑 落 入 容 器 之 中 。 b对ꢀ 岩拉石伸而试言验, 比 较 实 际 可 行 方 案 是 直 接 拉 伸 法 , 是 将 棒 状 试 件 两 端 粘 接 在 钢 套 筒 内 , 用 拉 伸 试 验 机 经 套 筒 进 行 单 轴 拉 伸 , 情 况 如 图 5-27( c) 所 示 。 试 体 与 套 筒 的 连 接 可 采 用 水 泥 浆 或 环 氧 树 脂 黏 结 剂 , 安 装 时 要 保 证 对 准 中 心 , 夹 具 壁 厚 至 少 15 cm, 夹 具 与 连 杆 连 接 后 再 与 试 验 机 头 连 接 , 连 杆 与 圆 筒 夹 具 的 连 接 应 保 证 使 试 件 不 产 生 扭 转 和 弯 曲 应 力 。 直 接 拉 伸 法 手 续 烦 琐 效 率 低 , 在 许 多 实 验 室 中 , 它 已 为 图 5-27( d) 所 示 的 方 法 代 替 。 如 果 取 一 圆 盘 状 的 试 件 , 在 一 个 对 径 的 窄 条 带 上 施 加 压 应 力 , 则 试 件 可 被 劈 为 两 半 。 应 力 分 析 说 明 , 沿 施 力 的 直 径 上 , 径 向 应 力 σr , 切 向 应 力 σθ, 及 斜 向 剪 应 力 的 分 布 如 图 5-28 所 示 , 图 形 说 明 , 沿 直 径 线 在 很 长 一 段 距 离 上 , 圆 盘 受 均 布 拉 应 力 作 用 , 由 于 岩 石 抗 拉 强 度 极 低 , 因 此 产 生 拉 伸 劈 裂 , 这 可 由 试 件 断 开 情 况 证 明 。 事 实 上 , 两 端 受 压 处 裂 纹 常 分 支 成 束 状 , 这 可 能 是 由 该 处 的 剪 应 力 τ 引 起 的 , 这 种 方 法 已 成 功 地 被 用 作 一 种 测 定 抗 拉 强 度 的 方 法 , 称 为 巴 西 法 , 它 是 一 种 测 定 抗 拉 的 间 接 法 。 cꢀ 剪 切 试 验 剪 切 试 验 可 分 两 类 : 受 剪 面 上 正 压 力 为 零 者 为 一 类 , 正 压 力 不 为 零 者 为 另 一 类 。 对 图 5-27( e) 所 示 双 面  ꢀ 5 1ꢀ 岩 石 力 学 概 述 图 5-28ꢀ 窄 条 加 压 时 圆 盘 内 的 应 力 分 布 及 破 坏 方 式 剪 可 以 施 加 也 可 以 不 施 加 正 压 力 , 但 试 验 中 在 受 剪 面 上 都 将 产 生 弯 曲 应 力 且 切 力 附 近 的 应 力 集 中 无 法 准 确 计 算 , 因 此 , 尽 管 方 法 简 单 , 但 不 常 使 用 。 图 5-27( f) 所 示 的 直 接 剪 切 试 验 法 是 一 种 广 泛 使 用 的 方 法 。 试 件 被 置 于 上 下 两 个 分 离 的 剪 切 盘 中 , 盒 中 空 隙 用 砂 浆 密 实 充 填 , 干 固 后 置 于 剪 切 机 加 载 。 首 先 施 加 以 预 定 的 正 压 力 , 然 后 施 加 剪 力 , 直 到 试 件 被 剪 断 且 剪 力 保 持 一 个 稳 定 的 残 值 后 停 止 试 验 。 试 验 时 通 过 稳 压 使 正 压 力 保 持 恒 定 , 剪 切 过 程 中 不 仅 要 记 录 剪 切 位 移 , 也 要 记 录 受 剪 面 上 下 两 侧 岩 石 垂 直 受 劈 面 方 向 的 相 对 位 移 , 后 一 记 录 将 用 来 了 解 岩 石 的 剪 胀 性 能 ; 前 一 记 录 是 了 解 剪 切 性 能 所 必 需 的 , 它 还 被 用 来 计 算 不 断 变 化 的 受 剪 面 积 , 以 及 用 来 指 示 试 验 ; 试 件 较 小 时 剪 切 位 移 应 达 5 cm, 较 大 时 达 到 10 cm。 总 之 要 让 剪 位 移 充 分 发 展 , 直 到 进 入 残 余 摩 擦 状 态 。 这 类 试 验 要 在 不 同 正 压 力 下 重 复 进 行 , 工 作 量 较 大 。 替 代 如 图 5-27( g) 所 示 的 斜 面 剪 方 式 。 改 变 模 具 WWW.KY114.CN 斜 面 角 α 可 调 整 剪 力 与 法 向 力 的 比 例 。 但 倾 斜 角 过 陡 和 过 缓 都 将 使 试 验 失 败 。 自 从 国 产 岩 石 三 轴 压 力 机 定 型 生 产 并 为 许 多 岩 石 力 学 试 验 室 使 用 以 来 , 完 整 岩 石 的 抗 剪 性 能 测 定 已 大 多 采 用 等 围 压 三 轴 试 验 来 完 成 。 Bꢀ 试 件 为 了 取 得 指 定 地 段 的 岩 石 样 品 , 普 遍 使 用 岩 芯 钻 取 样 法 。 即 使 取 块 石 样 , 进 一 步 加 工 也 以 岩 芯 钻 取 法 作 圆 柱 状 样 坯 为 便 利 。 因 此 , 采 用 圆 柱 状 试 件 已 成 为 世 界 通 行 做 法 , 所 以 压 缩 采 用 圆 柱 试 件 , 剪 切 采 用 圆 柱 常 规 三 轴 试 验 , 拉 伸 采 取 截 取 圆 柱 为 圆 盘 作 巴 西 试 验 这 样 一 套 方 法 也 已 成 为 通 行 的 实 践 , 以 至 测 试 岩 石 断 裂 韧 度 的 试 件 也 将 是 由 岩 芯 加 工 制 作 而 成 。 用 新 鲜 岩 芯 或 岩 块 加 工 为 试 件 时 , 冷 却 液 不 允 许 使 用 油 液 , 试 件 制 成 后 , 存 储 时 间 不 宜 超 过 30 天 。 试 件 的 几 何 形 状 和 尺 寸 必 须 满 足 一 定 的 精 度 要 求 , 否 则 将 导 致 严 重 的 试 验 误 差 。 作 压 缩 用 的 圆 柱 试 件 , 直 径 可 以 是 5 cm 或 7 cm, 高 径 比 为 2 ~ 2 5, 两 端 面 的 不 平 行 度 不 超 过 直 径 的 1% ( 5 cm 直 径 试 件 各 点 高 度 差 不 大 于 0 05 cm) 。 端 面 应 垂 直 于 轴 线 , 最 大 偏 差 不 超 过 0 25°, 试 件 上 下 端 面 的 不 平 整 度 不 超 过 0 002。 柱 面 应 平 滑 , 整 个 高 度 上 直 径 误 差 不 超 过 0 03 cm。 在 任 意 高 度 截 取 的 截 面 两 个 正 交 直 径 差 不 得 超 过 0 01 cm, 作 巴 西 试 验 用 的 圆 盘 试 件 直 径 通 常 为 5 cm。 厚 度 等 于 直 径 或 半 径 。 在 整 个 厚 度 上 , 直 径 最 大 误 差 不 应 超 过 0  025 cm, 两 端 面 不 平 行 度 不 应 超 过 0 025 cm, 端 面 垂 直 于 轴 线 , 最 大 偏 差 不 超 过 0 25。 试 件 的 数 量 取 决 于 对 误 差 所 作 的 规 定 。 现 以 某 种 给 定 岩 石 的 抗 压 强 度 为 例 , 说 明 。 P max A σc = ( 5-45) 式 中 ꢀ σc ——— 试 件 抗 压 强 度 ; P ——— 试 件 所 能 承 受 的 最 大 压 力 ; max A——— 试 件 截 面 积 。 岩 石 是 一 种 非 均 质 材 料 , 而 试 验 本 身 含 有 一 定 的 误 差 , 故 取 N 个 试 件 进 行 测 试 , 所 得 σc 一 般 都 有 显 著 ꢀ578 5ꢀ 矿 山 岩 石 力 学  ꢀ 差 异 , 记 第 i 次 试 验 所 得 到 的 强 度 值 为 σci , 则 平 均 抗 压 强 度 为 : N σc = σci / N ( 5-46)  i = 1 则 此 组 试 验 所 得 的 强 度 值 的 标 准 差 S 及 变 异 系 数 V 分 别 为 : N ( σci - σc ) 2 N - 1 1 2  i = 1 S = ( 5-47) ( 5-48) [ ] S V = c × 100% σ 一 般 要 求 V 小 于 15% ~ 30% , 要 满 足 这 一 要 求 , 均 质 岩 石 可 能 需 要 3 块 试 件 , 均 质 性 差 的 可 能 要 5 块 , 均 质 性 愈 差 则 要 求 块 数 愈 多 。 5  1 4 2ꢀ 应 力 - 应 变 关 系 曲 线 及 破 坏 判 据 Aꢀ 应 力 - 应 变 关 系 曲 线 aꢀ 试 验 曲 线 岩 石 的 力 学 性 能 体 现 在 其 受 力 变 形 及 至 破 坏 的 全 过 程 之 中 , 归 纳 一 系 列 结 果 , 可 得 图 5-29 所 示 的 典 型 应 力 、 应 变 及 扩 容 关 系 曲 线 。 对 一 块 完 整 的 岩 石 试 件 从 零 开 始 施 加 压 应 力 , 沿 力 方 向 将 产 生 压 缩 应 变 , 横 向 则 发 生 伸 长 应 变 。 开 始 时 施 力 不 大 即 可 产 生 较 大 变 形 , 这 种 情 况 持 续 到 A 点 结 束 , OA 段 曲 线 下 弯 , 在 OA 间 卸 载 会 发 现 残 余 变 形 。 此 段 被 称 为 “ 压 密 段 ” , 通 常 它 被 认 为 是 由 于 裂 缝 闭 合 引 起 的 , 由 于 A 点 应 力 水 平 很 低 人 们 不 大 关 心 此 段 的 性 态 。 WWW.KY114.CN 弹 性 段 AB: 段 内 应 力 应 变 之 间 有 一 一 对 应 关 系 , 而 且 AB 近 似 直 线 , 在 AB 段 内 卸 载 不 分 产 生 残 余 变 形 , 此 段 性 态 可 用 弹 性 力 学 描 述 。 屈 服 点 B: 是 应 力 应 变 曲 线 上 一 个 重 要 的 特 征 点 , 被 称 为 屈 服 点 。 应 力 超 过 B 点 应 力 后 , 材 料 进 入 延 性 段 或 强 化 段 。 延 性 段 或 强 化 段 BC: 在 BC 段 内 任 意 点 M 卸 载 , 将 图 5-29ꢀ 岩 石 在 单 向 受 压 条 件 下 的 可 观 察 到 显 著 的 不 可 逆 残 余 变 形 ( 以 B′M′量 度 ) 。 材 料 应 力 、 应 变 及 扩 容 关 系 曲 线 在 能 够 维 持 永 久 变 形 而 不 失 去 其 抵 抗 载 荷 能 力 的 情 况 , 称 为 处 于 延 性 状 态 或 延 性 。 若 从 M′点 重 新 加 载 , 工 作 点 沿 M′M 上 行 , 在 此 段 内 材 料 重 新 显 弹 性 , M′M 大 体 平 行 于 AB。 一 旦 应 力 到 达 M 点 , 材 料 重 新 屈 服 。 这 时 的 屈 服 点 M 称 为 继 生 屈 服 点 。 图 形 显 示 继 生 屈 服 应 力 大 于 初 始 屈 服 应 力 , 这 种 现 象 称 为 强 化 或 工 作 硬 化 , 从 O 开 始 加 载 时 , 压 缩 应 变 大 于 横 向 伸 长 应 变 , 试 件 体 积 缩 小 。 到 B 点 附 近 , 横 向 伸 长 应 变 增 加 快 于 纵 向 缩 短 , 到 B 以 后 , 体 积 缩 小 变 为 体 积 的 增 大 , 称 为 扩 容 。 研 究 说 明 , 这 时 的 扩 容 原 因 在 于 材 料 内 平 行 压 缩 方 向 的 微 裂 隙 张 开 。 极 限 强 度 点 C: 应 力 应 变 图 上 的 最 大 应 力 值 点 , 此 应 力 称 为 单 轴 抗 压 强 度 σc , 研 究 证 明 : 这 时 试 件 中 的 微 破 裂 开 始 向 穿 过 试 件 中 芯 的 斜 截 面 集 中 , 形 成 一 种 破 裂 密 集 的 面 , 此 面 也 被 称 为 断 层 。 脆 性 段 或 软 化 段 CD, 过 C 后 , 由 于 断 层 的 形 成 , 试 件 承 载 能 力 迅 速 丧 失 , 若 仍 保 持 最 大 载 荷 不 变 或 不 能 即 时 减 小 荷 载 , 则 试 件 就 会 受 超 压 突 然 崩 裂 , 造 成 岩 爆 , 如 果 能 及 时 适 当 减 小 载 荷 , 则 应 力 应 变 将 能 沿 CD 从 C 降 到 D, 这 种 抵 抗 载 荷 的 能 力 随 变 形 的 增 加 而 减 少 的 情 况 称 为 处 于 脆 性 状 态 或 脆 性 。 若 在 CD 途 中 的 L 点 超 速 减 小 荷 载 , 也 能 获 得 卸 载 线 LL′, 从 L′重 新 加 载 , 加 载 线 将 在 L″处 重 新 屈 服 , L″处 应 力 小 于 L 处 的 , 这 种 屈 服 应 力 的 降 低 称 为 应 变 软 化 。 在 CD 段 上 试 件 大 量 扩 容 , 这 种 扩 容 不 仅 归 因 于 破 裂 张 开 , 更 在 于 沿 断 层 面 的 第六章部分内容预览 WWW.KY114.CN 6 摇 露天矿穿孔设备 6 郾 1摇 牙轮钻机 6郾 1郾 1摇 现状与发展趋势 6 郾 1郾 1郾 1摇 国内现状与发展趋势 A摇 我国牙轮钻机发展过程 露天矿用牙轮钻机是采用电力或内燃驱动,履带行走、顶部回转、连续加压、压缩空气排渣、装备干式或 湿式除尘系统,以牙轮钻头为凿岩工具的自行式钻机。 我国从 20 世纪 60 年代起研制牙轮钻机。 1970 年研制成功了我国第一台型号为 HYZ - 250、孔径 230 ~ 250 mm、顶部回转连续加压的滑架式牙轮钻机,1971 年又设计制造出了 HYZ - 250A 型钻机。 这两台钻机在 大孤山铁矿进行工业试验,于 1972 年通过了原冶金部和一机部的联合鉴定。 后经多次修改,1977 年改型为 KY - 250 型。 从 1974 年起我国陆续引进一批美国 B - I 公司的 45 - R 和 60 - R(芋)型牙轮钻机,推动了我 国自行研制牙轮钻机的发展过程。 为了进一步完善和提高 KY - 250 型钻机的技术性能,洛阳矿山机械设计研究所(现洛阳矿山机械工程 研究院,以下简称洛矿院)和当时的江西采矿机械厂(现重组为南昌凯马有限采矿机械分公司)于 1983 年完 成了 KY - 250A 型钻机的设计,1984 年由当时的江西采矿机械厂试制,1985 年在白云鄂博铁矿进行工业试 WWW.KY114.CN 验,1986 年 5 月通过部级鉴定。 在研发 KY250 中型牙轮钻机的同时,洛矿院、沈阳链条厂和东北工学院(现东北大学)、鞍钢集团矿山研究 所、大孤山铁矿、长沙矿山研究院等单位从 1975 年起联合设计研制了孔径 310 mm 的 KY - 310 型牙轮钻机,先 后在鞍钢弓长岭铁矿和马钢南山铁矿进行工业试验。 1980 年,洛矿院根据试验中暴露的问题,对 KY - 310 型 钻机进行了全面的修改设计,由原江西采矿机械厂制造,并在大冶铁矿进行工业试验,1982 年 4 月通过部级 鉴定。 为了适应我国中小型露天矿的需要,又完成了 KY 型牙轮钻机的系列化。 洛矿院于 1982 年设计了 KY - 200 型钻机,孔径 150 ~200 mm,江西采矿机械厂于 1983 年完成试制,随后在铜绿山铜矿进行工业试验,1986 年 通过部级鉴定。 此外,江西采矿机械厂和吉林重型机器厂还分别研制了不同结构形式的 KY -150 型牙轮钻机, 其孔径分别为 100 ~150 mm 和 150 ~170 mm。 YZ 系列牙轮钻机是在我国大批引进美国牙轮钻机以后着手研制的。 1980 年初,由原冶金部组织鞍钢 矿山研究所、中钢集团衡阳重机有限公司(原衡阳冶金机械厂,以下简称衡冶重机)、长沙矿山研究院、东北 工学院和北京钢铁学院(现北京科技大学)等单位共同研制的 YZ - 35 型牙轮钻机孔径 170 ~ 270mm,最大轴 压 35 t。 该钻机是在 45 - R 型牙轮钻机的基础上,针对引进钻机在我国多年使用中暴露的问题,吸收国外其 他钻机的优点,以及我国同类钻机的经验,进行设计研制的。 该钻机由衡冶重机负责制造,在南芬露天铁矿 进行工业试验,并于 1985 年 10 月通过部级鉴定。 1 984 年,衡冶重机在有关单位的协助和指导下,自行研制了 YZ - 12 型牙轮钻机,于 1987 年 6 月通过部 级鉴定。 这样,在不到 8 年的时间内,已形成孔径 150 mm、250 mm、310 mm 和 380 mm 的 YZ 系列牙轮钻机。 国产牙轮钻机在 20 世纪末形成了比较完整的两大系列产品:KY 系列和 YZ 系列,其中 KY 系列牙轮钻 机机型有 KY - 150、KY - 200、KY - 250、KY - 310 型,钻孔直径 120 ~ 310 mm;YZ 系列牙轮钻机机型有 YZ - 摇648 6摇 露天矿穿孔设备 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 12、YZ - 35、YZ - 55、YZ - 55A 型,钻孔直径 95 ~ 380 mm。 国内生产制造牙轮钻机的主要厂家有南昌凯马有限采矿机械分公司、中信重型机械公司的 KY 系列和 衡冶重机生产的 YZ 系列牙轮钻机。 国内生产的牙轮钻机的钻头不但已全部自给,而且质量稳步上升,并先后出口到利比里亚、澳大利亚和 加拿大等国。 2 0 世纪某些曾制造或参加制造牙轮钻机的其他厂家,由于各种原因,现已不再生产牙轮钻机。 B摇 国内牙轮钻机基本特征 1) 电力驱动,顶部回转,封闭链条 - 齿轮齿条加压提升的滑架型结构,一次连续钻孔的高钻架和接杆 钻孔的标准钻架。 ( ( 2) 加压提升方式。 电力快速提升和液压马达加压及慢速提升;电力快速提升和电动机加压;油缸 - 链 条加压提升。 ( 3) 传动方式。 集中传动 - 提升加压和行走于一体的主传动机构;独立传动 - 提升加压电力传动,双电 动机分别驱动履带行走;双液压马达分别驱动履带行走。 ( ( ( ( 4) 回转方式。 电力单电动机或双电动机驱动回转减速机,滚轮导向齿轮齿条无间隙传动的回转机构。 5) 排渣方式。 采用低风压大风量排渣,螺杆空压机供风,滑片式空压机供选用。 6) 除尘方式。 湿式除尘、干式除尘供选用。 7) 电动机及调控方式。 直流电动机驱动回转,磁放大器,可控硅供电无级调速;直流电动机或滑差电 动机提升加压。 C摇 国内最新技术状态 自 20 世纪 90 年代以来,国内牙轮钻机技术不断进步。 驱动电动机及调控方式、钻机结构和技术性能均 有较大发展。 1) 新的直流电动机调控方式和交流变频电动机的应用。 在直流电动机可控硅供电调速的模拟系统基 ( WWW.KY114.CN 2) 向加大功率、轴压、回转速度及排渣风量发展。 钻进基本参数的合理匹配和适当加大,可提高钻进 础上,又应用全数字可控硅供电调速数字控制系统。 钻具回转和提升加压电动机近几年推出交流变频电动 机,可控硅变频调速交流传动系统。 ( 效率降低钻孔成本,YZ - 55A 型钻机回转为 2 伊 75 kW 的双直流电动机、轴压力达 588 kN;KY - 250B 型钻机 3 回转及行走电动机均为 100 kW 直流电动机,轴压力 450 kN;YZ - 35 型钻机排渣空压机风量达 40 m / min,排 渣回风速度达 50 m/ s,回转速度由 0 ~ 90 r/ min 提高到 0 ~ 120 r/ min。 ( 3) 钻机结构不断改进。 司机室设计符合人机工程学,安全舒适,操作方便,便于观察钻孔过程和各显 示参数,结合机棚的改进增加了司机在各方向的视野,如 YZ - 35D 和 KY - 250B 型钻机。 ( ( 4) 液压操作,有手动拉杆滑阀及按钮电液滑阀式,如 YZ - 35D 和 YZ - 55A 型钻机。 5) 排渣空压机的配置,根据不同矿山用户实际情况配有不同风量和风压,空压机类型有螺杆式或滑片 式可任选。 ( 6) 回转机构断链防坠装置,原气缸闸带式为主,最近又推出新式气 - 液增压盘式制动装置,增加断链 防坠的可靠性。 ( 7) 增设电缆卷筒,减轻劳动强度和增加安全性能。 D摇 国内牙轮钻机的发展趋势 国内牙轮钻机与国外相比有较大差距:穿孔直径范围在 95 ~ 380 mm,但常用的是 200 ~ 310 mm;自动化 控制技术不全面;未开发柴油机钻机、全液压型钻机、无链加压钻机和轮胎式钻机。 近来国内钻机技术水平 不断提高,广泛采用国外先进技术和元器件,钻机性能效率提高较快,逐步向国外先进技术靠拢。 国内钻机 的发展趋势: ( 1) 完善人机工程学设计司机室,符合防倾翻保护系统标准,使钻机更加安全、舒适、防尘、减振、低噪声 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 6郾 1摇 牙 轮 钻 机 和视野开阔。 ( ( 2) 开发无链加压牙轮钻机,克服因加压链条破断所增加的停机故障,并简化传动机构。 3) 大中型钻机实现无链可反转的液压马达驱动行走装置,减少链传动故障,使钻机行走转弯动作灵 活,且便于微机控制。 ( 4) 提高钻机自动化程度。 完善直流电动机和交流变频电动机控制性能,提高调控水平;实现自动钻进 参数调节、钻机故障诊断、检测分析和预防维修;实现可编程序控制器和显示器组成的 PLC 视屏系统。 ( 5) 开发中小型柴油机驱动全液压牙轮钻机。 6郾 1郾 1郾 2摇 国外牙轮钻机的发展与结构 A摇 现状 国外牙轮钻机的主要生产公司见表 6-1。 表 6-1摇 国外牙轮钻机主要生产公司 序号 公 司 名 称 所 在 地 所属母公司 公 司 网 址 1 2 3 4 5 6 7 8 比塞洛斯公司(Bucyrus International,Inc郾 简称 B鄄I 公司) 哈尼施菲格 Harnischfeger 采矿设备公司(简称 P&H 公司) 英格索兰公司(Ingersoll鄄Rand,简称 IR) REICHdrill 公司 美国威斯康辛州 美国威斯康辛州 美国新泽西州 www郾 bucyrus郾 com www郾 phmining郾 com www郾 irco郾 com Joy Global Atlas Copco 美国宾夕法尼亚州 美国得克萨斯州 美国佛罗里达州 俄罗斯圣彼得堡 德国马纳 www郾 reichdrill郾 com www郾 reedrill郾 com www郾 driltech郾 sandvik郾 com www郾 mineq郾 com 里德钻进设备(Reedrill)公司 TEREX 钻进技术(Driltech)公司 山特维克 矿山技术设备公司 OMZ 联合公司 豪斯赫尔(Hausherr)公司 www郾 hausherr郾 de 国外目前能批量制造牙轮钻机的国家主要是美国和俄罗斯。 美国设计制造的牙轮钻机技术水平较高, 性能较好,几乎行销全球;而俄罗斯产牙轮钻机数量虽然不少,但由于其综合技术水平不及美国,绝大部分仅 在其国内使用,只有极少数出口;德国主要生产小型多功能(牙轮、潜孔、旋转)钻机,但在 20 世纪 70 年代末 已研制出大型牙轮钻机,印度近年来也生产孔径 310 mm 以下的中小型牙轮钻机。 WWW.KY114.CN 综上所述,在众多牙轮钻机生产国中,美国是研制最早、制造厂最多、生产数量最多、水平最高的国家,在 国外牙轮钻机市场上,一直是美国比塞洛斯(B鄄I) 公司、钻进技术公司(Driltech)、英格索兰公司(IR)、P&H 公司和里德(Reedrill)钻进设备公司占据主导地位。 在钻头方面,瑞典 Sandvik 公司最新一代钢齿和镶齿矿用牙轮钻头,可以代表该领域的国际领先水平。 用 于软岩(单轴抗压强度 滓c 臆100 MPa)的钢齿牙轮钻头有 4 种类型可供选择:(1)TSS - 特软型,滓c <35 MPa;(2) TS - 中软型,滓c =20 ~40MPa;(3)TM - 中硬型,滓c =30 ~60MPa;(4)较硬型 滓c =50 ~100MPa。 其直径范围为: 73 ~311 mm,共计 86 个品种。 用于硬岩的锒齿牙轮钻头有 5 种类型可供选择:(1)CSS - 特软型,滓c 臆100 MPa; ( ( 2)CS - 软岩型,滓c =50 ~150 MPa;(3)CM - 中硬型,滓c =100 ~200MPa;(4)CMH - 较硬型,滓c =150 ~250MPa; 5)CH - 坚硬型,滓c >200 MPa。 其直径范围为:75 ~406 mm,共计 92 个品种。 B摇 牙轮钻机的发展趋势 牙轮钻机总的发展趋势是规格向大型化、高效化,系统向全自动化、智能化,结构向形式多样、结构简化 和高可靠性、高适应性发展,操作上向提高舒适性和易维修性方向发展,在发展大型牙轮钻机的同时也注意 中小型牙轮钻机的发展。 ( 1) 规格的大型化、高效化。 规格大型化、高效化的主要表现是大孔径、高轴压、大排渣风量、大功率回 转和提高主参数。 ) 提高钻孔直径。 大型露天矿牙轮钻机直径由310mm、380mm 已趋向406mm、445mm,目前已发展到559mm。 9 - R芋钻机钻孔直径达 406mm,59 - R 型钻机钻孔直径达 445mm;P&H 公司的 120A 型钻机钻孔直径达 559mm; ) 提高轴压力。 P&H 公司的 120A 型牙轮钻机的轴压达 680郾 38kN,而美国 B鄄I 公司的 59 - R 型钻机的 轴压力则达 748郾 44kN; ) 加大排渣风量。 如 59 - R 型的排渣风量达 97郾 6m / min,而 Atlas Copco 公司 Pit Viper351 型的排渣风 1 4 2 3 3 摇650 6摇 露天矿穿孔设备 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 3 量则达 107郾 6 m / min; 4 ) 改进主参数以提高穿孔效率。 提高回转转速,增加回转功率。 如 49 - R 的回转转速为 0 ~ 150 r/ min;65(67) - R 为 0 ~ 145 r/ min;提高提升速度,如 65(67) - R 的提升速度为 41 m/ min;加大行走速度,如 4 9 - R 的行走速度已达 1郾 8 km/ h; ) 螺杆式空气压缩机将基本取代滑片式空气压缩机,并且加大排渣风量和风压,以提高排渣效果,延长 钻头寿命。 5 ( 2) 系统向全自动化、智能化方向发展。 ) 采用包括计算机、通信网络、彩色显示装置和数据输入盘在内的集成网络控制系统。 这样,很容易使 1 钻机达到最优的钻进性能。 计算机化控制装置能感知岩层条件变化,并可相应地调节推进和冲击速度。 操纵杆控制装置可使得这 类钻机更易于使用,而且钻杆的接拆和更换、推进方向的找准和炮孔深度的自动控制功能可改善炮孔直度和 岩石破碎效果。 利用计算机或可编程序控制器对钻机主参数进行自动控制。 对钻进过程进行监控、诊断各种故障等将 越来越广泛。 特别是可编程序控制器更适合牙轮钻机的应用,因为这种控制器编写程序简单。 只用继电器 语言,对环境要求不高,高温、潮湿、噪声、振动和电磁干扰都不影响其性能,不需要空调和保护,不但性能和 可靠性提高了,而且成本也大大降低。 以计算机为基础的屏幕显示监视器取代了传统仪表盘,除监视设备作业状态外还有多种监测和故障诊 断功能,通过各种传感器可随时向司机提供作业参数和各种信息,保证钻机无故障作业;由可编程逻辑控制 器和显示器组成的 PLC 视屏系统使牙轮钻机的穿孔钻进深度、穿孔速度、钻进参数、故障、空压机风压和油 温等在司机室内显示屏上显示,并可通过通信线路将数据传输到控制中心。 2 ) 采用整套高技术电子设备,连续控制轴压力、回转速度和排渣风量,选择最佳钻机工作制度,以最小 钻头磨损达到最大的钻孔速度;钻机作业自动化由局部自动化如自动定位、找平,自动化安卸钻杆等逐步向 全自动化发展,程序自动钻进和调节、自动调平和润滑、炮孔定位、故障诊断、检测和预防维修可完全监控。 WWW.KY114.CN ) 能在最小作业成本的基础上使钻进参数最佳化;为露天矿现代化管理提供信息(矿石品位的精确分 3 布、矿岩可钻性、可爆性和可挖性等),钻孔时能识别矿岩特性;能记录炮孔的方位、倾角等参数便于以后对 每个炮孔进行爆破分析。 接杆钻进时自动控制和更换钻杆;钻机自动调平、GPS 卫星定位系统对钻机现场定 位导航及障碍探测,为履带行走装置编制控制程序,从而实现炮孔精确定位和调整钻机位置。 4 ) 能够连续监测显示所有钻孔参数,以便为采矿和爆破设计提供有关信息;能够监测钻孔方向,随时改 变轴压力修正偏移,能够监测、诊断和报警各工作系统的故障;可进行设备完好状态的监视,如故障诊断、检 测、趋势分析和预防性维修等。 具有这些功能的牙轮钻机司机不用全部时间在钻机上,仅在自动系统出现故 障时再进行操作。 5 ) 操作智能化,实现包括物质流、产品信息流在内的控制过程中体力和脑力劳动的自动化,这样就把人 从繁重的、危险的劳动中解放出来,并带来巨大的社会与经济效益。 ) 采用电力的钻机已开始采用一种新的供电调速方式———静态交流变频调速,它能适应质量较差的矿 6 山电网;电动机数字控制调速;提高直流电动机抗冲击振动能力,采用全数字控制方式;采用交流变频电动机 变频调速,在宽范围内实现无级调速。 ( 1 3) 结构向形式多样、结构简化和高可靠性、高适应性发展。 ) 牙轮钻机回转和提升加压系统用静态直流电动机驱动可控硅调速代替了电动发电机组,扩大了调整 范围,增加了提升加压力。 新型直流电动机具有抗冲击振动能力,整流子有较大导电表面,电流密度低,实现 无火花换向。 电动机寿命长。 采用数字式控制,改善了电动机控制特性,扩大了保护功能。 但直流电动机价 格较高,维修复杂,因而发展趋势是静态交流电动机驱动变频调速。 2 ) 新型无链齿条加压提升系统和无链液压推进行走系统、封闭式齿轮箱齿轮等新结构,不仅简化了结构, 提高了传动效率,而且使钻头负荷趋于平稳,提高了钻头寿命,减少维修和停机次数,具有较高的作业率。 由液 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 6郾 1摇 牙 轮 钻 机 压马达独立驱动两条履带的行走装置可实现原地转弯,机动性好,缩短辅助作业时间,提高穿孔效率和可靠性。 4 9 - R 系列和 P&H 100A、P&H 120A 的新式电动无链齿轮齿条加压,克服了顶部回转封闭链条加压断 链故障,提高钻头寿命和钻进效率。 钻机无链行走可反转液压马达驱动行星齿轮独立履带行走,故障低、动 作灵活、原地拐弯、缩短辅助作业时间,便于微机控制。 目前,牙轮钻机一般均采用封闭链齿轮齿条式的加压方式。 这种方式断链频繁,虽然增加链条安全系数 可以减少断链事故,但不能彻底消除。 美国 B鄄I 公司的 49 - R 钻机采用一种全新的无链推压系统。 取消了 加压链条和行走链条,彻底消除了断链隐患,工作平稳,钻头载荷稳定,提高了钻头寿命,减小了回转小车的 振动和漂移。 预计这种方法将逐步取代传统的封闭链齿条加压方式。 3 ) 可控的螺杆式空压机排渣装置,根据不同作业条件提供合适的风量,两次大修间隔可达 25000 ~ 30000 h,提高了使用寿命。 4 5 ) 集中传动的全液压钻机,电动柴油机集中传动,实现钻机全液压机。 ) 新型钻架结构钻机,美国 B鄄I 公司 39 - R 型、39HR 型为三角形钢管品格钻架,回转机构位于钻架内, 钻架开口正对钻孔,在钻孔过程中可接近采场台阶边坡。 4) 操作向提高舒适性和易维护方向发展。 以人为本,改善工作环境,加强安全防护,运用现代设计法 ( 和人机工程学原理设计钻机,以改善司机工作条件,提高设计工作效率和钻机可靠性,用人机工程学设计司 机室,符合防倾翻保护系统标准(ROPS),钻机安全、舒适、防尘及减振效果好,噪声低,视野开阔。 不但安 全,而且舒适、防尘、减振、降低噪声并有利于空调设施,使室内色彩协调、温度适宜、视野开阔、空气新鲜。 并 在外观和功能方面给司机良好感觉。 坐在可调的气垫坐椅上心情舒畅,能发挥最大能动性,提高生产效率。 钻机结构不断简化,集中润滑等增加了设备易维修性。 ( 5) 在发展大型牙轮钻机的同时注意中小型钻机的发展。 中小型牙轮钻机多用交流电动机变频调速, 钻机直径小于 150 mm,机动灵活的履带和轮胎行走牙轮钻机,爬坡能力大,可在各种地形条件行驶作业;可 适应大型露天矿生产建设的需要。 如 Ingersoll鄄Rand 公司的 CM - 345 型牙轮钻机孔径为 64 ~ 140 mm。 设备 行驶平稳,爬坡能力 30毅,行走装置有永久密封的履带辊、易于调节履带的张紧轮和液压摆动油缸,可在任何 WWW.KY114.CN 地形条件下行驶作业,从而增强与潜孔钻机的竞争能力。 综上所述,牙轮钻机发展趋势:采用计算机辅助设计方法,以提高设计工作效率。 钻机本身则围绕着增 强生产能力和作业效率、提高可靠性和安全性、改善操作环境和工作条件,不断改进结构,推出新机型。 尤其 是在大型钻机上,使用随机计算机来自动控制钻机主要工作参数以及对钻机主要工作过程进行监控,以提高 钻孔效率,降低故障率和生产成本。 6郾 1郾 2摇 分类与特点及适用范围 6郾 1郾 2郾 1摇 分类 牙轮钻机分类方法较多,按作业场地分为露天矿牙轮钻机和地下矿牙轮钻机。 露天矿牙轮机按其回转 和加压方式、动力源、行走方式、钻机负载等进行分类,具体分类和主要特点及适用范围见表 6-2。 表 6-2摇 露天矿牙轮钻机的分类和主要特点及适用范围 分摇 类 主 要 特 点 底部回转间断加压:结构简单,效率低 底部回转连续加压:结构简单可靠,钻杆制造困难 顶部回转连续加压:传动系统简单,结构坚固,效率高 系统简单,便于调控,维护方便 适应地域广,效率低,能力小 适 用 范 围 卡盘式 转盘式 滑架式 电摇 力 柴油机 履带式 轮胎式 已淘汰 按回转和加压方式 已被滑架式取代 大中型钻机均为滑架式,广为使用 大中型矿山 按动力源 多用于新建矿山和小型钻机 大中型矿山露天采场作业 多为小型钻机 结构坚固 按行走方式 移动方便,灵活,能力小 摇652 6摇 露天矿穿孔设备 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 续表 6-2 分摇 类 主 要 特 点 钻孔直径臆150 mm,轴压力臆200kN 钻孔直径臆280 mm,轴压力臆400kN 钻孔直径臆380 mm,轴压力臆550kN 钻孔直径 > 445 mm,轴压力 > 650kN 适 用 范 围 小摇 型 中摇 型 大摇 型 特大型 小型矿山 中、大型矿山 大型矿山 按钻机负载 特大型矿山 6 郾 1郾 2郾 2摇 优缺点 1) 优点。 牙轮钻机具有钻孔效率高,生产能力大,作业成本低,机械化、自动化程度高,适应各种硬度 矿岩钻孔作业等优点,是当今世界露天矿广泛使用的最先进钻孔设备。 2) 缺点。 牙轮钻机价格贵,设备质量大,初期投资大,要求有较高的技术管理水平和维护能力。 郾 1郾 2郾 3摇 适用范围 ( ( 6 牙轮钻机适用矿岩 f =4 ~20 的钻孔作业,广泛适用于矿山及其他钻孔场 所。 目前,国内、外牙轮钻机一般在中硬及中硬以上的矿岩中钻孔,其钻孔直 径为 130 ~380 mm,钻孔深度为 14 ~18 m,钻孔倾角多为 60毅 ~90毅。 6 郾 1郾 3摇 基本原理与结构特征 郾 1郾 3郾 1摇 基本原理 牙轮钻机钻孔时,依靠加压、回转机构通过钻杆,对钻头提供足够大的 6 轴压力和回转扭矩,牙轮钻头在岩石上同时钻进和回转,对岩石产生静压力 和冲击动压力作用。 牙轮在孔底滚动中连续地挤压、切削冲击破碎岩石;有 一定压力和流量流速的压缩空气,经钻杆内腔从钻头喷嘴喷出,将岩渣从孔 底沿钻杆和孔壁的环形空间不断地吹至孔外,直至形成所需孔深的钻孔。 WWW.KY114.CN 牙轮钻机钻孔工作原理如图 6-1 所示。 图 6-1摇 牙轮钻机钻孔工作原理 6 郾 1郾 3郾 2摇 牙轮钻机的总体组成 1 —加压、回转机构;2—钻杆; 3—钻头;4—牙轮 根据牙轮钻机的特点及工作需要,顶部回转滑架式的各类型牙轮钻机 总体结构组成相似,如图 6-2 ~ 图 6-7 所示。 图 6-3摇 YZ - 35 型牙轮钻机结构示意图 —司机室;2—回转机构;3—钻架;4—主传动机构; 图 6-2摇 YZ - 35D 牙轮钻机外形 1 5 —机房;6—行走机构;7—捕尘装置;8—主平台 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 6郾 1摇 牙 轮 钻 机 图 6-4摇 YZ - 35 型和 45 - R 型牙轮钻机主要部件 ( a) YZ - 35 钻机;(b) 45R 钻机 —钻具扳手;2—主传动机构;3—司机室;4—支承千斤顶;5—干式除尘系统;6—右走台;7—左走台;8—平台; —湿式除尘系统;10—油泵站;11—油箱;12—辅助空压机;13—主空压机;14—主空压机冷却水箱;15—干油泵站; 1 9 1 6—增压净化装置;17—电控柜(可控硅);18—变压器;19—柴油机;20—电动机;21—钻杆架;22—钻架 WWW.KY114.CN 图 6-5摇 KY - 310 型牙轮钻机总体构造 ( a) 钻机外形;(b) 平面布置 —钻架装置;2—回转机构;3—加压提升系统;4—钻具;5—空气增压净化调节装置;6—司机室;7—平台; ,10—后、前千斤顶;9—履带行走机构;11—机械间;12—起落钻架油缸;13—主传动机构;14—干油润滑系统; 5—右走台;16—液压系统;17—直流发电机组;18—高压开关柜;19—变压器;20—压气控制系统; 1—空气增压净化装置;22—压气排渣系统;23—湿式除尘装置;24—左走台;25—干式除尘装置 1 8 1 2 6郾 1郾 3郾 3摇 主要结构特征 A摇 钻具 牙轮钻机钻具主要有牙轮钻头、钻杆和稳杆器。 a摇 牙轮钻头 ( 1) 牙轮钻具工作原理。 钻机通过钻杆给钻头施加足够大的轴压力和回转扭矩,牙轮钻头转动 摇654 6摇 露天矿穿孔设备 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 时,各牙轮又绕自身轴滚动,滚动的方向与钻头转动方向相反。 牙轮齿在加压滚动过程中,对岩石 产生碾压作用;由于牙轮齿以单齿和双齿交替地接触岩石,当单齿着地时牙轮轴心高,而双齿着地 时轴心低,如此反复进行,使岩石受到周期性冲击作用;又由于牙轮的超顶、退轴( 3 个牙轮的锥顶 与钻头中心不重合) 、移动(3 个牙轮的轴线不交于钻头中心线) 和牙轮的复锥形状,使牙轮在孔底 工作时还产生一定的滑动,对岩石产生切削作用。 因此,牙轮钻头破碎岩石实际上是冲击、碾压和 切削的复合作用。 WWW.KY114.CN 图 6-6摇 YZ - 35 型牙轮钻机传动系统 1 —回转电动机;2—辅助卷扬;3—提升行走电动机;4—行走抱闸;5—气胎;6—液压马达;7—提升抱闸;8—主传动箱; —回转减速器;10—顶部链轮;11—顶部滑轮;12—防坠抱闸;13—加压齿轮;14—钻架齿条;15—张紧链轮; 6—玉级链;17—域级链;18—芋级链;19—吊具钢绳;20—卷扬抱闸 9 1 ( 2) 牙轮钻头的分类与基本结构。 牙轮钻头按牙轮的数目分,有单牙轮、双牙轮、三牙轮及多牙轮的 钻头。 单牙轮及双牙轮钻头多用于炮孔直径小于 150 mm 的软岩钻进。 多牙轮钻头多用于炮孔直径 80 mm 以上岩芯钻进,矿山主要使用三牙轮钻头,三牙轮钻头又可分为压缩空气排渣风冷式及储油密封 1 式两种。 压气排渣风冷式牙轮钻头(简称压气式钻头) 是用压缩空气排除岩渣的。 此种钻头使用于露天 矿的钻孔作业。 通常钻凿炮孔直径为 150 ~ 445 mm,孔深在 20 m 以下。 压气式矿用牙轮钻头的结构如图 6 -8 所示。 压气式钻头由 3 片牙爪 2 及在其轴颈上通过轴承(滚柱 7、钢球 8、滑动衬套 9)装配 3 个互相配合的牙 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 6郾 1摇 牙 轮 钻 机 轮 4 所组成。 牙爪尾部螺纹与钻杆相连接。 牙轮上镶嵌硬质合金柱齿,起着直接破碎岩石的作用。 牙爪借 助滚柱、钢球和料套绕爪轴口转,钻机的钻压通过轴承传递给牙齿并作用于岩石。 径向负荷主要由轴颈滚珠 轴承和衬套承受。 滚珠轴承用以支持牙轮,在某些情况下用以承受径向和轴向负荷。 钢球由塞销孔装入,并 由塞销 3 支持,牙轮衬套两端设有止推面,牙轮内端镶嵌有止推块 10,平面止推轴承镶嵌有减磨柱 11 用以 减少平面止推轴承的磨损。 WWW.KY114.CN 图 6-7摇 KY - 310 型牙轮钻机传动系统 1 ~ 8—加压提升机构齿轮;9 ~ 11,18 ~ 21,23—加压提升机构链轮;12 ~ 17—行走机构链轮;22—加压小齿轮; 2 4 ~ 27—回转机构齿轮;28—提升电动机;29—加压电动机;30—回转电动机;31—牙嵌离合器;32—行走气胎离合器; 3 3—主离合器;34—辅助卷扬;35—主制动器;36—辅助卷扬制动器;37—行走制动器; 玉 ~ 欲—传动轴 为了减轻牙爪爪尖的磨损,牙爪尖部镶嵌有平顶硬质合金柱或堆焊碳化钨耐磨合金。 钻头内腔有气流 分配系统。 压气通过钻杆输入牙轮钻头体内腔,其中大部分压气由牙爪侧边 3 个或更换的喷嘴 12 吹至炮孔 底,将岩渣由孔壁与钻杆之间的环形空间排至孔外。 喷嘴 12 用固定螺钉 14 固定在钻头体上。 当压气突然 中断供应时,为防止孔底岩渣或水侵入轴承,在喷嘴处设有逆止阀。 另一部分压气通过挡渣管 1、冷却气道 进入轴承各部冷却轴承。 储油密封式牙轮钻头是用清水或泥浆排除炮孔内岩渣的,如图 6-9 所示。 此种钻头使用于石油钻孔、 地质勘探钻孔及地下矿山钻孔或配套用于地下天井牙轮钻机。 摇656 6摇 露天矿穿孔设备 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 图 6-8摇 压气式矿用牙轮钻头的结构 图 6-9摇 储油密封式石油牙轮钻头 1—牙爪;2—喷嘴;3—传压孔;4—泄压阀;5—储油囊; 6—固定油囊筒;7—长油孔;8—滚珠;9—钢球; 10—衬套;11—径向密封装置;12—牙轮 1 —挡渣管;2—牙爪;3—塞销;4—牙轮; —平头硬质合金柱齿;6—硬质合金柱齿;7—滚珠;8—钢球; —衬套;10—止推块;11—减磨柱;12—喷嘴; 3—逆止阀;14—固定螺钉 5 9 1 储油密封钻头与压气式钻头的主要不同之处是:为防止岩渣、泥屑进入钻头轴承内腔,在轴承端部设有 WWW.KY114.CN 径向密封装置 11。 为储存并向轴承腔补充润滑脂,在爪牙上端设有储油囊 5,润滑脂经由长油孔 7 进入轴承 内腔。 牙轮钻头钻进时,钻孔内的水或泥浆压力经由压盖上的传压孔 3 作用于储油囊上。 油囊中润滑脂不 断流入轴承内腔。 钻头轴承长时间工作后,其内腔压力增大。 为防止因内压过大而破坏密封圈和油囊,在钻 头上设有泄压阀 4。 洗井液通过喷嘴 2 形成高速射流,冲刷孔底,排出岩屑。 储油密封轴承有滚动及滑动轴承两种形式。 两者不同之处是:密封滑动轴承的大轴承部位用滑动轴承 代替了滚珠轴承,增大了轴承工作面,承压面积大,接触疲劳应力小,轴承寿命长。 ( 3) 矿用牙轮钻头系列及其适用岩石。 矿用压气式牙轮钻头可分为钢齿及镶齿(硬质合金齿)两种。 钢齿牙轮钻头主要用楔形齿。 根据岩石硬软不同,楔形齿的高度、齿数、齿圈越多,齿圈距等都不同。 岩 石越硬,楔形齿的高度越低,齿数越多,齿圈越密。 反之则相反。 牙轮外排齿采用“T冶形齿或“乇冶形齿。 镶齿钻头的齿形有球形齿、楔形齿和锥球齿等,如图 6-10 所示。 在软岩中使用楔形齿,在中硬岩中使 用锥形齿及锥球齿,在硬岩中使用球形齿。 随岩石硬度的增加,硬质合金齿的露齿高度减少,齿数增多,齿圈 数增多。 反之则相反。 图 6-10摇 硬质合金齿形 ( a),(b) 楔形齿;(c) 锥形齿;(d) 弹头齿;(e) 半球齿 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 6郾 1摇 牙 轮 钻 机 根据岩石种类及物理力学性质不同,研制出各种结构的牙轮钻头及牙齿形状。 矿用压气式牙轮钻头和 储油密封式牙轮钻头系列及适用矿岩列于表 6-3 ~ 表 6-5。 表 6-3摇 矿用压气式牙轮钻头系列 类摇 别 系摇 列 钻 头 颜 色 适 用 矿 岩 1 2 3 4 5 6 7 8 黄 绿 蓝 低抗压强度、可钻性好的软岩,如页岩、疏松砂岩、软石灰岩等 较高抗压强度的中硬岩石,如硬页岩、砂岩、石灰岩、白云岩等 半腐蚀性硬岩,如石灰岩、石英砂岩、硬白云岩等 待发展系列 钢齿钻头 黄 绿 蓝 红 低抗压强度的软至中硬矿岩,如砂岩、石灰岩、白云岩、褐铁矿等 较高抗压强度的中硬矿岩,如硬石页岩、硬白云岩、花岗岩等 腐蚀性硬岩,如花岗岩、玄武岩、磁铁矿、赤铁矿等 极硬矿岩,如石英花岗岩、致密磁铁矿、铁 石等 镶硬质合金齿钻头 表 6-4摇 储油密封式牙轮钻头系列 系列代号 JR R L ZR M Z C ZY T Y 系列代号(旧) 钻头体颜色 适用地层 TK 红 乳白 黄 淡蓝 灰 墨绿 极软 < 1郾 5 3郾 5 软 中软 < 2 中 中硬 2郾 5 ~ 3 硬 史氏硬度/ GPa 塑性指数 1 ~ 2 2 ~ 2郾 5 3 ~ 3郾 5 0 ~ 1郾 5 岩石力学性质 2郾 5 ~ 3郾 5 1郾 5 ~ 2郾 5 中软页岩 中硬石膏 中软石灰岩 中软砂岩 1郾 5 ~ 2郾 5 中硬页岩 硬石膏 1郾 0 ~ 2郾 0 泥岩 石膏 岩盐 硬质页岩 硬石灰岩 硬白云岩 适用岩石 中硬石灰岩 中硬白云岩 软页岩,软石灰岩,白垩 砂岩、石英岩 WWW.KY114.CN 表 6-5摇 牙轮齿形和岩石种类的匹配 齿摇 形 楔形齿 锥球齿 球摇 齿 适用岩石 砂质页岩、砂岩、石灰岩、白云岩 硬硅质页岩、石英砂岩、硅质石灰岩、硬白云岩 花岗岩、磨蚀性石英砂岩、黄铁矿、玄武岩 ( 4) 矿用牙轮钻头主要规格型号。 矿山常用牙轮钻头主要规格型号见表 6-6。 表 6-6摇 矿山常用牙轮钻头主要规格型号举例 系 列 号 WY150 WY158 WY165 WY170 WY200 WY250 WY310 钻头直径 D/ mm 连 接 方 式 适 用 机 型 KY - 150 150 158 165 170 200 250 310 API 3 - 1 / 2Reg API 3 - 1 / 2Reg API 3 - 1 / 2Reg API 3 - 1 / 2Reg API 4 - 1 / 2Reg API 6 - 5 / 8Reg API 6 - 5 / 8Reg KY - 250A KY - 250B KY - 310 45 - R(美) GD - 130(美) 各种牙轮钻机 WY380 380 API 7 - 5 / 8Reg b摇 钻杆和稳杆器 与牙轮钻头配套的钻杆(又称钻管),规格见表 6-7。 表 6-7摇 钻杆技术规格 钻头直径/ mm 18 钻杆直径/ mm 97 钻杆壁厚/ mm 钻杆质量/ (kg/ m) 1 9郾 5 20郾 4 摇658 6摇 露天矿穿孔设备 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 续表 6-7 钻头直径/ mm 钻杆直径/ mm 钻杆壁厚/ mm 钻杆质量/ (kg/ m) 1 18 102 12郾 7 12郾 7 19郾 7 19郾 1 19郾 1 19郾 1 19郾 1 19郾 1 25郾 4 25郾 4 38郾 1 25郾 4 25郾 4 38郾 1 38郾 1 28郾 3 32郾 7 1 1 14 21 1 50 34郾 2 1 1 70 90 140 159 59郾 5 65郾 5 1 1 59 68 65郾 5 2 15 71郾 4 2 2 3 3 25 50 10 50 194 219 273 273 83郾 3 122郾 0 154郾 8 220郾 2 187郾 5 190郾 5 273郾 8 290郾 3 3 3 3 3 24 30 30 49 3 80 稳杆器是牙轮钻进时防止钻杆及钻头摆动、炮孔歪斜、保护钻机工作构件少出故障和延长钻头寿命的有 效工具。 国内穿孔实践表明,牙轮钻进必须配备稳杆器。 稳杆器有两种形式:辐条式及滚轮式,如图 6-11 所示。 辐条式稳杆器由四根用耐磨材料做成辐条焊在稳杆器上。 有时在辐条上镶有硬质合金柱齿。 辐条式稳 杆器适用于矿岩坚固性系数 f < 16 的中等磨蚀性的矿岩。 不宜用于钻凿倾斜炮孔。 滚轮式稳杆器上装有 3 个滚轮,滚轮表面镶有硬质合金柱齿。 由于滚轮摩擦阻力小,故滚轮式稳杆器使 用寿命长。 适用于岩石硬度高和磨蚀性强的矿岩,特别适用于斜炮孔钻进。 稳杆器技术规格见表 6-8。 WWW.表 6 K -8摇 稳 Y 杆器 1 技术规 1 格 4.CN 钻头直径 mm 稳杆器长度 / mm 稳杆器本体 直径/ mm 稳杆器质量 / kg 钻头直径 稳杆器长度 / mm 稳杆器本体 直径/ mm 稳杆器质量 / kg / / mm 1 52 71 00 29 50 673 673 376 724 780 150 169 198 226 246 59 270 280 310 350 380 780 780 266 276 307 347 376 209 230 295 454 590 1 75 2 2 2 100 132 181 780 1040 1040 B摇 钻架 钻架横断面多为敞口“仪冶形结构件,4 根方钢管组成 4 个立柱, 前立柱内面上焊有齿条,供回转机构提升和加压,外面为回转机构滚 轮滑道。 钻架内有钻杆储存和链条张紧等装置。 钻架安装在主平台 A 型架轴孔上,由液压油缸使钻架绕该轴孔转 动,实现钻架立起和放倒。 钻架有标准钻架和高钻架两种,高钻架钻孔时,不用接卸钻杆可 一次连续钻孔达到炮孔深度要求。 C摇 回转机构 回转机构带动钻具回转,由主传动通过封闭链条 - 齿轮齿条实现 提升和加压,如图 6-12、图 6-13 所示。 采用偏心滚轮装置,如图 6-14 所示,使回转机构沿钻架的运动为无间隙滚动,且使齿轮与钻架齿条 正常啮合。 图 6-11摇 稳杆器 ( a) 辐条式;(b) 滚轮式 1 —辐条;2—滚轮 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 6郾 1摇 牙 轮 钻 机 图 6-12摇 YZ - 35D 型牙轮钻机的回转机构 1 —电动机;2—小车;3—滚轮装置;4—气液盘式防坠装置;5—减速器 WWW.KY114.CN 图 6-13摇 KY - 310 型牙轮钻机的回转机构 1 —导向滑板;2—调整螺钉;3—蝶形弹簧;4,8—轴承;5—小齿轮; —小车驱动轴;7—加压齿轮;9—大链轮;10—左立板;11—右立板; 2—导向轮轴;13—导向轮;14—轴套;15—防松架; 6—螺栓;17—切向键装置;18—防坠制动装置; 9,21—连接轴;20—导向齿轮架 6 1 1 1 摇660 6摇 露天矿穿孔设备 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 为防止因链条断裂引起小车坠落设有防坠装置,防坠装置有气缸闸带式(图 6-15)和气液增压盘式制动 式(图 6-16)。 图 6-14摇 偏心调节滚轮装置 图 6-15摇 气缸闸带式防坠装置 1—大链轮;2—加压轴;3—闸带;4—制动轮; 5—气缸;6—加压齿轮;7—小车架 1 —钻架方钢管;2—加压齿轮;3—钻架齿条;4—滚轮; 5 —滚轮架;6—偏心套 回转机构与钻杆连接采用钻杆连接器,如图 6-17 ~ 图 6-19 所示,现多采用减振器(图 6-20),可以吸收 钻孔时钻杆的轴向和径向振动,使钻机工作平衡,提高钻头寿命。 回转减速器如图 6-21 所示,均为二级齿传动,第一轴有悬臂式和简支式结构,简支式改善了轴的受 力和齿轮接触情况W,减少故W障。 空W心主轴.上下K部推Y力轴1承分别1承受4提升.时C的提升N力和加压时轴压力,多 轴承的空心主轴增加了径向定心,并承受由于钻杆的冲击和偏摆引起较大的径向载荷,改善了推力轴承 的受力。 双电动机传动的回转减速器,两个二轴齿对称地与空心主轴齿轮啮合,加强了空心主轴的径向 稳定和受力状况。 图 6-16摇 气液增压盘式防坠装置 图 6-17摇 钻杆连接器(一) 1—下对轮;2—橡胶垫;3—中空轴; 4—上对轮;5—钢板 1 —制动盘;2—加压轴;3—盘式制动器; 4 —支承架;5—气液增压器 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 6郾 1摇 牙 轮 钻 机 WWW.KY114.CN 图 6-18摇 钻杆连接器(二) 1 —下对轮;2—接头;3—销轴;4—气缸;5—卡爪;6,10—橡胶垫; 7 —压环;8—上对轮;9—中空主轴 D摇 主传动机构 主传动机构如图 6-22 所示,作用是驱动钻具的提升 - 加压及钻机行走,提升与行走由同一台电动机驱 动,加压有液压马达和直流或交流电动机两种方式,各动作间实现安全连锁。 主传动机构的安装有固定和悬挂式,如图 6-23 所示为 YZ - 55 型牙轮钻机主传动减速机悬挂在主平台 A 型架上,悬挂中心与钻架起落转动中心在同一轴线上。 E摇 行走机构 行走机构完成钻机远距离行走和转换孔位,由主传动机构减速后,通过三级链条传动驱动履带行走;钻 机直行和拐弯,通过控制左右气胎离合器完成。 行走机构与主平台的连接是通过刚性后轴上两点及均衡梁上一点铰接,成为三点铰接式连接,如 图 6-24 所示,使钻机在不平地面行走时钻机上部始终处于水平状态。 摇662 6摇 露天矿穿孔设备 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 F摇 排渣系统 牙轮钻机采用压气排渣,压缩空气通过主风管、回转中空轴、钻杆、稳杆器、钻头向孔底喷射,将岩渣沿钻 杆与炮孔壁间的环形空间吹出孔外。 图 6-19摇 钻杆连接器(三) 图 6-20摇 减振器结构示意图 1—上接头;2—防松法兰;3—上连接板; 1 —上对轮;2—橡胶垫;3—中空主轴;4—下对轮; 5 —浮动接头;6—风动卡头;7—卡爪;8—压盖; 4—主橡胶弹簧;5—螺栓;6—中间连接板; 7—副橡胶弹簧;8—下连接板;9—下接头;10—销钉 9 ,10—螺栓、螺母;11—密封圈 WWW.KY114.CN 图 6-21摇 钻机回转机构减速器展开图 ( a) KY - 310 型钻机回转机构;(b) KY - 250 型钻机回转机构 —回转电动机;2 ~ 5—齿轮;6—中空主轴;7—钻杆连接器;8—进风接头;9—风卡头; 0—双列向心球面滚子轴承;11—推力向心球面滚子轴承;12—单列圆锥滚子轴承; 3—单列向心短圆柱滚子轴承;14—调整螺母;15—弹簧 1 1 1 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 6郾 1摇 牙 轮 钻 机 图 6-22摇 YZ - 35 型牙轮钻机主传动机构 1 —齿轮箱;2—提升加压轴;3—辅助卷扬;4—提升加压链;5—主平台 A 型架;6—电动机; —气胎;8—行走抱闸;9—行走一级链;10—垂直弹簧;11—水平弹簧;12—止动块; 3—液压马达;14—钻架回转及提升轴中心;15—提升制动;16—主平台 7 1 WWW.KY114.CN 图 6-23摇 YZ - 55 型牙轮钻机主机构布置 图 6-24摇 YZ 型牙轮钻机履带装置 1—均衡梁连接销;2—均衡梁;3—履带装置; 4—后轴;5—连接螺栓 1 —钻架;2—钻架主提升轴中心;3—主机构;4—水平弹簧; 5 —垂直弹簧;6—A 型架;7—主平台 空气压缩机有两种形式:螺杆式(图 6-25)和滑片式(图 6-26)。 G摇 除尘系统 用于处理钻孔排出的含尘空气。 摇664 6摇 露天矿穿孔设备 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 图 6-25摇 LGF31 - 40 / 4 型螺杆空压机系统 1 —电动机;2—减荷阀;3—主机;4—油气分离器;5—安全阀;6—最小压力阀;7—自动放空阀; 8 —压力控制器;9—电磁阀;10—油冷却器 WWW.KY114.CN 图 6-26摇 12 - L 型滑片式空压机系统 1 —旁通阀(弹簧关闭,压气打开);2—安全阀;3—高风温开关;4—缸体;5—转子;6—叶片;7—水温计; 8 —高水温开关;9—空气过滤器;10—进气阀(压气关闭,弹簧打开);11—主压气操作阀 a摇 干式除尘 利用孔口沉降、旋风除尘和脉冲布袋除尘,三级除尘如图 6-27 所示。 b摇 湿式除尘 通常利用辅助空气压缩机压气进入水箱的双筒水罐内压气排水,如图 6-28,与主风管排渣压气混合形 成水雾压气,将岩渣中灰尘润湿后,随大颗粒排出孔外。 也可用水箱中潜水泵向主风管排水方式,达到除尘 目的。 为满足孔底排渣除尘条件,湿度要求达到 45% ~ 60% 以上。 推荐除尘耗水量计算,1 m 炮孔耗水量 Q忆为: 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 6郾 1摇 牙 轮 钻 机 图 6-27摇 干式除尘器原理 1 —孔口沉降室;2—旋风除尘器;3—灰斗;4—中心管;5—脉冲布袋除尘器;6—布袋;7—中箱;8—喇叭管; 9 —上箱;10—脉冲阀;11—喷吹管;12—离心通风机;13—电动机 WWW.KY114.CN 图 6-28摇 YZ - 35 型牙轮钻机水除尘原理 1 —水箱;2—进水单向阀;3—水位阀;4—静压筒;5—清洗阀;6—吹扫阀; 7 —水量调节阀;8—水流计;9—排渣主风管 G(渍 - 渍1 ) Q忆 = (6-1) 1 00 式中摇 Q忆———钻 1 m 炮孔耗水量,kg / m; G———钻 1 m 深炮孔的岩石质量,kg / m; 渍———粉尘必须的湿度,% ; 渍1 ———岩石的自然湿度,% 。 每小时适宜的耗水量: Q = 60KQ忆v (6-2) 式中摇 Q———适宜的耗水量,kg / h; v———钻孔速度,m/ min; K———冲洗炮孔耗水系数,K = 1郾 2 ~ 1郾 3。 摇666 6摇 露天矿穿孔设备 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 H摇 液压系统 液压系统操作油缸和液压马达,完成钻架起落、接卸钻杆、液压加压、收放调平千斤顶等动作,如图 6-29 所示。 液压系统有手动拉杆滑阀和电液控制滑阀两种,前者手感性强,后者动作反应快。 WWW.KY114.CN 图 6-29摇 YZ 型牙轮钻机液压系统原理 I摇 气控系统 用于操作控制回转机构提升制动、提升 - 加压离合、行走气胎离合、钻杆架钩锁、压气除尘、自动润滑等 3 作用,如图6-30所示,它由一台 0郾 8 m / min、0郾 1 MPa 的活塞式空气压缩机供气。 J摇 干油润滑系统 钻机集中自动润滑系统由泵站、供油管路和注油器组成,如图 6-31 所示,润滑时间和润滑周期可自动 控制,并设有手动强制润滑按钮。 K摇 动力及配置 牙轮钻机动力与机构配置有多种形式,见表 6-9。 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 6郾 1摇 牙 轮 钻 机 WWW.KY114.CN 图 6-30摇 YZ 型牙轮钻机气控系统原理 图 6-31摇 YZ 型牙轮钻机干油润滑系统 摇668 6摇 露天矿穿孔设备 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 表 6-9摇 动力与机构配置形式 机摇 构 电摇 力 回摇 转 提摇 升 加摇 压 直流电动机 交流电动机 液压马达 油摇 缸 行摇 走 直流电动机 直流电动机 交流电动机 交流电动机 液压马达 液压马达 液压马达 柴油机 液压马达 油摇 缸 集中驱动的电动或柴油机全液压牙轮钻机,需带动空气压缩机和分配齿轮箱油泵,油泵驱动液压马达、 油缸、控制阀等。 牙轮钻机自带变压器,一般为 3 kV、6 kV 和 10 kV 供电,小型钻机也可由 380 V 电源直接供电,钻机可配 带电缆卷筒。 直流电动机多采用可控硅供电无级调速,交流电动机变频无级调速。 钻机自动化控制,如微机控制自动参数调节、自动润滑、故障显示等。 6郾 1郾 3郾 4摇 牙轮钻机的设计与结构特点 A摇 牙轮钻机的现代化设计与优化 a摇 现代化设计方法的应用 国外已把现代设计法用于钻机设计,并且一般都有专门的试验室和试验场地,科研测试手段齐全。 每种 新产品都经过模型实验和样机生产性模拟试验,从而使设计和制造者了解产品是否达到设计要求以及能否 满足现场使用要求。 运用现代设计法和人机工程学原理设计钻机,以改善司机工作条件,提高设计工作效率和钻机可靠性。 WWW.KY114.CN 随着科学技术的发展,国外的牙轮钻机制造厂家都开始采用计算机辅助设计方法,以提高设计工作效率。 钻 机本身则围绕着增强生产能力,改善工作条件,不断改进结构,推出新机型。 尤其是在大型钻机上,使用计算 机来自动控制钻机主要工作参数以及对钻机主要工作过程进行监控,以提高穿孔效率,降低故障率和生产 成本。 制定了专用设计标准,包括:(1)钻架在各种定位条件下的钻机稳定性;(2) 钻机调平能力;(3) 加压和 提升时,钻架和齿轮 - 齿条加压机构的计算方法;(4)辅助提升能力;(5)回转减速器齿轮和轴承形式;(6) 履带板、履带轴和履带的长度;(7)爬坡能力和转向方式;(8)钻孔倾角;(9)梯子、围栏和平台的设计规范等。 应用计算机辅助设计方法提高了钻机的设计质量和设计效率。 编制了计算机程序,可以快速计算各种 机械布置的变化对钻机稳定性的影响,并得出每个装配组件在三维坐标系中的重心位置。 对钻架、平台、千 斤顶套筒、履带、回转减速箱、加压提升减速箱建立了精确的有限元模型,可按设计寿命目标进行强度校核, 也可改变结构以满足寿命目标,利用计算机辅助绘图系统设计复杂的液压和气动原理图。 在零件设计中,使 用图纸复制机,将库存的有关图纸进行“剪裁和拼接冶,设计成新的零件图,使制图效率明显提高。 设计手段更加先进,如借助汽车总体设计模型法用于钻机整体设计。 根据年维修量最少、原始成本最 低、质量最小三项原则,建造整机模块式构型,并在此基础上计算各单个构件的设计参数。 为满足人机工程 学要求,在建造全泡沫材料的操作室实体模型之后,又建造了胶合板实体模型,从而对操作室的各种性能要 求作出全面、科学的评价。 同时在钻架设计中还参考了汽车设计的测试技术方法,使用应变仪监测钻机钻架,采集有关设计数据, 据此设计新钻机钻架,以便确定钻架疲劳寿命和各种工作条件对此产生的影响。 国外在钻机设计中多采用模块式结构,因而稍加改动就能满足各种用户的要求,如各种钻机都备有多种 孔深的钻架供用户选用。 这样既缩短了设计周期,又避免了大量的重复劳动。 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 6郾 1摇 牙 轮 钻 机 b摇 设计参数的优化与匹配 俄罗斯国立莫斯科矿业大学根据以上基本原则完成了可取代目前仍在生产的 200 ~ 320 mm 级钻机的牙 轮钻机的设计工作。 设计的这种 爻丌睾 型钻机仍是用电力或柴油驱动的履带自行式全液压钻机,可在北极 圈的严寒条件下和热带条件下用于钻凿孔径 200 ~ 320 mm 和深 20 ~ 30 m(不接长钻杆)以及深达 60 m 以上 ( 接长钻杆)的垂直炮孔和倾斜 60毅的炮孔。 这种钻机的特点是旋转推进和行走系统及其传动装置的基本机构、钻架和一系列部件都采用全新的技 术方案,保证了钻机处于世界领先地位和在国际市场中受专利保护,钻机的使用水平将超过同类最优产品已 达到的水平。 表 6-10 为该系列钻机经过优化后匹配计算的参数值。 表 6-10摇 匹配计算的参数值 3 空压机的排量/ (m / min) 钻头的最优直径/ mm 钻杆外径 / mm 25 250 32 270 40 320 50 350 65 400 219 219郾 235 6 ~ 17 273 273郾 311 6 ~ 18 349 岩石坚固性系数 f 6 ~ 14 100 ~ 60 1郾 93 ~ 0郾 3 280 6 ~ 18 90 ~ 50 1郾 95 ~ 0郾 22 400 6 ~ 20 70 ~ 30 1郾 66 ~ 0郾 13 550 钻头的合理转速/ (r/ min) 钻头的钻进速度/ (m/ min) 钻头许用的最大轴压/ kN 理论凿岩速度/ (m/ h) 95 ~ 55 2 ~ 0郾 24 325 80 ~ 40 1郾 8 ~ 0郾 18 455 116 ~ 18 112 ~ 14郾 6 110 ~ 13 108 ~ 10郾 8 100 ~ 7郾 8 在使用液压机械传动的基础上实现钻机各主要传动装置的全液压化是其设计中的一大特点。 采用液压 机械传动能将电动机功率向各工作机构的传输效率提高 0郾 5 ~ 1 倍,尤其是有些工作机构如行走机构、钻架 起落机构、稳车千斤顶等,在其工作制度很不协调的情况下,传输效率的提高将会更多,在保持电动机的装机 容量等于或低于市场同类最优产品多电动机传动装置总装机容量的情况下,可使钻机各主要机组的使用寿 命提高。 WWW.KY114.CN 主要液压设备(泵、液压马达)及其技术方案的完全标准化,可保证其大修和更换前的使用,可与钻机的 使用期大致相同,保证钻机各主要机组的主要传动装置的备用功率比同类产品高 0郾 5 ~ 1 倍,而无需加大钻 机的总装机容量和需用功率。 钻机的所有液压传动装置和机组(钻杆的推进和旋转、行走、钻架的起落、液压缸、稳车千斤顶等)均由 液压泵站和旋转头的液压机械传动装置提供动力。 根据要完成的作业工序在各个系统间重新分配泵站的功率时,凭借各个机组传动装置的合理转换可达 到同样的效果。 这样在不增加液压设备装机容量的情况下,依靠各主要机组在低于其额定功率下工作时就 可提高各系统的效能。 钻机优化设计的一个很关键的环节是空压机容量与排渣速度匹配设计。 在钻孔作业中排渣的顺畅与否 与钻机的生产效率有着直接的关系,而排渣的顺畅与否又与排渣风量、排渣速度和钻杆与孔壁之间的环形空 间的间隙密切相关。 近年来国外牙轮钻机普遍加大风量、提高排渣速度和风压,但排渣风量和排渣速度也不 应过高,否则不但浪费能量,且可能产生喷砂作用,使钻头和钻杆表面加快磨损。 因此,在钻机的优化设计 中,应根据不同的穿孔直径和钻杆的外径来选择匹配空压机的容量与排渣速度。 美国 B - I 公司根据多年的 设计研制经验提出空压机的容量与排渣速度,其结果见表 6-11。 表 6-11摇 空压机容量与排渣速度 3 空压机标准额定值/ (m / min) 穿孔直径 / mm 钻杆外径/ mm 7 3郾 6 84郾 9 — 101郾 9 — 2 29 29 152 178 3292 3000 2 3450 — 第七章部分内容预览 WWW.KY114.CN 7 摇 爆 破 工 程 7 郾 1摇 概述 7郾 1郾 1摇 爆破技术的发展史 矿山爆破技术是利用炸药爆炸释放的能量进行岩石开挖或介质破碎的专门技术。 炸药的始祖是黑火 药,为世界公认的中国对人类文明作出了重要贡献的四大发明之一。 最先发明黑火药的记载可追溯到 6 ~ 7 世纪。 早在唐代孙思邈所著的《丹经内伏硫黄注》中已出现硫、硝、炭三种成分的黑火药。 郑思远在《真远妙 道要略》中描述了硝、炭的化学反应。 9 世纪就出现了完整的黑火药的配方,直到南宋时期黑火药才用于军 事目的。 黑火药传入欧洲是在 13 世纪,1627 年匈牙利人首先将黑火药用于采矿过程的爆破工序,从此开始 了爆破技术的萌芽。 爆破技术是伴随着各种爆破器材的发明而发展的,爆破技术的进步又促进了爆破器材的发展。 1799 年 英国人高瓦尔德发明了雷汞炸药。 1831 年 W郾 Bickford 发明了导火索。 A郾 Nobel 在 1876 年发明了火雷管, 同年又发明了以硅藻土为吸收剂的硝化甘油炸药(Dynamite),1875 年研制成功胶质硝化甘油炸药。 硝化甘 油炸药后来逐渐取代了黑火药,从此开始了黄色炸药的新纪元。 1 9 世纪随着许多工业炸药新品种的发明及凿岩机械和起爆技术的出现,爆破技术得到了很大的发展。 如 1831 年 Richard Treuitck 研制成功蒸汽式钻机,1862 年 Sommeiller 研制出压气冲击式凿岩机,结束了人工 WWW.KY114.CN 925 年以硝酸铵为主要成分的粉状硝酸铵炸药问世,使爆破工程技术朝着安全、经济的方向迈出了决 掌钎抡锤打孔的历史;1895 年出现的秒延期雷管,解决了大规模爆破同时起爆多个药包的难题,并为延时起 爆技术发展创造了条件。 1 定性的一大步。 在此前后出现的以太安为药芯的导爆索(1919 年)和毫秒延期电雷管(1946 年),加上大型 凿岩设备的出现,使大规模土石方开挖工程出现了深孔爆破,起爆形式也从齐发爆破发展到毫秒延时爆破。 1956 年迈尔文·库克发明的浆状炸药,以及 20 世纪 70 年代乳化炸药的研制成功,彻底解决了硝铵类炸药 的防水问题。 1967 年瑞典诺贝尔公司研制发明的导爆管起爆系统,克服了电雷管起爆系统易受外来电干扰 的弊端,进一步提高起爆的安全性,成为爆破工程的主流起爆器材。 爆破技术的不断发展,新技术不断涌现,使一些过时的技术逐渐被淘汰。 硐室爆破是以专用硐室或巷道 作为装药空间的一种爆破技术,由于该技术爆破规模大、成本低、效率高,不需大型机械设备,曾在我国露天 矿剥离、路堑开挖、基建平场和堤坝堆筑等工程中发挥出重要作用。 硐室爆破药室的容量最大可达数千吨, 我国曾成功进行过多次千吨和万吨级的硐室大爆破。 随着机械化程度的提高和工程投资状况的改善,大规 模硐室爆破的应用日益萎缩,加之硐室爆破副作用大和二次破碎工程量繁重,发达国家和地区已不再使用这 种爆破技术。 近年来,随着起爆规模的增加和起爆器材品种的更新,火雷管起爆已被淘汰,电雷管的使用范 围也逐渐萎缩;乳化炸药的兴起和普及,使固体防水硝铵类炸药即将退出爆破市场。 长期以来,使用爆破技术几乎是破碎坚硬岩石的唯一手段。 在逐渐与隧道掘进机和液压冲击锤等重型 机械竞争的今天,爆破技术在较硬岩石、混凝土介质破碎和开挖工程中,仍然没有失去其不可替代的优势。 我国的爆破技术在改革开放以来取得了突飞猛进的发展,如今不仅在爆破技术开发应用上成果显赫,炸 药技术输出和理论研究方面也取得了令世人瞩目的成就,21 世纪更是一跃跨进世界爆破技术先进国家 行列。 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 7郾 1摇 概摇 摇 述 7郾 1郾 2摇 爆破工程在国民经济建设中的作用 爆破工程是以工程建设为目的的爆破技术,它作为工程施工的一种手段,直接为国民经济建设服务。 爆 破工程与其他爆破(如军用爆破)不同,它是以破坏的形式达到新的建设目的,例如,一次定向爆破破坏了原 有山地的地形,却建成了新的可以蓄水灌溉和发电的水库或可以通过车辆的路堤;一次土石方大爆破炸掉了 一座或半座山头,却建成了铁路或公路的路堑;水下爆破则能炸除礁石或加深河道,有利于船舶的航行;房屋 或其他建筑物的拆除爆破,也是为了要在原有地面建设新的厂房或居民建筑。 新中国成立以来,在我国进行过装药量在万吨以上的土石方大量爆破三次;千吨级的爆破十余次;百吨 级的爆破达数百次之多。 用定向爆破技术筑成的水利坝、尾矿坝、拦灰坝和交通路堤有五六十座,其中千吨 级的大坝有两座。 创造出许多爆破新技术和新工艺,解决了许多工程建设中的技术难题,为国民经济建设作 出了重大贡献。 据中国爆破器材行业协会的粗略估计,世界爆破器材(不含射孔器材)的消耗量,每年为 90 ~ 100 亿美 元,其中美国 20 亿美元、澳大利亚 15 亿美元、南非 10 亿美元、中国 8 亿美元、俄罗斯及东欧国家 20 亿美元, 以秘鲁和智利为代表的南非地区约 5 亿美元。 我国工程爆破每年消耗的炸药约 120 ~ 130 万吨,消耗工业雷 管 20 余亿发。 在我国“十五冶计划中,十分重视交通、能源等基础设施建设,并把加速西部大开发作为重要 任务,可以预料,我国爆破器材的消耗量将持续占到世界总份额的 10% 左右。 爆破工程将在推动我国矿业、 交通、水利、电力和城市建设等发展方面,起到不可替代的重要作用。 我国“十一五冶规划期间平均年采煤约 25 ~ 28 亿吨,其中除少量使用水力或机械开采外,绝大部分都是 用爆破开采的;冶金矿山,平均年产钢 4郾 5 ~ 5 亿吨,消耗矿石量在 40 亿吨以上,除去进口铁矿石外,年消耗 国产矿石量在 20 亿吨以上;非金属矿山,如水泥平均年产 7 亿吨,消耗石灰石在 15 亿吨以上。 还有每年的 路、公路、水电站的建设,都要采用爆破方法作为施工手段。 由此可见,爆破工程在我国国民经济建设中的重 要地位和作用。 上面所述,只是几个主要工业部门使用爆破工程的规模和比重,这仅仅是问题的一个方面。 在国民经济 WWW.KY114.CN 建设的其他部门也在进行经常性的爆破作业,特别是近年来由于爆破器材和施工机具的新发展,爆破技术得 到了迅速的提高,不断地扩大应用范围,深入到工程应用的各个领域,为国民经济建设作出了新的贡献。 可以认为,现代爆破技术已深入应用到我国国民经济的各个部门并取得了喜人的成就。 诸如矿山部门 用以揭开矿石覆盖层,变地下采矿为露天开采的大量爆破;地下巷道的掘进和矿石开采的爆破;水利部门用 以筑坝的定向爆破和打开水库引水隧洞的岩塞爆破;铁道交通部门的路堑爆破,填筑路堤和软土、冻土地带 的爆破;石油化工部门埋设地下管道和过江管道以及处理油井卡钻事故的爆破;还有水下炸礁、疏浚河道和 为压实软土的水下码头、堤坝地基处理的水下爆破等,都是经常使用的爆破方法。 此外,近年来利用炸药爆 炸原理在机械工业部门加工处理机械零部件的爆炸加工方法,为表面硬化的金属淬火处理,不同材质的金属 爆炸焊接等新技术,在理论和经验方面都取得了很大的成就。 至于医学上用爆炸方法破碎膀胱结石的报道, 十几年前就已见诸报端了。 7郾 1郾 3摇 爆破方法 爆破方法通常根据药包形状、装药方式与装药空间形式、按爆破技术的不同分为三大类。 7 郾 1郾 3郾 1摇 按药包形状分类 按药包形状分类即按炸药包的爆炸作用及其特性进行分类。 按此法又可分为四种: 1) 延长药包法。 延长药包法也称为柱状药包法,即把炸药包做成长条形,可以是圆柱状也可以是方柱 ( 状。 从爆炸作用来看,延长药包的爆轰波是柱状形式,即以柱面波向四周传播并作用到周围介质上。 习惯上 把药包长度大于最短边或直径 4 倍的药包称为延长药包。 实践表明,真正起延长药包爆破作用的药包,其长 度要大于 17 ~ 18 倍药包直径。 在实际应用中,深孔法、炮孔法和药室爆破中的条形药包爆破法都属于延长 药包法。 摇768 7摇 爆 破 工 程 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 ( 2) 集中药包法。 从理论上讲,这种药包的形状应是球形体,起爆点从球体的中心开始,爆轰波按辐射 状以球面形式向外扩张,即爆炸作用以均匀的分布状态作用到周围的介质上。 习惯上是把药包做成正立方 体或长方体形状,长方体最长边不超过最短边 4 倍的药包称为集中药包。 通常把集中药包的爆破称为药室 法和药壶法。 ( 3) 形状药包法。 这是将炸药做成特定形状的药包,用以达到某种特定的爆破作用。 应用最广的是聚 能爆破法,把药包外壳的一端加工成圆锥形或抛物面形的凹穴,使爆轰波按圆锥或抛物线凹穴的表面聚集在 它的焦点或轴线上,形成高能射流,击穿与它接触的介质某一特定部位。 这种药包在军事上用作穿甲弹以穿 透坦克的甲板或其他军事目标,在工程上用来切割金属板材、大块的二次破碎以及在冻土中穿孔等。 ( 4) 平面药包法。 这种药包的爆破不同于前三种方法,它不需钻孔也不需开挖硐室,而是将药包做成厚 度约为直径 1 / 4 ~ 1 / 3 的圆饼状,直接敷设在介质表面,因此爆炸作用只是在介质接触药包的表面上。 如果 将炸药预先做成油毛毡或地毯形状,应用时将其切割成块,包覆在介质表面,这就是加工机械零部件时的所 谓爆炸加工法。 7 郾 1郾 3郾 2摇 按装药方式与装药空间形状不同的分类 按装药方式与装药空间形状的不同又可分为四种爆破方法: 1) 炮孔法。 通常根据钻孔孔径和深度的不同,把孔深大于 4 m,孔径大于 50 mm 的炮孔称为深孔爆破, ( 反之称为浅孔爆破。 从装药结构看,这是属于延长药包一类,是工程爆破中应用最广、数量最大的一种爆破 方法。 ( 2) 药室法。 这是大量土石方挖掘工程中常用的爆破方法。 它的优点是,需要的施工机具比较简单,不 受地理和气候条件的限制,工程数量越大越能显示出高工效。 一般来说,药室法爆破根据在岩体内开挖药室 体积的大小,还可分为大型药室法、小型药室法和条形药室法 3 种,每个药室装入的炸药的容量,小到几百千 克,大到几百吨,条形药室的容量可大到几千吨。 我国曾进行过几次千吨和万吨级的大爆破。 ( 3) 药壶法。 即在普通炮孔的底部,装入小量炸药进行不堵塞的爆破,使孔底逐步扩大成圆壶形,以求 达到装入较多药量的爆破方法。 药壶法属于集中药包类,适用于中等硬度的岩石爆破,能在工程数量不大, WWW.KY114.CN 4) 裸露药包法。 这是一种最简单最方便的爆破施工方法。 进行裸露药包法爆破作业不需钻孔,直接 钻孔机具不足的施工条件下,以较少的炮孔爆破,获得较多的土石方量。 随着现代机械化施工水平的提高, 药壶爆破的运用面有所缩小,但仍为某些特殊条件的工程所采用。 ( 将炸药敷设在被爆破物体表面并加简单覆盖即可。 这样的爆破方法对于清除危险物、交通障碍物以及破碎 大块石的二次爆破是简便而有效的,虽然它的炸药爆炸能量利用率低,应用数量不大,使用的机会也不多,但 至今仍不失其使用价值。 以上几种爆破方法在国民经济建设中所占比重,可以参考苏联 1970 年全苏爆破工业总公司的统计数字 ( 表 7-1)。 表 7-1摇 苏联 1970 年全苏爆破工业总公司的统计数字(按完成土石方量计) 序摇 号 爆 破 方 法 炮孔法爆破 在国民经济建设中所占比重/ % 1 2 3 4 85郾 8 5郾 3 8郾 7 0郾 2 药室法爆破 药壶法爆破 裸露药包法爆破 表 7-1 表明,炮孔法(包括深孔和浅孔)爆破占了 85郾 8% ,占绝对多数的比重。 与我国情况相比较,可能 各种爆破方法所占的百分数不尽相同,但总的趋势是一致的。 郾 1郾 3郾 3摇 按爆破技术分类 按爆破技术大体可分为四种爆破方法: 1) 预裂、光面爆破。 预裂、光面爆破的爆破作用机理基本相同,其目的都是为了在爆破后获得平整的 7 ( 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 7郾 2摇 爆 破 技 术 岩面,以保护围岩不受破坏。 两者的不同在于预裂爆破是要在完整的岩体进行爆破开挖之前,施行预先的爆 破,使沿着开挖部分和不需要开挖的保留部分的分界线裂开一道裂缝,用于隔断爆破作用对保留岩体的破 坏,并在预裂爆破后形成新的平整岩面;光面爆破则是在主爆体爆破之后,利用密集钻孔和减弱装药进行的 爆破,以求得到平整的坡面或轮廓面。 ( 2) 微差爆破。 微差爆破是在相邻炮孔或排孔间以及深孔内以毫秒级的时间间隔顺序起爆的一种起爆 方法。 由于相邻炮孔起爆的间隔时间很短,先爆孔为相邻的后爆孔增加了新的自由面,以及由于爆破应力波 在岩体中的相互叠加作用和岩块之间的碰撞,使爆破的岩体破碎质量、爆堆成形质量均较好,从而可以降低 大块率,降低炸药单耗,降低地震效应,减少后冲,提高施工效率。 ( 3) 定向爆破。 使爆破后土石方碎块按预定的方向飞散、抛掷和堆积,或使被爆破的建筑物按设计方向 倒塌和堆积的爆破,都属于定向爆破范畴。 它的技术关键是要准确地控制爆破所要破坏的范围以及抛掷和 堆积的方向与位置。 对大量土石方爆破,通常采用药室法或条形药室法。 ( 4) 其他特殊条件下的爆破技术。 爆破工作者有时会遇到某种不常见的特殊情况,用常规方法难以解 决,或因时间紧迫以及工作条件恶劣而不能进行正常施工,这时需要我们根据所掌握的爆破作用原理与工程 爆破的基本知识,大胆设想采用新的爆破方案,仔细地进行设计计算,解决工程难题。 例如,森林灭火、抢堵 洪水和泥石流、疏通河道、水下压缩淤泥地基等。 7 郾 2摇 爆破技术 7郾 2郾 1摇 岩石爆破破坏基本理论 7 郾 2郾 1郾 1摇 岩石爆破破坏机理的几种假说 岩石爆破破坏机理的假说,依据其基本观点,可归结为 3 种。 1) 爆生气体膨胀作用理论。 爆生气体膨胀作用理论认为炸药爆炸引起岩石破坏,主要是高温高压气 ( 体产物对岩石膨胀做功的结果。 爆生气体膨胀推力造成岩石质点的径向位移,由于药包距自由面的距离在 WWW.KY114.CN 各个方向上不一样,质点位移所受的阻力就不同,最小抵抗线方向阻力最小,岩石质点位移速度最高。 正是 由于相邻岩石质点移动速度不同,造成了岩石中的剪切应力,一旦剪切应力大于岩石的抗剪强度,岩石即发 生剪切破坏。 破碎的岩石又在爆生气体膨胀推动下沿径向抛出,形成一倒锥形的爆破漏斗坑(图 7-1)。 该 理论的实验基础是早期用黑火药对岩石进行爆破漏斗试验中所发现的均匀分布的、朝向自由面方向发展的 辐射裂隙。 这种理论称为静作用理论。 ( 2) 爆炸应力波反射拉伸作用理论。 爆炸应力波反射拉伸作用理论认为岩石的破坏主要是由于岩 体中爆炸应力波在自由面反射后形成反射拉伸波的作用,岩石的破坏形式是拉应力大于岩石的抗拉强度 而产生的,岩石是被拉断的。 其实验基础是岩石杆件的爆破试验(亦称为霍普金森杆件试验)和板件爆破 试验。 杆件爆破试验是用长条岩石杆件,在一端安置炸药爆炸,则靠炸药一端的岩石被炸碎,而另一端岩 石也被拉断成许多块,杆件中间部分没有明显的破坏,如图 7-2 所示。 板件爆破试验是在松香平板模型 的中心钻一小孔,插入雷管引爆,除平板中心形成和装药的内部作用相同的破坏,在平板的边缘部分形成 了'由自由面向中心发展的拉断区,如图 7-3 所示。 这些试验说明了拉伸波对岩石的破坏作用,这种理论称 为动作用理论。 摇 摇 摇 图 7-1摇 爆炸生成气体的膨胀作用 图 7-2摇 不同药量的岩石杆件爆破试验 摇770 7摇 爆 破 工 程 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 3) 爆生气体和应力波综合作用理论。 爆生气体和应力波综合作 ( 用理论认为,实际爆破中,爆生气体膨胀和爆炸应力波都对岩石起作 用,不能绝对分开,而应是两种作用综合的结果,加强了岩石的破碎效 果。 比如冲击波对岩石的破碎,作用时间短,而爆生气体的作用时间 长,爆生气体的膨胀,促进了裂隙的发展;同样,反射拉伸波也同样加强 了径向裂隙的扩展。 至于哪一种作用是主要作用,应根据不同的情况来确定。 黑火药 爆破岩石,几乎不存在动作用。 而猛炸药爆破时又很难说是气体膨胀 起主要作用,因为往往猛炸药的爆容比硝铵类混合炸药的爆容要低。 岩石性质不同,情况也不同。 对松软的塑性土壤,波阻抗很低,应力波 衰减很大,这类岩土的破坏主要靠爆生气体的膨胀作用。 而对致密坚 硬的高波阻抗岩石,应主要靠爆炸应力波的作用,才能获得较好的爆破 效果。 图 7-3摇 板件爆破试验 1 —小孔;2—破碎区;3—拉断区;4—震动区 这种理论的实质,可以认为是岩体内最初裂隙的形成是由冲击波 或应力波造成的,随后爆生气体渗入裂隙并在准静态压力作用下,使应力波形成的裂隙进一步扩展。 就是炸 药爆炸的动作用和静作用在爆破过程中的体现。 爆生气体膨胀的准静态能量,是破碎岩石的主要能源。 冲击波或应力波的动态能量与介质特性和装药 条件等因素有关。 哈努卡耶夫认为,岩石波阻抗不同,破坏时所需应力波峰值不同,岩石波阻抗高时,要求高 的应力波峰值,此时冲击波或应力波的作用就显得重要。 哈努卡耶夫把岩石按波阻抗值分为三类: 5 5 2 ( 1) 第一类岩石属于高阻抗岩石,其波阻抗为 15 伊 10 ~ 25 伊 10 g / (cm ·s)。 这类岩石的破坏主要取 决于应力波,包括入射波和反射波。 2) 第二类岩石属于低阻抗岩石,其波阻抗小于 5 伊 10 g / (cm ·s)。 这类岩石的破坏,是以爆生气体 形成的破坏为主。 5 2 ( WWW.KY114.CN 5 5 2 ( 3) 第三类岩石属中阻抗岩石,其波阻抗为 5 伊 10 ~ 15 伊 10 g / (cm ·s)。 这类岩石的破坏,主要是入 射应力波和爆生气体综合作用的结果。 郾 2郾 1郾 2摇 爆破的内部作用和外部作用 7 A摇 有限岩石介质中的爆破作用———爆破的内部作用 为分析问题方便,在炸药类型一定的前提下,以单个药包爆破作用为例进行分析。 岩石内装药中心距自 由面的垂直距离称为装药的最小抵抗线。 对于一定量的装药 来说,若最小抵抗线超过某一临界值(称为临界抵抗线)时,可 认为药包处在无限岩石介质中。 此时药包爆炸后,在自由面 上不会看到爆破的迹象,也就是说,爆破作用只发生在岩石内 部,未能达到自由面。 装药的这种爆破作用称为爆破的内部 作用。 发生内部作用时,根据岩石的破坏情况,除了在装药处 形成扩大的空腔外,还将自爆源向外产生压碎区、破裂区和震 动区,如图 7-4 所示。 a摇 压碎区 炸药爆炸瞬间,产生几千摄氏度的高温和几万兆帕的高 压,形成每秒数千米的爆炸冲击波,最靠近装药的岩石在此冲 击波和高温高压爆生气体的作用下,产生很高的径向和切向 压应力,这样大的压应力远远大于岩石的动态抗压强度。 装 药空间岩壁受到强烈压缩而形成一个空腔(即扩大的爆腔), 周围岩石产生粉碎性破坏,形成压碎区(或粉碎区)。 可见,压 图 7-4摇 球形装药在岩体内的爆破作用 Rk —空腔半径;Rc —压碎区半径;Rp —裂隙区半径; 1—压碎区;2—破裂区;3—震动区 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 7郾 2摇 爆 破 技 术 碎区岩石主要受冲击波压缩作用破坏,压碎区的范围即为岩石中爆炸冲击波的冲击压缩作用范围。 压碎区的半径可按式(7-1)估算: 2 P Rc = Rk çæ籽mc ö ÷ (7-1) è 5滓 ø c 式中摇 Rc ———压碎区半径; Rk ———空腔半径的极限值; 滓c ———岩石单轴抗压强度; 籽m———岩石密度; cP———岩石纵波波速。 空腔半径可按式(7-2)计算: 1 4 æç pw ö÷ Rk = rb è滓 ø 0 (7-2) (7-3) pw = 18 籽e De 摇 2 1 4 æç 籽mcP ö÷ 滓0 = 滓c (7-4) è 滓 ø c 式中摇 rb ———炮孔半径; pw ———炸药的平均爆炸压力; 滓0 ———多向应力条件下岩石的强度; 籽e ———炸药密度; De ———炸药爆速。 压碎区内冲击波衰减很快,因而压碎区的半径较小,通常只有 2 ~ 3 倍的装药半径,破坏范围虽然不大, 但破碎程度大,能量消耗多。 因此,爆破破岩时应尽量减小压碎区的形成范围。 WWW.KY114.CN b摇 破裂区 由于冲击波能量的大量消耗,压碎区外冲击波衰变为压缩应力波,并继续沿径向在岩石中传播。 当应力波 的径向压应力值低于岩石的抗压强度时,岩石不会被压坏,但仍能引起岩石质点的径向位移。 由于岩石受到径 向压应力的同时在切线方向上受到拉应力,而岩石是脆性介质,其抗拉强度很低。 因此,当切向拉应力值大于 岩石的抗拉强度时,岩石即被拉断,由此产生与压碎区相通的径向裂隙。 继应力波之后,爆生气体充满爆腔,以 准静压力的形式作用在空腔壁上和冲入由应力波形成的径向裂隙中,在此高温高压爆生气体的膨胀、挤压及气 楔作用下径向裂隙继续扩展和延伸。 裂隙尖端处气体压力造成的应力集中也起到了加速裂隙扩展的作用。 受冲击波、应力波的强烈压缩作用,岩石内积蓄了一部分弹性变形能。 当压碎区形成、径向裂隙展开、爆 腔内爆生气体压力下降到一定程度时,原先积蓄的这部分能量就会释放出来,并转变为卸载波向爆源中心传 播,产生了与压应力波方向相反的向心拉应力波,使岩石质点产生向心运动,当此拉伸应力波的拉应力值大 于岩石的抗拉强度时,岩石就会被拉断,形成了爆腔周围岩石中的环状裂隙。 径向裂隙和环状裂隙的交错生成,形成了压碎区外的破裂区,破裂区内径向裂隙起主导作用。 岩石的爆 破破坏主要靠的就是破裂区。 破裂区半径可按爆炸应力波作用求算,岩石中切向拉应力峰值随距离的衰减规律为: bPr 滓兹max = ra (7-5) 式中摇 b———侧应力系数; Pr ———孔壁初始冲击压力峰值; ra ———炮孔半径。 因径向裂隙是由拉应力引起的,因此以岩石抗拉强度取代式(7 - 5)中的切向拉应力峰值 Pr 即可求得 摇772 7摇 爆 破 工 程 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 炮孔周围径向裂隙区的半径为: 1 a Rp = çæbPr ÷ö rb è 滓 ø t (7-6) 式中摇 Rp ———破坏区半径; Pr ———孔壁初始冲击压力峰值; 滓t ———岩石抗拉强度。 c摇 震动区 在破裂区外,应力波已大大衰减,并渐趋于具有周期性的正弦波,此时应力值已不能造成岩石的破坏,只 能引起岩石质点做弹性振动,形成地震波。 地震波可以传播到很远的距离,直至爆炸能量完全被岩石吸收 为止。 震动区半径可按式(7-7)估算: 3 Rs = (1郾 5 ~ 2郾 8) Q (7-7) 式中摇 Rs ———震动区半径; Q———装药量。 B摇 无限岩石介质中的爆破作用———爆破的外部作用 当最小抵抗线小于临界抵抗线时,即不是在无限岩石中,而是在半无限岩石中装药爆破时,炸药爆炸后 除发生内部的破坏作用外,自由面附近也将发生破坏。 也就是说,爆破作用不仅发生在岩石内部,还将引起 自由面附近岩石的破碎、移动和抛掷,形成爆破漏斗。 通常把这种装药接近自由面时的爆破作用称为爆破的 外部作用。 仍以单个药包为例分析爆破的外部作用。 a摇 反射拉伸应力波造成自由面岩石片落 药包爆炸后,岩石中产生的径向压缩应力波由爆源向外传播,遇到自由面时,由于自由面处两种介质 ( 岩石和空气)的波阻抗不同,应力波将发生反射,形成与入射压缩应力波性质相反的拉伸应力波,并由自由 WWW.KY114.CN 面向爆源传播。 自由面附近岩石承受拉应力。 由于岩石的抗拉强度很低,一旦此拉伸应力波的峰值拉应力 大于岩石的抗拉强度,岩石将被拉断,与母岩体分离。 随着反射拉伸应力波的传播,岩石将从自由面向药包 方向形成片落破坏。 b摇 反射拉伸应力波引起径向裂隙延伸 由于爆炸能量的不断消耗,入射压缩应力波的强度逐渐降低,反射拉伸应力波的波强也随之降低,其峰 值拉应力低于岩石的抗拉强度后就不足以引起岩石的破坏片落。 但它仍能同原径向裂隙尖端处的应力场进 行叠加,拉应力得到加强,使径向裂隙进一步扩展延伸,如图 7-5 所示。 图 7-5摇 反射拉应力在半无限岩体介质中的爆炸作用 a—入射压力波波前;b—反射拉应力波波前 c摇 自由面改变了岩石中的准静态应力场 自由面的存在改变了岩石由爆生气体膨胀压力形成的准静态应力场中的应力分布和应力值的大小,使 岩石更容易在自由面方向受到剪切破坏。 爆破的外部作用和内部作用结合起来,造成了自由面附近岩石的 漏斗状破坏。 由此可见,自由面在爆破破坏过程中起着重要作用,它是形成爆破漏斗的重要因素之一。 自由面既可以 形成片落漏斗,又可以促进径向裂隙的延伸,并且还可以大大地减少岩石的夹制性。 有了自由面,爆破后的 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 7郾 2摇 爆 破 技 术 岩石才能从自由面方向破碎、移动和抛出。 自由面越大、越多,越有利于爆破的破坏作用。 因此,爆破工程中 要充分利用岩体的自由面,或者人为地创造新的自由面(如井巷掘进中的掏槽爆破、露天深孔爆破时的 V 形 起爆顺序或波浪形掏槽等),以此提高炸药能量的利用率,改善爆破效果。 由于自由面的增多,岩石的夹制 作用减弱,有利于岩石爆破破碎,从而可减小单位耗药量。 此外,自由面与药包的相对位置对爆破效果的影响也很大。 当其他条件相同时,炮孔与自由面夹角越 小,爆破效果越好。 炮孔平行于自由面时,爆破效果最好;反之,炮孔垂直于自由面时,爆破效果最差。 通过以上对岩石爆破破碎机理的分析可知,岩石的爆破破碎、破裂是爆炸应力波的压缩、拉伸、剪切和爆 生气体的膨胀、挤压、致裂、抛掷等共同作用的结果。 7郾 2郾 2摇 爆破漏斗理论 7郾 2郾 2郾 1摇 爆破漏斗 实际爆破工程中,往往是将药包埋置在自由面附近一定深度内实施的,爆破的外部作用乃是爆破破岩的 主要形式,爆破漏斗成为岩石爆破理论中的基本研究对象。 A摇 爆破漏斗的形成过程 设一球形药包,埋置在平整地表面下一定深度的坚固均质岩石中爆破。 如果埋深相同、药量不同,或者 药量相同、埋深不同,爆炸后则可能产生压碎区、破裂区,或者还产生片落区以及爆破漏斗。 图 7-6 所示为 药量和埋深一定的情况下爆破漏斗形成的过程。 WWW.KY114.CN 图 7-6摇 爆破漏斗形成过程示意图 ( a) 炸药爆炸形成的应力场;(b) 粉碎压缩区;(c) 破裂区(径向裂隙和环向裂隙); ( d) 破裂区和片落区(自由面处);(e) 地表隆起、位移;(f) 形成漏斗 爆破漏斗是受应力波和爆生气体共同作用的结果,其一般过程如下:在均质坚固的岩体内,当有足够的 炸药能量,且炸药与岩体可爆性相匹配时,在相应的最小抵抗线等爆破条件下,炸药爆炸产生两三千摄氏度 以上的高温和几万兆帕的高压,形成每秒几千米速度的冲击波和应力场,瞬间作用在药包周围的岩壁上,使 药包附近的岩石或被挤压,或被击碎成粉粒,形成了压碎区(近区)。 此后冲击波衰减为压应力波,继续在岩 体内自爆源向四周传播,使岩石质点产生径向位移,构成径向压应力和切向拉应力的应力场。 由于岩石抗拉 强度仅是抗压强度的 3% ~ 30% ,当切向应力大于岩石的抗拉强度时,该处岩石被拉断,形成与粉碎区贯通 的径向裂隙。 高压爆生气体膨胀的气楔作用助长了径向裂隙的扩展。 由于能量的消耗,爆生气体继续膨胀, 但压力迅速下降。 当爆源的压力下降到一定程度时,原先在药包周围岩石被压缩过程中积蓄的弹性变形能 释放出来,并转变为卸载波,形成朝向爆源的径向拉应力。 当此拉应力大于岩石的抗拉强度时,岩石被拉断, 形成环向裂隙。 在径向裂隙与环向裂隙出现的同时,由于径向应力和切向应力共同作用的结果,又形成剪切 裂隙。 纵横交错的裂隙,将岩石切割、破碎,构成了破裂区(中区)。 当应力波向外传播到达自由面时产生反 射拉伸应力波。 该拉应力大于岩石的抗拉强度时,地表面的岩石被拉断形成片落区。 在径向裂隙的控制下, 破裂区可能一直扩展到地表面,或者破裂区和片落区相连接形成连续性破坏。 与此同时,大量的爆生气体继 续膨胀,将最小抵抗线方向的岩石表面鼓起、破碎、抛掷,最终形成倒锥形的凹坑,此凹坑即称为爆破漏斗。 B摇 爆破漏斗的几何参数 设一球状药包在单自由面条件下爆破形成爆破漏斗的几何尺寸如图 7-7 所示。 其中最主要的几何参 摇774 7摇 爆 破 工 程 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 图 7-7摇 爆破漏斗四种基本形式 ( a) 松动爆破漏斗;(b) 减弱抛掷爆破漏斗;(c) 标准抛掷爆破漏斗;(d) 加强抛掷爆破漏斗 数(或几何要素)有 3 个,它们是: ( ( ( 1) 最小抵抗抗线 W。 装药中心到自由面的垂直距离,即药包的埋置深度,也就是倒圆锥的高度。 2) 爆破漏斗半径 r。 爆破漏斗底圆中心到该圆边上任意点的距离,即漏斗倒圆锥底圆半径。 3) 爆破作用半径 R。 药包中心到爆破漏斗底圆边缘上任意一点距离,即倒圆锥顶至底圆的长度。 从图 7-7 可见,三个尺寸中只有两个是独立的,常用最小抵抗线 W 和爆破漏斗半径 r 表示爆破漏斗的 形状和大小。 在爆破工程中,经常应用爆破作用指数 n,它是爆破漏斗半径 r 与最小抵抗线 W 的比值,即 n = Wr ,而爆 2 破作用半径也可表示成 R = W 1 + n 。 最小抵抗线方向是岩石爆破阻力最小的方向,也是爆破作用和破碎后岩块运动、抛掷的主导方向。 当装 药量一定时,从临界抵抗线开始,随着最小抵抗线的减少(或最小抵抗线一定,增加装药量),爆破漏斗半径 增大,被破碎的岩石碎块一部分被抛出爆破漏斗外形成爆堆,另一部分被抛出后又回落到爆破漏斗坑内。 回 落后爆破漏斗坑的最大可见深度 H 称为爆破漏斗可见深度,其值可用式(7-8)估算: H = CW(2n - 1) (7-8) 式中摇 C———爆破介质影响系数,对于岩石,取 C = 0郾 33;对于黏土,取 C = 0郾 45。 WWW.KY114.CN C摇 爆破漏斗的基本形式 根据爆破作用指数 n 值的大小,爆破漏斗有如下 4 种基本形式(图 7-7): ( 1) 松动爆破漏斗。 爆破漏斗内的岩石被破坏、松动,但并不抛出坑外,不形成可见的爆破漏斗坑。 此 时 n抑0郾 75。 它是控制爆破常用的形式。 当 n < 0郾 75 时,不形成从药包中心到地表面的连续破坏,即不形成 爆破漏斗。 例如,工程爆破中采用的扩孔(扩药壶)爆破。 ( 2) 减弱抛掷爆破(加强松动)漏斗。 r < W,即爆破作用指数 n 大于 1,但大于 0郾 75,即 0郾 75 < n < 1,成 为减弱抛掷漏斗(又称加强松动漏斗),它是井巷掘进常用的爆破漏斗形式。 3) 标准抛掷爆破漏斗。 r = W,即爆破作用指数 n = 1,此时漏斗展开角 兹 = 90毅,形成标准抛掷漏斗。 ( 在确定不同种类岩石的单位炸药消耗量时,或者确定和比较不同炸药的爆炸性能时,往往用标准爆破漏斗的 容积作为检查的依据。 ( 4) 加强抛掷爆破漏斗。 r > W,即爆破作用指数 n > 1,漏斗展开角 兹 > 90毅。 当 n > 3 时,爆破漏斗的有 效破坏范围并不随炸药量的增加而明显增大。 实际上,这时炸药的能量主要消耗在岩块的抛掷上,因此,n 3 已无实际意义。 所以,爆破工程中加强抛掷爆破漏斗的作用指数为 1 < n < 3。 这是露天抛掷大爆破或定 > 向抛掷爆破常用的形式。 根据爆破具体要求,一般情况下,n = 1郾 2 ~ 2郾 5。 D摇 柱状装药的爆破漏斗 球状装药属集中装药。 当装药长度大于装药直径的 6 倍时,称为条形装药或延长装药,柱状装药就是延 长装药。 一般炮孔装药都属于柱状装药。 ( 1) 柱状装药垂直于自由面时,由于炸药爆炸对岩石的施压方向和冲击波的传播方向与球状装药不同, 爆破时受到岩石的夹制作用较强,形成爆破漏斗要困难些,但一般仍能形成倒圆锥形的漏斗。 为分析此种装 药条件下爆破漏斗的形成,可把柱状装药看作是若干个小的球状集中药包。 如图 7-8 所示,最接近孔口的 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 7郾 2摇 爆 破 技 术 几段,由于抵抗线小,具有加强抛掷的作用;接近孔底的几段,由于抵抗线大,可能只有松动作用;炮孔最底部 的几段甚至不能形成爆破漏斗。 总的漏斗坑形状就是这些漏斗的外部轮廓线,大致是喇叭形。 孔底破坏少, 爆后留有残孔。 ( 2) 柱状装药平行于自由面时,通常存在两个自由面,应力波在两个自由面上都能产生反射,也都能产 生从自由面向药包中心的拉断破坏,因此爆破效果要比垂直自由面时好得多,如图 7-8、图 7-9 所示(图中的 L0 为炮孔深度)。 摇 摇 摇 摇 摇 图 7-8摇 装药垂直自由面的爆破漏斗 图 7-9摇 装药平行自由面的爆破漏斗 井巷掘进爆破多属于装药垂直于自由面的爆破,只需要将岩石从原岩体上破碎下来,不要求产生大量的 抛掷,只要求松动爆破。 此种装药条件形成的松动爆破漏斗体积为: 2 VL = rLWLb = nLW Lb 3 式中摇 VL———松动爆破漏斗体积,m ; rL———松动爆破漏斗半径,m; W———最小抵抗线,m; WWW.KY114.CN nL———松动爆破漏斗指数; Lb ———药心距爆破面的距离,m。 最小抵抗线 W 与临界抵抗线 W (此时临界抵抗线等于松动爆破作用半径)的关系为: c Wc W = (7-9) 2 L 1 + n nL 2 VL = Wc Lb (7-10) 2 L 1 + n 摇 摇 式(7-10)表明,当装药一定时(即 Wc 、Lb 一定),柱状装药形成松动漏斗的体积 VL 是松动爆破作用指数 nL 的函数,运用数学函数求极值的方法求得松动漏斗体积最大时的松动爆破作用指数为 nL = 1。 将其代入 式(7-9)可求得松动漏斗体积最大时的装药最优抵抗线为: W0 = 22 Wc 抑0郾 7Wc (7-11) E摇 多个装药同时爆破时的爆破漏斗 a摇 两个相邻装药同时爆破时中心连线上的受力特点 当两个相邻装药同时爆炸时,在中心连线上受到的应力将叠加而增大,岩石容易沿中心连线被切断。 1) 准静应力场的叠加。 当爆生气体较长时间保持在炮孔中时,膨胀压力使两炮孔连线上各点产生切 ( 向拉应力,如图 7-10 所示。 由于炮孔的应力集中,产生的拉应力最大处在炮孔壁与连线相交点,因此裂缝 首先产生在炮孔壁,然后向炮孔连线上发展,使岩石沿两炮孔中心连线断裂。 中心连线中点的外部则由于应力叠加产生抵消作用,形成应力降低区,从而增大了爆破块度,如图 7-11 所示。 摇776 7摇 爆 破 工 程 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 图 7-10摇 相邻炮孔同时爆破时中心连线上 图 7-11摇 相邻炮孔同时爆破时 拉应力集中区分布示意图 应力降低区示意图 ( 2) 应力波的叠加情形。 如果按应力波叠加来考虑,那么当两孔的爆炸压缩应力波在炮孔连线中点相 遇时,在连线方向的压应力叠加,而其切向的拉应力也将叠加,沿连线产生裂隙,如图 7-12 所示。 当压缩应力波遇自由面反射后,反射拉伸波的叠加,也将使两装药连线上的拉应力增大,使得两装药连 线处容易被拉断。 如图 7-13 所示的条件,若横波波速与纵波波速之比为 0郾 6 时,则 A 点叠加后的拉应力值 将是单一装药爆炸时反射拉伸波拉应力值的 1郾 88 倍,图中 B 和 C 分别为两相邻装药,该图为两装药同时爆 炸时反射波波阵面上应力场计算示意图。 摇 摇 摇 摇 摇 WWW.KY114.CN 图 7-12摇 相邻炮孔同时爆破时 图 7-13摇 相邻炮孔同时爆破时 压应力叠加示意图 反射拉伸波叠加示意图 从模拟爆破实验的高速摄影观测可以清楚地看到相邻炮孔沿中心连线断裂的情况,通常都是裂损从两 炮孔处开始,向连线中间发展。 b摇 相邻装药的装药密集系数对爆破漏斗的影响 相邻两装药的间距 a 与最小抵抗线 W 的比值称为装药密集系数 m,从实践经验中得出(图 7-14): ( ( ( ( ( 1) 当 m > 2 时(即 a > 2W),炮孔间距 a 过大,两装药孔各自形成单独的爆破漏斗; 2) 当 m = 2 时,两装药孔各自形成的爆破漏斗刚好相连(假设为标准漏斗); 3) 当 2 > m > 1 时,两装药孔合成一个爆破漏斗,但往往两装药孔之间底部破碎不够充分; 4) 当 1逸m逸0郾 8 时,两装药孔爆破后合成一个爆破漏斗,底部平坦,此时漏斗体积最大; 5) 当 m < 0郾 8 时,两装药孔距离过近,大部分能量用于抛掷岩石,漏斗体积反而减小。 图 7-14摇 装药密集系数 m 对爆破漏斗形成的影响示意图 ( a) m > 2;(b) m = 2;(c) 2 > m > 1;(d) 1逸m逸0郾 8;(e) m < 0郾 8 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 7郾 2摇 爆 破 技 术 郾 2郾 2郾 2摇 利文斯顿爆破漏斗理论 7 A摇 利文斯顿爆破漏斗理论的实质 利文斯顿在各种岩石、不同炸药量、不同埋深的爆破漏斗试验的基础上,论证了炸药爆炸能量分配给药 包周围岩石以及地表外空气的几种方式,提出以能量平衡为准则的岩石爆破破碎的爆破漏斗理论。 所以,爆 破漏斗理论又称能量平衡理论。 利文斯顿认为,炸药在岩体内爆破时,传递给岩石爆破能量的多少和速度的快慢,取决于岩石性质、炸药 性能、药包重量、炸药埋置深度、位置和起爆方式等因素。 当岩石条件一定时,爆破能量的多少取决于炸药重 量,爆炸能量的释放速度与炸药起爆的速度密切相关。 炸药能量释放后,主要消耗在以下 4 个方面: (1)岩 石的弹性变形;(2)岩石的破碎和破裂;(3)岩石的抛掷;(4)空气冲击波和对气体做功。 而炸药能量在以上 4 个方面的分配比例,又取决于炸药的埋置深度。 当埋置深度 W 比较大时,炸药的能量被岩石完全吸收,消耗于岩石的弹性变形和破碎两项;若减小埋置 深度 W,岩石此两项所吸收的能量将达到饱和状态,这时岩体地面开始隆起,甚至破裂的岩石被抛掷出去。 岩石中弹性变形能和破碎能达到饱和状态时的埋置深度称为临界埋置深度 Wc ,此时炸药量与埋置深度有如 下关系: 1 3 Wc = Eb Q (7-12) 1 / 3 ; 式中摇 Eb ———变形能系数,m/ kg Q———装药量,kg。 利文斯顿从能量的观点出发,阐明了岩石变形能系数 Eb 的物理意义。 他认为,Eb 的意义为在一定炸药 量 Q 的条件下,地表岩石开始破裂时,岩石可能吸收的最大能量。 超过其能量限度,岩石将由弹性变形变为 破裂,因此 Eb 的大小是衡量岩石可爆性难易的一个指标。 若继续减小埋置深度 W,这时炸药爆炸释放的能量传给岩石的比例减少,而传给空气的比例相对增加, 即将有一部分能量用于抛掷岩石和形成空气冲击波或对空气做功,在自由面处形成爆破漏斗。 当埋置深度 WWW.KY114.CN 减小到某一深度时,形成的爆破漏斗体积最大,此时的埋置深度称为最佳埋置深度 W 。 此时,炸药爆炸能量 0 消耗于岩石的比例最大,破碎率最高,而消耗于岩石抛掷及形成空气冲击波的比例较小,因此,爆破能量的有 效利用率最高。 如果药包埋置深度不变,而改变炸药量,则爆破效果与上述能量释放和吸收的平衡关系是一致的。 为便 W ÷ö,最佳深度比为 驻0 æ W0 ÷ö,因此 æ è 于比较和计算,把埋置深度 W 与临界深度 Wc 之比称为深度比 驻 ç 驻 = W ç 驻0 = W ø c ø è c 1 3 有 Wc = 驻0 Eb Q 。 在实际的岩石爆破中,可以通过改变埋置深度,也就是改变最小抵抗线,来调整或平衡炸药爆炸能量的 分配比例,实现最佳的爆破效果。 实际应用中,只要通过实验求出岩石的变形能系数 E0 和最佳深度比 驻0 ,就可做出合理装药量和埋置深 度的计算。 为便于分析,常采用比例爆破漏斗体积 QV (单位药量的爆破漏斗体积)、比例埋置深度 、比例爆破漏斗 W 1 3 Q 半径 r 和深度比 驻 为研究对象。 1 3 Q 利文斯顿爆破漏斗理论不仅表明了装药量和爆破漏斗的关系,还能确定不同岩石的可爆性,比较不同炸 药品种的爆破性能。 B摇 爆破漏斗特性 利文斯顿提出了以能量平衡为准则的爆破漏斗理论之后,国外一些学者做了大量的工作。 他们从实验 室到生产现场的试验和应用,对不同性能炸药、药量、药包形式、埋深和难爆易爆岩石等不同条件进行了对比 摇778 7摇 爆 破 工 程 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 试验,用爆破漏斗特性曲线进一步确定了爆破漏斗的理论性和科学性,并证明了不同条件下爆破漏斗特性比 较一致的爆破规律。 3 图 7-15 为花岗岩中用不同炸药时得到的爆破漏斗试验曲线,纵坐标为 V/ Q(m / kg),横坐标为炸药埋 1 3 3 置深度 W(m)。 图 7-16 为不同岩石的爆破漏斗试验曲线,纵坐标为比例药包、埋深 W/ Q(m/ kg ),横坐标 1 3 3 为比例药包半径 r/ Q(m/ kg ),所采用炸药为浆状炸药,从曲线中可以看出最佳深度比为 0郾 58。 摇 摇 摇 图 7-15摇 不同炸药的花岗岩爆破漏斗特性曲线示意图 图 7-16摇 不同岩石的爆破漏斗特性曲线示意图 1—花岗岩;2—砂岩;3—泥土岩 1 —铵油炸药;2—浆状炸药;3—含铝浆状炸药 C摇 利文斯顿爆破漏斗理论的实际应用 爆破漏斗试验是利文斯顿爆破理论的基础。 首先,根据爆破漏斗试验的有关数据可以合理选择爆破参 数,提高爆破效率;其次,对不同成分的炸药进行爆破漏斗试验和对比分析,可为选用炸药提供依据,如 图 7-15所示;另外,利文斯顿的变形能系数还可以作为岩石可爆性分级的参考判据,如图 7-16 所示。 ( 1) 对比炸药的性能。 用爆破漏斗试验可代替习惯沿用的铅 测定爆力法。 根据利文斯顿爆破漏斗理 论的基本公式,在同一种岩石中,炸药量一定,但炸药品种不同,进行爆破漏斗试验时,炸药威力大者,传给岩 WWW.KY114.CN 石的能量高,则其临界埋深 W 值较大;反之,炸药威力小者,其临界埋深也小。 由于 W 值的不同,Eb 值也就 c c 不一样,因此可以对比各种不同品种炸药的爆炸性能。 ( 2) 评价岩石的可爆性。 根据式(7-12),在选定炸药品种、炸药量为常数时,据炸药的临界埋深 W0 可 求出不同岩石种类中该种岩石变形能系数 Eb ,即当 Q = 1 时,可认为单位重量的炸药(如 1 kg)的弹性变形能 系数 Eb 在数值上就等于临界埋深 Wc 。 爆破坚韧性岩石,1 kg 炸药爆破的 Wc 值必然小,弹性变形能系数 Eb 也较小,说明消耗能量大,岩石难爆;爆破非坚韧性岩石,单位药量的临界埋深 W,必然较大,弹性变形能系数 Eb 值也较大,表明吸收的能量小,故岩石易爆。 所以,可以用岩石弹性变形能系数 Eb 作为对比岩石可爆性 的判据。 ( 3) 爆破漏斗理论在工程爆破中的应用。 爆破漏斗理论被广泛应用在露天台阶深孔爆破、露天开沟药 室爆破、地下 VCR 法采矿爆破及深孔爆破掘进天井等。 7郾 2郾 3摇 浅孔爆破 7 郾 2郾 3郾 1摇 概述 浅孔爆破俗称浅眼爆破、炮眼爆破,所用炮孔直径小于 50 mm,孔深在 5 m 以内,用浅孔进行爆破的方法 称为浅孔爆破法。 浅孔爆破法适用范围广泛,设备简单,方便灵活,工艺简单,只要严格掌握药量计算,并根据岩石性质调 整爆破参数,能容易达到目的要求。 浅孔爆破法是爆破工程中较早发展起来的爆破方法,在现代爆破技术 中,它依然有着广泛的应用范围。 无论是露天还是在地下开挖工程中,浅孔爆破仍占有较大比重。 如探矿巷 道掘进、开拓和采准巷道的掘进、隧道掘进或地下硐室的开挖、露天小台阶爆破,几乎全部采用浅孔爆破法; 露天深孔爆破时钻孔平台的平整和清理,大块岩、矿石的二次破碎,沟、渠及桥涵基础开挖中的石方爆破,清 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 7郾 2摇 爆 破 技 术 刷岩石边坡和处理孤石、危石等等,也都要用浅孔爆破法。 浅孔爆破法之所以能在爆破工程领域中得到广泛、长期的应用,是因为它具有以下很多突出的优点:它 所使用的钻孔机械主要是手持式或气腿式凿岩机以及凿岩台车。 这些机械,操作技术简单,使用灵活方便, 在没有凿岩机的条件下,还可以用人工打钎凿岩,增加了它的适应性,对于不同的爆破目的和工程需要,易于 通过调整炮孔位置和装药量的方法,控制爆破岩石的块度,限制围岩的破坏范围。 常采用 YT鄄30、YT鄄24、 7655、YSP鄄45 型等,它们以压缩空气为动力,进行湿式凿岩。 炸药一般多采用硝铵炸药,有水的炮孔常用含 水硝铵炸药(或水胶炸药、乳化炸药),或采取防水措施进行爆破。 药卷直径为 32 ~ 35 mm,少数情况下采用 25 ~ 30 mm 的小直径炸药或 38 ~ 45 mm 的大直径药卷。 浅孔爆破的爆破参数(W、a、q、Q、L 等)应根据矿(岩)石特性、使用条件和爆破材料等因素来确定。 浅孔爆破在施工前,应清理工作面,如查清炮孔数目、清除炮孔内积水或泥渣等,方能进行装填。 每个炮 孔的装药量应严格按设计要求装填,装药系数为 渍。 L z 渍 = L (7-13) k 式中摇 渍———装药系数,即每米孔深的装药长度; Lz ———装药长度,mm; Lk ———炮孔深度,mm。 炮孔装药后剩余部分炮孔填塞炮泥并加以捣固。 起爆药包一般放置于孔底第二个药卷位置,雷管聚能 穴朝向孔口,进行反向爆破;或将起爆药包置于孔口第二个药卷位置,雷管聚能穴朝向孔底,正向爆破。 实践 经验证明反向爆破比正向爆破的效果好得多。 浅孔爆破可采用导爆管起爆法,但要求必须一次起爆。 用电雷管起爆法时,一定要防止杂散电流的危 害。 装药前电雷管脚线必须短路,连接时裸露接头不允许接触岩石、管道,接头不能相互接触。 浅孔爆破法的主要缺点是:机械化程度还不够高,工人劳动强度大,劳动生产率低,爆破作业频繁,大大 地增加了爆破安全管理的工作量。 WWW.KY114.CN 郾 2郾 3郾 2摇 井巷掘进中的浅孔爆破 7 浅孔爆破法是井巷掘进中使用的基本爆破方法。 爆破效果的好坏直接影响井巷施工的质量、速度和成 本。 合理地布置工作面上的炮孔和正确确定爆破参数,是取得良好爆破效果和加快掘进速度的重要保证。 A摇 井巷掘进中的炮孔排列 井巷掘进中的炮孔,按其作用的不同,可分为掏槽孔、辅助孔和周边孔。 掏槽孔是为辅助孔创造第二个 自由面,辅助孔是为了进一步扩大掏槽的体积,而周边孔是为形成正确的井巷断面形状。 对于平巷和斜井而 言,周边孔又可分为顶孔、底孔和帮孔。 各类炮孔位置及其作用范围如图 7-17 所示。 井巷掘进爆破时,一般只有一个自由面,爆破条件困难。 为了创造第二个自由面,可以在掘进工作面的某一适当位置 布置少量炮孔,爆破时首先起爆,在工作面形成一个槽口,为 其余的炮孔爆破创造有利条件,这些首先起爆的少量炮孔就 称为掏槽孔。 为了提高其他炮孔的爆破效果,掏槽孔应比其他炮孔加 深 150 ~ 200 mm,装药量增加 15% ~ 20% 。 根据巷道断面、岩石性质和地质构造等条件,掏槽孔的 排列形式有很多种类,归纳起来可分成倾斜孔掏槽和垂直孔 掏槽两大类,此外还有两者结合的混合式掏槽。 a摇 倾斜孔掏槽 图 7-17摇 各类炮孔位置及其作用范围示意图 a—掏槽;b—扩槽;c—形成巷道规格断面; 1 —顶孔;2—帮孔;3—底孔 倾斜孔掏槽是指掏槽孔方向与工作面斜交的掏槽方法。 通常有单向掏槽、锥形掏槽和楔形掏槽几种 形式。 摇780 7摇 爆 破 工 程 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 ( 1) 单向掏槽。 掏槽孔排列成一行,并朝一个方向倾斜。 此类掏槽主要是根据工作面不同的岩层条件,选 择薄弱部位布置炮孔,按炮孔部位和倾斜方向,可分为顶部掏槽、底部掏槽、侧向掏槽和扇形掏槽(图 7-18)。 图 7-18摇 单向掏槽 ( a) 顶部掏槽;(b) 底部掏槽;(c) 侧向掏槽;(d) 扇形掏槽 当巷道顶部有软夹层或巷道顶板正好是岩层的自然接触面或岩层层理与裂隙背向工作面倾斜时,采用 顶部掏槽。 当巷道底部有软夹层或巷道底板正好是岩层的自然接触面或岩层层理与裂隙向着工作面倾斜 时,采用底部掏槽。 当巷道一侧有软夹层或层理、裂隙向侧帮倾斜时,采用侧向掏槽。 当工作面遇到夹层位 于巷道中部或斜交时,常采用扇形掏槽。 WWW.KY114.CN 2) 锥形掏槽。 各掏槽孔以相等或近似相等的角度向工作面中心轴线倾斜,孔底趋于集中,但互相并不 单向掏槽法可根据巷道断面大小或软夹层的厚度不同,布置一排或两排掏槽孔。 掏槽孔的倾斜角度一 般为 50毅 ~ 70毅,岩石坚固程度高,角度取小值。 ( 贯通,爆破后形成锥形槽。 孔数为 3 ~ 6 个,通常呈三角锥形、正锥形和圆锥形(图 7-19)。 图 7-19摇 锥形掏槽 ( a) 三角锥形;(b) 正角锥形;(c) 圆锥形 正锥形掏槽在平巷掘进中使用较多,圆锥形掏槽多用于竖井掘进。 锥形掏槽孔有关参数视岩石性质而 定,施工中可参考表 7-2 所列数据选取。 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 7郾 2摇 爆 破 技 术 表 7-2摇 锥形掏槽孔要素 相邻炮孔间距/ m 岩石坚固性系数 f 炮孔倾角/ (毅) 孔口距离 1郾 00 ~ 0郾 90 0郾 90 ~ 0郾 85 0郾 85 ~ 0郾 80 0郾 80 ~ 0郾 70 0郾 70 ~ 0郾 60 0郾 60 ~ 0郾 50 0郾 50 ~ 0郾 40 孔底距离 0郾 40 2 6 ~ 6 ~ 8 75 ~ 70 70 ~ 68 68 ~ 65 65 ~ 63 63 ~ 60 60 ~ 58 58 ~ 55 0郾 30 8 ~ 10 0郾 20 1 1 1 1 0 ~ 13 3 ~ 16 6 ~ 18 8 ~ 20 0郾 20 0郾 15 0郾 10 0郾 10 ( 3) 楔形掏槽。 通常由两排相对称的倾斜炮孔组成,爆破后形成楔形槽。 楔形掏槽可分为垂直楔形掏 槽和水平楔形掏槽两种(图 7-20)。 WWW.KY114.CN 图 7-20摇 楔形掏槽 ( a) 垂直楔形掏槽;(b) 水平楔形掏槽 2 楔形掏槽常用于中硬以上的均质岩石,且巷道断面大于 4 m 的工作面中。 当巷道岩层有水平层理时, 宜采用水平楔形掏槽,以利于钻孔和爆破。 每对掏槽孔间距为 0郾 2 ~ 0郾 6 m,掏槽孔与工作面交角为 55毅 ~ 75毅,孔底距离为 10 ~ 20 cm。 楔形掏槽炮孔参数根据岩石性质而定,参见表 7-3。 表 7-3摇 楔形掏槽的主要参数 岩石坚固性系数 f 炮孔与工作面夹角/ (毅) 75 ~ 70 两排炮孔孔口距离/ m 0郾 6 ~ 0郾 5 炮孔数目 2 6 ~ 6 ~ 8 4 4 ~ 6 6 70 ~ 65 0郾 5 ~ 0郾 4 8 ~ 10 65 ~ 63 0郾 4 ~ 0郾 35 0郾 35 ~ 0郾 30 0郾 30 ~ 0郾 20 0郾 20 1 1 1 0 ~ 12 2 ~ 16 6 ~ 20 63 ~ 60 6 60 ~ 58 6 58 ~ 55 6 ~ 8 倾斜掏槽的优点是:所需掏槽孔数量较少,掏槽体积大,易将岩石抛出,有利于其他炮孔的爆破,缺点是:掏 槽孔深度受到巷道断面限制,因而影响到每个掘进循环的进尺;岩石抛掷距离远,岩堆分散,影响装岩效率。 b摇 垂直孔掏槽 垂直孔掏槽也称直线掏槽,所有掏槽孔均垂直于工作面,炮孔之间相距较近且保持互相平行,其中有一 摇782 7摇 爆 破 工 程 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 个或数个不装药的空孔,作为装药炮孔爆破时的辅助自由面。 垂直孔掏槽有龟裂掏槽、桶形掏槽和螺旋形掏 槽三种类型。 ( 1) 龟裂掏槽。 掏槽孔布置在一条直线上,彼此间严格平行,装药孔与空孔间隔布置,爆破后形成一条 槽缝,故又称缝形掏槽(图 7-21(a))。 掏槽孔数目与巷道断面大小及岩石坚固性成正比,通常为 3 ~ 7 个。 眼间距离一般取 8 ~ 15 cm,龟裂掏槽体积较小,故常被桶形掏槽所代替(图 7-21(b))。 图 7-21摇 龟裂掏槽和桶形掏槽 ( a) 龟裂掏槽;(b) 桶形掏槽 ( 2) 桶形掏槽。 桶形掏槽又称为角柱形掏槽,各掏槽孔互相平行且呈对称形式。 空孔直径可与装药孔 相同,也可采用 75 ~ 100 mm 大直径空孔,以便增强自由面的作用。 图 7-22 所示为大直径空孔角柱形掏槽, 图 7-23 所示为普通直径空孔桶形掏槽,其中有些掏槽孔呈非对称排列。 桶形掏槽较龟裂掏槽形成的槽子 WWW.KY114.CN 体积大,在中硬岩石中使用较为普遍。 图 7-22摇 大直径空孔角柱形掏槽 荫—装药孔;〇—空孔;1 ~ 4—起爆顺序 图 7-23摇 桶形掏槽的几种变形 1 ~ 6—起爆顺序 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 7郾 2摇 爆 破 技 术 ( 螺旋线布置,并由近及远顺序起爆,能充分利用自由面,扩大掏槽效果,其扩槽原理如图 7-24 所示。 小直径空孔螺旋形掏槽的典型布孔方案如图 7-25 所示。 空孔一般只用一个,遇到坚韧难爆的岩石时, 可以增加 1 ~ 2 个空孔,如图 7-25 中虚线所示。 螺旋形掏槽孔爆破后往往在槽中存留下被压实的岩渣,影响 辅助孔的爆破效果,为了克服这一缺点,常将空孔比装药孔加长 300 ~ 500 mm,并在孔底装入 200 ~ 300 g 炸 药,然后用充填物堵塞约 100 mm,待所有掏槽孔爆破之后,紧接着反向起爆,以利抛渣。 各装药孔与空孔之 间的距离,可根据炮孔直径 d,参考下式确定:L1 = (1 ~ 1郾 8) d;L2 = (2 ~ 3郾 5) d;L3 = (3 ~ 4郾 5) d;L4 = (4 ~ 5郾 5)d。 摇 摇 摇 图 7-24摇 螺旋掏槽原理示意图 图 7-25摇 小直径空孔螺旋掏槽 1 ~ 4—起爆顺序 ( a) 小直径空孔;(b) 大直径空孔 0 —空孔;1 ~ 4—起爆顺序 大直径空孔螺旋形掏槽炮孔布置如图 7-26 所示。 WWW.KY114.CN 垂直掏槽与倾斜掏槽相比,其优点是:孔深不受巷道断面限制,可进行较深炮孔的爆破,加大一个掘进循 环的进尺;掏槽体积里外大小较一致,因而相邻炮孔的最小抵抗线里外也较一致,爆落矿岩的块度均匀,不会 抛掷太远,爆堆集中在工作面附近,有利于装岩。 其缺点是:掏槽孔数较多,掏槽体积小,装药孔和空孔的间 距不能太大且需相互平行,要求要有较高的钻孔技术。 c摇 混合掏槽 混合掏槽是指两种以上的掏槽方式混合使用。 在遇到岩石特别坚硬或巷道断面较大时,可以采用如 图 7-27所示的混合掏槽。 摇 摇 摇 摇 摇 摇 图 7-26摇 大直径空孔螺旋掏槽 图 7-27摇 混合掏槽 ( a) 桶形与锥形混合;(b) 复式楔形掏槽 摇784 7摇 爆 破 工 程 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 B摇 井巷掘进中爆破参数的确定 a摇 炮孔直径 炮孔直径的大小直接影响钻孔速度、炮孔数目、单位炸药消耗量、爆落岩石的块度和井巷轮廓的平整性。 炮孔直径增加,意味着药卷直径加大,有利于提高爆炸反应的稳定性、增加爆速,但是炮孔直径过大,不仅使 钻孔速度下降,而且因炮孔数目减少影响炸药的均匀分布,使岩石的破碎质量变差。 我国地下矿山井巷掘进 2 中,一般采用 36 ~ 43 mm 的炮孔直径,在小断面巷道(S臆4m )掘进中,采用 25 ~ 30 mm 小直径炮孔,配合使 用轻型高频凿岩机、压气装药和高威力炸药,也可获得良好的爆破效果。 b摇 炮孔深度 炮孔深度是指炮孔底到工作面的垂直距离,而沿炮孔方向的实际深度称为炮孔长度。 炮孔深度的大 小,不仅影响着每个掘进工序的工作量和完成各工序的时间,而且影响爆破效果和掘进速度。 它是决定 每班中掘进循环次数的主要因素。 为了实现快速掘进,在提高机械化程度、改进掘进技术和改善工作组 织的前提下,应力求加大孔深并增多循环次数。 根据我国快速掘进的经验,采用深孔多循环,能使工时得 到充分利用,增加凿岩和装岩时间,减少装药、爆破、通风和准备工作的时间。 但是,孔深和循环次数又是 矛盾的两个方面,必须正确分析和处理,随着掘进机械化程度的提高和掘进技术的改进,当达到一定循环 指标后,适当地控制循环次数,逐步增加孔深是适宜的。 但巷道断面愈小,随着孔深增加,爆破受到的夹 制作用更大。 目前,在我国巷道掘进中孔深以 1郾 5 ~ 2郾 5 m 用得最多。 随着新型高效率凿岩机和先进的 装运设备的出现,以及爆破器材质量的提高,在中等断面以上的巷道掘进中,采用凿岩台车凿岩,将孔深 增至 3 ~ 3郾 5 m,这在技术经济上是合理的。 在竖井掘进中,若井筒直径为 D(m),根据经验,炮孔深度 L 可 按式(7-14)关系选取: L = (0郾 3 ~ 0郾 5)D (7-14) c摇 单位炸药消耗量 3 3 爆破 1 m 原岩所需的炸药重量称为单位炸药消耗量(kg / m ),其大小对爆破效果、凿岩和装岩工作量、 WWW.KY114.CN 炮孔利用率、巷道轮廓的平整性和围岩的稳定性都有较大的影响。 单位炸药消耗量偏低时,则可能使巷道断 面达不到设计要求,岩石破碎不均匀,甚至崩落不下来。 当单位炸药消耗量偏高时,不仅会增加炸药的用量, 而且可能造成巷道超挖、降低围岩的稳定性,甚至还会损坏支架和设备。 单位炸药消耗量取决于岩石的性质、巷道断面、炮孔直径和炮孔深度等多种因素,关系复杂,尚无完善的 理论计算方法。 在掘进爆破工作中,常根据国家定额选取或用经验公式计算。 d摇 炮孔间距 炮孔间距的确定一般是根据一个掘进循环所需要的总装药量计算出总炮孔数目后,再按巷道断面的大 小及形状均匀地布置炮孔。 平巷掘进中,掏槽孔有多种不同的形式,其孔间距也有所不同,可参考表 7-2、表 7 -3 的有关数据,以及图 7 - 22、图 7 - 25、图 7 - 26 所标数据。 周边孔的孔口至轮廓线的距离一般为 00 ~ 250 mm,在坚硬岩石中取小值;周边孔的孔口间距则为 500 ~ 800 mm,底孔的间距取小值。 辅助孔的间 1 距为 400 ~ 600 mm。 7郾 2郾 3郾 3摇 回采落矿浅孔爆破 井下浅孔落矿爆破,也称井下浅眼落矿爆破。 与井巷掘进爆破相比较,它具有下列一些特点:具有两个 以上的自由面,爆破面积和爆破量都比较大。 通常井下浅孔落矿要求爆破作业安全,每米炮孔落矿量大,回 采强度高,大块少,二次破碎量要小,矿石损失、贫化低,材料消耗少。 A摇 炮孔排列 井下浅孔落矿的炮孔排列方向,有上向倾斜和近似水平倾斜两种,如图 7-28 所示,前者应用广泛。 炮 孔在工作面的排列形式有平行排列和交错排列之分,如图 7-29 所示。 平行排列适用于矿石坚硬、矿体与围 岩接触界线不明显,采幅较宽的矿脉。 交错排列使炸药在矿体内部分布均匀,崩落矿石也较均匀,在矿山生 产中,使用非常广泛,当采幅宽度较窄时,其效果更为显著。 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 7郾 2摇 爆 破 技 术 摇 摇 摇 摇 图 7-28摇 浅孔排列方向 图 7-29摇 崩矿的炮孔排列 ( a) 平行排列;(b) 交错排列 B摇 爆破参数 a摇 炮孔直径和深度 炮孔直径除了与井巷掘进中谈到的一些影响因素有关外,还与矿体的赋存条件有关。 我国浅孔落矿广 泛使用的药包直径为 32mm,其相应的炮孔直径 38 ~ 42mm。 这些年来,不少有色金属矿山曾试用 25 ~ 28mm 的小直径药卷爆破,控制采幅、降低损失贫化率方面取得了比较显著的效果。 同时,使用小直径炮孔还可以 提高凿岩效率和矿石回收率。 当开采薄矿脉时,尤其是开采稀有金属和贵重金属矿床时,特别适宜使用小直 径炮孔爆破。 炮孔深度与矿体、围岩的性质、矿体厚度及其规则性等因素有关。 井下落矿常用孔深为 1郾 5 ~ 2郾 5 m,有 时达 3 ~ 4 m。 当矿体较薄,矿岩不稳固和形状不规则时,应选取小值;相反时选取较大值。 WWW.KY114.CN b摇 最小抵抗线和炮孔间距 井下浅孔落矿,若平行布孔时,最小抵抗线与炮孔排距通常用同值。 而炮孔间距 a(指同排炮孔之间的 距离)值的大小对爆破效果影响很大,一般地说,最小抵抗线和炮孔间距取用值偏大时,会影响爆破质量,大 块增多;相反,如果取值偏小时,则矿石会被过分破碎,既浪费爆破材料,又给易氧化、易黏结、易自燃的矿石 装运和放矿工作带来困难。 通常,最小抵抗线 W 和炮孔间距 a 的取值可按下列经验公式选取。 W = (25 ~ 30)d a = (1 ~ 1郾 5)W (7-15) (7-16) 式中摇 d———炮孔直径,mm。 c摇 单位炸药消耗量 单位炸药消耗量的大小除与所崩落的矿石性质、所使用炸药的性能、炮孔直径、孔深有关外,还与矿床的 赋存条件有关。 一般说来,矿体厚度小、孔深大时,单位炸药消耗量大。 目前,单位耗药量的选取,除与井巷 掘进单位炸药消耗量的方法一样外,还可根据经验来确定。 表 7-4 所列经验数据适用于硝铵类炸药,可供 参考。 表 7-4摇 井下浅孔落矿单位耗药量 矿石坚固性系数 f 单位炸药消耗量 q/ (kg/ m ) < 8 8 ~ 10 10 ~ 15 > 15 3 0郾 26 ~ 1郾 0 1郾 0 ~ 1郾 6 1郾 6 ~ 2郾 6 2郾 8 以上 采场一次落矿装药量 Q 与采矿方法、矿体赋存条件、爆破范围等因素有关。 由于影响因素较多,难以用 一个统一公式来计算,一般常用一次爆破矿石的原体积估算。 摇786 7摇 爆 破 工 程 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 Q = qmL忆Lcp (7-17) 3 式中摇 q———单位炸药消耗量,kg / m ; m———矿体厚度,m; L忆———一次落矿总长度,m; Lcp ———炮孔平均深度,m。 C摇 装药和堵塞 装药和堵塞是爆破工作的一道重要工序,其质量的优劣直接影响爆破效果。 国内外实践证明,反向起爆能提高炮孔利用率,能充分利用炸药的爆炸能量,改善爆破质量,增大抛渣距 离和降低炸药消耗量。 此外,只要进行一定堵塞,冲炮现象大大减少,同时处理盲炮较安全,因为可掏出炮泥 后重新装入起爆药包起爆。 为什么反向起爆时爆破效果会好呢? 这是由于反向起爆时,爆轰波的传播方向与岩石抛掷运动方向一 致,这就使得在自由面反射后能形成强烈拉伸应力,从而提高了自由面附近岩石的破碎效果;同时孔底起爆, 起爆药包距自由面有一定距离,爆生气体不会立即从孔口冲出,因而爆炸能量得到充分利用,并且增大了孔 底的爆炸作用力和作用时间,有利于提高爆破效果。 另外在软岩和裂隙较发育的岩石中,孔底反向起爆可以 避免相邻炮孔相互间的带炮和孔底留有残药之现象。 目前,反向和中部双向起爆用得较广泛,而正向起爆多 用于采石等。 炮孔装药后孔口堵塞与否,对于爆破效果有较大的影响。 堵塞是为了提高炸药的密闭效果和爆轰气体 压力的有效利用。 良好的堵塞可以提高炸药的爆轰性能,主要是阻止爆轰气体过早地从装药空间冲出,保证 炸药在炮孔内反应完全和形成较高的爆压,充分发挥炸药的能量,从而提高爆破效果。 提高和保证堵塞效果的办法,主要是选择堵塞材料和必需的堵塞长度,以达到堵塞物与孔壁之间有一定 的摩擦阻力。 常用的堵塞材料有沙子、黏土等。 炮孔爆破常用沙子与黏土以 3 颐 1 的比例混合配制成炮泥。 堵塞长度应视装药量的多少、炸药性能、岩石性质和炮孔直径等因素综合考虑。 堵塞长度与抵抗线 W 有关, WWW.KY114.CN 一般取堵塞长度 lg 可用经验公式(7-18)计算: l = (1郾 0 ~ 1郾 2)W (7-18) g 通常情况下若炮孔直径为 25 ~ 50 ~ 70 mm 时,堵塞长度相应地为 18 ~ 45 ~ 50 cm。 采场浅孔崩矿爆破起 爆操作与掘进时基本相同,主要问题在于合理安排起爆顺序。 一般起爆顺序安排的原则是:近自由面先爆, 一排炮孔最好同段雷管起爆。 7郾 2郾 4摇 地下矿山深孔爆破 随着我国采矿工业的发展,深孔爆破在大型地下矿山得到广泛地应用,爆破规模也日趋增大,爆破方法 也逐步得到完善。 深孔爆破可应用在不同的采矿方法中,尤其在空场采矿法、崩落采矿法、矿柱回采和采空区的处理等方 面都获得良好的效果。 国内一般将深孔进一步分为中深孔和深孔:把炮孔直径为 50 ~ 75 mm、孔深 5 ~ 15 m 的接杆凿岩机钻凿 的炮孔称为中深孔;而炮孔直径大于 75 mm、孔深为 15 m 以上的炮孔称为深孔。 实际上,随着凿岩设备和凿 岩工具的改进,两者之间的界限有时并不明显,为了简单起见,炮孔深度大于 5 m 的采场崩矿爆破统称为深 孔爆破。 深孔爆破崩矿工艺的特点是:效率高、速度快、作业安全,可使矿床开采强度和落矿劳动生产率大为 提高,因而获得广泛的应用。 深孔的排列和爆破参数的确定是爆破设计工作中一项重要的内容。 选择的基本原则是根据矿体的轮 廓、所使用的采矿方法、采场结构、采切布置等条件,将炸药均匀地分布在需要崩落范围的矿体内,使爆破后 的矿石能完全崩落下来,尽量减少矿石的损失和贫化,而且矿石破碎要均匀,粉矿和大块要少,崩矿效率高和 回采成本低。 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 7郾 2摇 爆 破 技 术 郾 2郾 4郾 1摇 扇形孔回采爆破 7 A摇 布孔形式 深孔的排列形式基本上分成两大类,即平行排列和扇形排列。 平行排列即各炮孔相互平行,孔间距在炮孔全长上均相等。 根据深孔的方向不同,平行深孔又分为上 向、下向和水平三种,如图 7-30 所示。 一般平行排列的深孔适用于边界较规则的厚大矿体崩矿。 WWW.KY114.CN 图 7-30摇 平行深孔排列方式 ( a) 上向平行深孔;(b) 下向平行深孔;(c) 水平平行深孔 1 —凿岩巷道;2—深孔 扇形排列即在同一排面上深孔成放射状,炮孔间距自孔口到孔底逐渐增大,孔口密,孔底稀,如图 7-31 所示。 扇形深孔也有 3 种形式,即上向扇形深孔、下向扇形深孔和水平扇形深孔。 扇形排列与平行排列相比较,其优点是: ( ( ( ( 1) 每凿完一排炮孔才移动一次凿岩设备,辅助时间相对较少,可提高凿岩效率; 2) 对不规则矿体布置深孔十分灵活; 3) 所需凿岩巷道少,准备时间短; 4) 装药和爆破作业集中,节省时间,在巷道中作业条件 好,也较安全。 其缺点是: ( 1) 炸药在矿体内分布不均匀,孔口密、孔底稀,爆落的 矿石块度也不均匀; ( 2) 每米炮孔崩落矿石量少。 扇形排列的优缺点正好与平行排列的优缺点相反。 比较 可以看出,扇形排列的优点突出,特别是凿岩巷道掘进工作量 图 7-31摇 垂直上向扇形深孔 1—沿脉凿岩巷道;2—深孔 少,凿岩辅助时间少,因而广泛应用于生产实际中。 平行排列只是在开采坚硬规则的厚大矿体时才用,一般 摇788 7摇 爆 破 工 程 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 很少应用。 根据我国冶金矿山的实际,下面仅就扇形深孔中的水平扇形、垂直扇形和倾斜扇形排列分别进行讲述。 a摇 水平扇形排列 水平扇形排列多为近似水平,一般应向上呈 3毅 ~ 5毅倾角,以利排除凿岩产生的岩浆或孔内积水。 水平 扇形深孔的排列形式较多,其布置方式与参数见表 7-5,具体的选择应用需结合矿体赋存条件、采矿方法、采 场结构、矿岩的稳固性和凿岩设备等来确定。 表 7-5摇 水平扇形深孔布置方式与参数 炮孔布置图例 40 m 伊 16 m 标准矿块) 凿岩天 炮孔数 总孔深 平均孔深 最大孔深 每米孔崩矿量 编号 优缺点应用条件 3 ( 井位置 / m / m / m / m 摇 总孔深小,( 凿岩天井或凿 岩硐室)掘进工程量小。 可用 于接杆式凿岩或潜孔凿岩深 孔崩矿 1 下盘中央 18 345郾 6 19郾 2 24郾 5 15郾 5 摇 控制边界整齐,不易丢矿, 总孔深小。 在深孔崩矿中应 用较广 2 3 4 5 6 对角 对角 一角 20 18 13 362郾 0 342郾 0 348郾 4 18郾 1 19郾 0 26郾 8 22郾 5 38郾 0 41郾 5 14郾 9 15郾 7 15郾 5 摇 控 制 边 界 尚 好, 但 单 孔 太 长,交错处邻孔易炸透。 用于 潜孔凿岩崩矿 摇 掘进工程量小,凿岩设备移 动的次数少, 但大块率较高, 单孔 过 长。 用 于 潜 孔 凿 岩 崩矿 摇 总孔深大,难控制边界,易 WWW.KY114.CN 丢矿。 分次崩矿对天井维护 困难。 多用于接杆凿岩深孔 爆破而矿体稳固时 矿块中央 24 453郾 6 18郾 9 21郾 5 11郾 9 摇 大块率低, 凿岩工作面多, 施工 灵 活 性 大, 但 难 控 制 边 界。 用于接杆凿岩深孔爆破 而矿体稳固时 中央两侧 44 396郾 0 9郾 0 12郾 0 13郾 6 水平扇形深孔的作业地点可设在凿岩天井或凿岩硐室中。 前者掘进工作量小,相对地讲作业条件差,每 次爆破后维护量大;后者则相反。 接杆凿岩所需的空间小,多采用凿岩天井;而潜孔凿岩所需的空间大,常用 凿岩硐室。 用凿岩硐室进行凿岩时,上下硐室要尽量错开布置,避免硐室之间由于垂直距离小,而影响硐室 稳固性,引发意外事故。 b摇 垂直扇形深孔排列 垂直扇形排列的排面为垂直或近似垂直。 按深孔的方向不同,又可分为上向垂直扇形和下向垂直扇形。 垂直上向扇形与垂直下向扇形相比较,其优点是: ( ( ( 1) 适用各种凿岩机械进行凿岩,而垂直下向扇形只能用潜孔钻机或地质钻机凿岩; 2) 凿岩岩渣和水容易从孔口排出; 3) 凿岩效率高等。 其缺点是: ( ( ( 1) 钻具磨损大; 2) 工人作业环境差; 3) 当炮孔钻凿到一定深度时,随着孔深的增加,钻具的重量也随之加大,凿岩效率有所下降。 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 7郾 2摇 爆 破 技 术 垂直下向扇形深孔排列的优缺点正好相反。 由于垂直下向扇形深孔钻凿时排岩浆比较困难等问题,它 仅用于局部矿体和矿柱回采。 生产上广泛应用的是垂直上向扇形深孔。 垂直上向扇形深孔的作业地点是在 凿岩巷道中,当矿体厚度较小时,一般凿岩巷道掘在矿体与下盘围岩的交界处;当矿体厚度较大时,一般凿岩 巷道位于矿体中间。 c摇 倾斜扇形排列 倾斜扇形深孔排列,目前应用有限,国内有些矿山用于无底柱崩落采矿法的崩矿爆破中,如图 7-32 所 示。 用倾斜扇形深孔崩矿的目的是为了放矿时椭球体发育良好,避免覆盖岩石过早混入,减少损失或贫化。 有的矿山矿体倾角在 40毅 ~45毅,这种倾角的矿体崩下的矿石不宜使用机械运搬,易造成矿石滚动,作业不安 全。 此时可使用倾斜扇形深孔进行抛掷爆破,利用炸药爆炸的一部分能量,将矿石直接抛入受矿漏斗(图 7-33)。 摇 摇 摇 图 7-32摇 无底柱采矿法崩矿倾斜扇形炮孔 图 7-33摇 抛掷爆破倾斜扇形炮孔 目前一些矿山,采用侧向倾斜扇形深孔进行崩矿,如图 7-34 所示。 采用侧向扇形深孔爆破后,自由面 增大,是垂直扇形深孔爆破自由面的 1郾 5 ~ 2郾 5 倍,爆破效果好,大块率可减少到 3% ~ 7% ,特别对边界复杂 的矿体,可降低矿石的损失和贫化,被认为是扇形深孔排列中比较理想的排列方式。 WWW.KY114.CN 图 7-34摇 侧向倾斜扇形炮孔 B摇 爆破参数的确定 爆破参数包括孔径、孔深、最小抵抗线、孔间距和单位炸药消耗量。 a摇 炮孔直径 炮孔直径的大小,对凿岩劳动生产率和爆破效果的影响较大,而矿石的性质、凿岩设备和工具、炸药的威 力等因素又影响着炮孔直径的大小。 小孔径 准55 ~ 70 mm 用于无底柱采矿方法中,在有底柱采矿方法中用 准90 ~ 100 mm 的大孔。 b摇 炮孔深度 孔深对凿岩速度、采准工作量、爆破效果均有较大影响。 一般地说,随着孔深的增加,凿岩速度会下降, 凿岩机的台班效率也随之降低。 例如某铜矿用 BBC鄄120F 凿岩机进行凿岩,据现场标定,当孔深在 6 m 以内 时,台班效率为 53 m/ (台·班)。 当孔深为 20郾 8 m 时,台班效率为 32 m/ (台·班),同时深孔偏斜率增大,施 工质量变差。 孔深过大也增加上向炮孔装药的困难,孔底距也随孔深的增大而增大,爆破破碎质量降低,甚至爆后产 生护顶,矿石的损失率增大。 但是随着孔深的增大,崩矿范围加大,一定程度上可减少采准工作量。 合理选择孔深主要取决于凿岩机的类型、采矿方法、采场结构尺寸等。 摇790 7摇 爆 破 工 程 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 c摇 最小抵抗线 W、孔间距 a 和密集系数 m 在采场崩矿中,扇形孔的最小抵抗线就是炮孔的排间距离,而孔间距是指排内炮孔之间的距离。 对扇形 炮孔讲,常用孔底距和孔口距表示,如图 7-35 所示。 孔底距 a1 常有两种表示方法:当相邻两炮孔的深度相 差较大时,指较浅炮孔的孔底与较深炮孔间的垂直距离;若相邻两炮孔的深度相差不大或近似相等的情况, 即用两孔底间的连线表示。 孔口距 a2 是指孔口装药处的垂直距离。 布置扇形炮孔时,用孔底距 a1 控制排面上孔网的密度,孔口距 a2 在装药时用于控制装药量。 由于每个 炮孔的装药量多用装药系数来控制,孔口距在生产上不常用。 密集系数 m,是孔间距与最小抵抗线之比,取 1郾 0 ~ 1郾 25,孔越深 m 值越大。 扇形布孔标称孔间距为: a = mW,m = 12 è æç a 1 a ö 2 + ÷ (7-19) W W ø m、a、W 三个参数直接决定着深孔的孔网密度,其中,最小抵抗线反应了排与排之间的孔网密度,孔底距 反应了排内深孔的孔网密度,而密集系数则反应了它们之间的相互关系。 m、a、W 三个参数确定的是否正 确,直接关系到矿石的破碎质量,影响着每米炮孔崩矿量、凿岩和出矿的劳动生产率、二次破碎量、爆破材料 消耗、矿石的贫化损失,以及其他技术经济指标。 如果最小抵抗线或孔间距过大,爆破的一次单位耗药量虽 然降低,每米炮孔崩矿量增大,但由于孔网过稀,爆破质量变差,即大块增多,二次破碎耗药量增大,出矿劳动 生产率降低,出矿时还会导致大块经常卡塞漏斗,若处理不当易引起安全事故的发生。 如果是崩落采矿法, 深孔爆破后在围岩覆盖下进行放矿、大块经常卡塞放矿口,会造成采场各漏斗不能均衡放矿,损失率和贫化 率增大。 相反,若最小抵抗线或孔间距过小,即孔网过密,则凿岩工作量增加,每米炮孔的崩矿量降低,爆破 一次炸药消耗量增加,成本也增高。 若矿体没有节理裂隙,爆破后会造成矿石的过粉碎,增加粉矿的损失和 品位降低。 如果最小抵抗线过大,孔间距过小,即排间孔网过稀,排内孔网过密,同时若矿体节理裂隙比较发 育,则爆破破裂面首先沿排面发生,使爆破分层的矿石沿排面崩落下来,分层本身未能得到有效的破碎,反而 增多大块的产生。 若最小抵抗线过小,前排爆破时有可能将后排炮孔破坏或带掉起爆药包,这样也会产生过 WWW.KY114.CN 多的大块。 可见,选择最小抵抗线 W、孔间距 a 和密集系数 m 时,要根据矿石的性质全面考虑上述诸因素, 使崩矿综合技术经济指标最佳。 1) 密集系数 m 值的确定。 目前各冶金矿山根据各自的实际条件和经验来确定。 ( 综合各矿的经验,平行炮孔的密集系数 m = 0郾 8 ~ 1郾 1,以 0郾 9 ~ 1郾 1 较多。 扇形炮孔孔底距密集系数为 m = 1郾 0 ~ 2郾 0,有些矿山采用小抵抗线,大孔底距,前后排炮孔错开布置,如图 7-36 所示,密集系数取 2郾 0 ~ 2郾 5 ~ 3郾 0,取得了较好的效果。 摇 摇 摇 摇 摇 图 7-36摇 深孔排间错开布置 图 7-35摇 扇形深孔的孔间距 1 —前排深孔;2—后排深孔 ( 2) 最小抵抗线的确定。 根据深孔排列形式的不同,最小抵抗线的确定方法有以下几种: ) 平行排列炮孔时,最小抵抗线可根据一个炮孔能爆下一定体积矿石所需要的炸药量与该孔实际能装 1 炸药量相等的原则进行推导。 一个深孔需要的炸药量 Q 为: 2 Q = WaLq = W mLq (7-20) 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 7郾 2摇 爆 破 技 术 式中摇 W———最小抵抗线,m; m———炮孔邻近系数; L———孔深,m; 3 q———单位耗药量,kg / m 。 一个深孔实际能装炸药量 Q忆为: 1 4 2 Q忆 = 仔d 驻L子 (7-21) 式中摇 d———炮孔直径,m; 驻———装药密度,kg / m ; 3 子———炮孔装药系数,子 = 装装药药深长度度,一般 子 = 0郾 7 ~ 0郾 85。 显然,Q = Q忆,代入并移项得 7 郾 85驻子 mq W = (7-22) 摇 摇 2) 扇形排列炮孔时,最小抵抗线的确定,也可以利用式(7-22)计算,但应将式中的密集系数和装药系 数改为平均值 mcp 和 子cp 。 还可以根据最小抵抗线和孔径的比值选取。 因为由式(7-22)可知,当单位耗药量 q 和密集系数 m 为一 定值时,最小抵抗线 W 和孔径 d 成正比。 实践证明 W 与 d 的比值,大致在下列范围: 坚硬的矿石摇 摇 摇 Wd = 23 ~ 30 中硬的矿石 较软的矿石 Wd = 30 ~ 35 W d = 35 ~ 40 WWW.KY114.CN 装药密度愈高,炸药的威力愈大,则上面各式的比值愈大;相反,各比值愈小。 3 ) 最小抵抗线可以从一些矿山的实际资料中参考选取。 目前,矿山采用的最小抵抗线,大致数值 见表 7-6。 表 7-6摇 W 与 d 值的相对关系 d / mm W/ m 5 0 ~ 60 0 ~ 70 0 ~ 80 1郾 2 ~ 1郾 6 1郾 5 ~ 2郾 0 1郾 8 ~ 2郾 5 2郾 5 ~ 4郾 0 6 7 90 ~ 120 以上三种方法,后两种采用较多。 也可采用相互比较来确 定,但不论用哪种方法所确定和最小抵抗线都是初步的,需要 在生产实践中不断地加以修正。 ( ( 3) 孔间距的确定。 根据 a = mW 计算确定。 4) 单位耗药量的确定。 如果其他参数一定时,单位耗药 量的大小直接影响矿石的爆破质量。 单位耗药量与大块产出 率的关系如图 7-37 所示。 实际资料表明,单位耗药量过小,虽然深孔的钻凿量减少, 然而大块产出率增多,二次破碎炸药量增高,出矿劳动生产率 降低;增大单位耗药量,虽能降低大块产出率,但是单位炸药耗 量增大到一定值时,大块率的降低就不显著了,反而会出现崩 图 7-37摇 单位炸药量与大块产出率的关系 摇792 7摇 爆 破 工 程 詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪摇 下矿石在采场内的过分挤压,造成出矿困难,这是因为过多的炸药能量消耗在抛掷作用上了。 总之,合理的 单位炸药消耗量应使凿岩工作量少和崩落矿石的块度均匀,大块率低,损失贫化减少。 表 7-7 列出我国部分矿山地下深孔爆破参数,供参考。 表 7-7摇 我国部分地下矿山深孔爆破参数 矿山名称 松树脚锡矿 铜官山铜矿 河北铜矿 矿石坚固性系数 f 10 ~ 12 炮孔排列形式 最小抵抗线/ m 炮孔直径/ mm 孔底距/ m 孔深 / m 一次炸药单位消耗量/ (kg/ t) 上向垂直扇形 上向垂直扇形 水平扇形 1郾 3 50 ~ 54 50 ~ 60 110 1郾 3 ~ 1郾 5 1郾 5 ~ 1郾 8 3郾 0 < 12 < 7 0郾 245 0郾 25 2 ~ 8 1郾 0 ~ 1郾 5 2郾 5 8 ~ 14 < 30 0郾 44 胡家峪铜矿 狮子山铜矿 篦子沟铜矿 8 ~ 10 上向垂直扇形 上向垂直扇形 上向垂直扇形 1郾 8 ~ 2郾 0 2郾 0 ~ 2郾 2 1郾 8 ~ 2郾 0 65 ~ 72 90 ~ 110 65 ~ 72 1郾 2 ~ 2郾 2 2郾 5 12 ~ 15 10 ~ 15 < 15 0郾 35 ~ 0郾 40 0郾 4 ~ 0郾 45 0郾 442 12 ~ 14 8 ~ 12 1郾 8 ~ 2郾 0 平 3 ~ 3郾 5 束 4 ~ 4郾 5 易门凤山分矿 6 ~ 8 水平扇形或束状 2郾 5 ~ 3郾 5 105 ~ 110 < 30 0郾 45 程潮铁矿 青城子铅矿 大庙铁矿 3 上向垂直扇形 倾斜扇形 1郾 5 ~ 2郾 5 1郾 5 56 65 ~ 70 57 1郾 2 ~ 1郾 5 1郾 5 ~ 1郾 8 1郾 0 ~ 1郾 6 (0郾 9 ~ 1郾 0)W 2郾 0 ~ 2郾 5 3郾 3 ~ 4郾 0 2郾 0 12 0郾 216 0郾 25 8 ~ 10 9 ~ 13 8 ~ 10 8 ~ 10 4 ~ 6 4 ~ 12 < 15 上向垂直扇形 上向垂直扇形 上向垂直扇形 水平扇形或束状 上向垂直扇形 1郾 5 0郾 25 东川落雪矿 东川因民矿 易门狮子山分矿 金岭铁矿 1郾 4 51 < 10 0郾 44 1郾 8 ~ 2郾 0 3郾 8 ~ 3郾 5 1郾 5 90 ~ 110 105 < 15 0郾 445 5 ~ 20 8 ~ 10 0郾 25 8 ~ 12 60 0郾 16 红透山铜矿 华铜铜矿 W 8 ~ 10 W 水 W 平扇形 .K1郾 4 ~ 1郾 Y 6 1 50 ~ 6 1 0 4 1郾 6 ~ 2 . 郾 2 C 6 ~ 8 N 0郾 18 ~ 2郾 0 0郾 12 ~ 0郾 15 0郾 30 ~ 0郾 40 8 ~ 10 上向垂直扇形 1郾 8 ~ 2郾 0 60 ~ 65 2郾 5 ~ 3郾 3 5 ~ 12 杨家杖子岭前矿 10 ~ 12 上向垂直扇形 3郾 0 ~ 3郾 5 95 ~ 105 3郾 0 ~ 4郾 0 12 ~ 30 d摇 堵塞长度 各孔堵塞长度不一致,合理长度应避免因孔口部位装 药过多而产生过量的粉矿,用以下两种方法设计正确的堵 塞长度: ( 1) 以一侧孔作基准,其 l2 = 0郾 7W,顺序排下去,使各 孔装药截止面的距离均取 W,如图 7-38 所示。 2) 边孔和中心孔 l2 = 0郾 7W,其余孔按 l2 = a / 2 的原 则,设计堵塞长度。 e摇 单位耗药量 q 和二次破碎单位耗药量 q1 ( 单位炸药消耗量取决于矿岩的可爆性、孔径及炸药性 能,参照表 7-8 选取,我国冶金矿山一般取值范围为:q = 0郾 25 ~ 0郾 6 kg / t,q1 = 0郾 1 ~ 0郾 3kg / t。 图 7-38摇 扇形孔堵塞长度示意图 表 7-8摇 井下中深孔爆破单位炸药消耗量 矿石坚固性系数 f 3 ~ 5 0郾 25 ~ 0郾 35 10 ~ 15 5 ~ 8 0郾 35 ~ 0郾 50 15 ~ 25 8 ~ 12 0郾 50 ~ 0郾 80 25 ~ 35 12 ~ 16 0郾 80 ~ 1郾 1 35 ~ 45 > 16 1郾 1 ~ 1郾 5 > 45 一次爆破单位炸药消耗量 q/ (kg/ t) 二次爆破单位炸药消耗量所占百分率/ %
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