金属矿床的工业特征

金属矿床的工业特征

1.1矿石和废石的概念

（1）矿物——在地壳中，由于地质作用形成的自然元素和自然化合物，统称为矿物。（2）矿石——凡是在地壳中遇到矿物集合体，在现在技术经济水平条件下，能以工业规模从中提取国民经济必须的金属或矿物产品的都叫矿石。

（3）矿体——矿石的聚集体叫矿体。（一个矿体是一个独立的地质体，具有一定的几何形状，具有一定的空间位置等）。

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

①工业矿床——在当前技术经济条件下，符合开采和利用要求的矿床叫工业矿床。

②非工业矿床——与上述情况反之，叫非工业矿床。

（5）围岩——矿体周围的岩石叫围岩。

①上盘围岩——指矿体上部围岩。

②下盘围岩——指矿体下部围岩。

（6）夹石——夹在矿体中的岩石叫夹石。

（7）废石的概念

在采矿过程中所采出的围岩或夹石，一般称为废石。（或者说废石是：矿床周围的围岩以夹石、根本不含有用成分或者含量过少，当前不宜作为矿石开采的称之为废石）。

【注意】应当指出，矿石与废石的概念是相对的，它与一个国家的社会制度，一个国家的科学技术发展水平，已经掌握的资源情况，以及对某种金属的需要量都存有关系。

例如，锡和铜，过去锡品位达到期0.8%，才算矿石可以开采，而现在饧品位只要达到0.2～0.3%，就作为矿石开采，过去铜的品位只有达到1.0%，才开采，而现在达到0.4～0.6%，即可作为矿石开采。

过去废石，而现在却变成了可开采的矿石。（黄金品位达8～10g/t就是富矿）

1.2矿石的种类

在自然界中的矿物很多，现在已经知道的矿物有3000多种，而有用矿物约有二百余种。

在地壳中，以自然金属形式存在的矿石是很少的，大量的矿石是以氧化矿，硫化矿等形式存在的。（含金属成份的矿石，叫金属矿石）。

（一）金属矿石按其所含金属矿物的性质，化学成份，矿物组成可以分为以下几类

（1）自然金属矿石——它是以单一元素形式存在的，如金、铂银等。

（2）氧化矿石——指矿石的成分为氧化物。

如：赤铁矿（Fe2O3），赤铜矿（Cu2O）等。

（3）硫化矿石——指矿石的成份为硫化物。

如黄铜矿（CuFeS2）、方铅矿（PnS）、辉铜矿（MOS2）、闪锌矿（ZnS）等

（4）混合矿石——是前三种的混合物。

（二）根据所含金属种类的不同，矿石又可分为以下几种

（1）黑色金属矿石——如铁、锰、铬

（2）有色金属矿石——如铜、铅、锌、铝等

（3）稀有金属矿石——如铌、钽等（也是相对概念）

（4）放射性矿石——如铀、钍等

（5）贵重金属矿石——如金、锒、泊等

（6）非金属矿石——如建筑石材、石膏、滑石等。

1.3矿石品位的几种概念

（一）矿石品位的概念

通常我们把矿石中凡是可供利用的元素或矿物称为有用成份。矿石中所含有用成分的多少用品位来表示。

所谓品位就是：矿石中有用成份的重量与矿石重量之比，常用百分数（%）表示。

一般金属品位是指矿石中该种金属元素含量的百分数。

对于贵重金属（金铂等）矿石的品位是用g/t表示。这是因为这些贵重金属在矿石中含量很少。

（二）边界品位

这是指可采矿石有用成份含量和最低界限。它是矿体边界上矿石上最低品位，是划分矿石和废石，圈定矿体范围的标准。在圈定的矿本范围内，任意取样点的品位，一般都不应当小于边界品位。

（三）最低工业品位

是指在边界品位圈定的矿体范围内，合乎工业开采要求的平均品位的最低值。

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

【注意】①边界品位和最低工业品位也是相对概念，是可以变化的。

②品位的表示方法实例：

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

1.4矿石和围岩的性质

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

（一）矿岩的硬度

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

（二）矿岩的坚固性

人们在长期的实践中认识到，有些岩石不容易破坏，有一些则难于破碎。难于破碎的岩石一般也难于凿岩，难于爆破，则它们的硬度也比较大，概括的说就是比较坚固。因此，人们就用岩石的坚固性这个概念来表示岩石在破碎时的难易程度。

坚固性的大小用坚固性系数来表示，（许多书中硬度系数，也叫普氏系数f值）。

坚固性系数(R单位kg/cm2)

式中R——为岩石标准试样的单向极限抗压强度值。

通常用的普氏岩石分及法就是根据坚固性系数来进行岩石分级的。

如：

①极坚固岩石 f=15～20（坚固的花岗岩，石灰岩，石英岩等）

②坚硬岩石 f=8 ～10（如不坚固的花岗岩，坚固的砂岩等）

③中等坚固岩石f=4 ～6 （如普通砂岩，铁矿等）

④不坚固岩石 f=0.8～3 （如黄土、仅为0.3）

矿岩的坚固性也是一种抵抗外力的性质，但它与矿岩的强度却是两种不同的概念。

强度是指矿岩抵抗压缩，拉伸，弯曲及剪切等单向作用的性能。而坚固性所抵抗的外力却是一种综合的外力。（如抵抗锹，稿，机械碎破，炸药的综合作用力）。

（三）矿岩的稳固性

（1）矿岩稳固性的概念：

稳固性是指在一定暴露面积下和在一定时间内不自行垮落的性能。或者说较固性是指矿岩在

空间允许暴露的面积大小和允许暴露的时间长短的性能。

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

稳固性对于采矿方法的选择，及支护方法的选择，掘进方式等都有很大影响。

（2）稳固性与坚固性的关系

二者既有联系，又有区别。一般在节理发育，构造破碎的地带，矿岩的坚固性虽然可能好，但稳固性大为下降。因此，稳固性与坚固性不能混同起来，（坚固性不好的，不一定就不稳固）。

（3）矿岩稳固性分类：大致可分为五类

①极不稳固的

不允许有暴露面积。要求在掘进及开采中必须超前支护。否则会昌落。（非金属矿条件）；②不稳固的

允许暴露的面积在50 m2以内。也即允许有较小的暴露面积，随着回采，要立即进行支护。

③中等稳固的

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

④较稳固的

允许有较大的暴露面积，为200~500m2，一般不支护。

⑤极稳固的

允许有很大的暴露面积，即800m2以上。不必支护，可以长期时不垮落。

【注】稳固性不仅与暴露面积和时间有关，而且与地压，大小，节理发育程度，节理方向，暴露面积形状等有关。

（四）矿岩的碎胀性

矿岩的碎胀性是指矿石和围岩破碎之后的面积比原体积增大性质。碎胀性可用碎胀系数来表示（又叫松散系数）

对于一般坚硬矿岩石松散系数为1.4~1.6（或1.2~1.6）。

松散系数的大小主要取决于破碎之后，矿岩的粒度组成和块度的形状。初装入容器（矿车、箕斗等）内的矿岩块，因矿岩块之间空隙较大，则松散系数值可达 1.8 ~2.0（产生了二次松散）。

（五）矿岩的结块性

结块性是指采下的矿岩遇水受压，经过一定的时间，又结成整块性质。

我们通常见到的是粘土矿物、滑石、或高硫矿遇水受压，经过一段时间后，易出现结块现象。结块性对于放矿，装卸，运输等生产环节造成困难，甚至于影响到某些采矿方法的顺利使用。具有结块性的矿石在采坊中，在凿井中存放时间不宜过长。

（六）矿石的氧化性

矿石的氧化性是指硫化矿石在水和空气的作用下，变成了氧化矿石的性质。在硫化矿石中渗杂入氧化矿石后，降低了选矿的回收率。（选矿用的药剂不同）。因而硫化矿与氧化矿石切记不要混在一起。

（七）矿岩的自燃性

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

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

由于上述原因，对于高硫化矿床必须要采取快采快处理的办法来开采，以减少矿石的损失。具有自燃性的矿石，在采矿方法选择上有特别要求。（例如：小饧林矿在文革中曾进行过一次大炸破，由于矿石未能及时放出来，时间一长，温度升高，产生了自燃，烧了很久而未灭，只好封闭起来，暂时不采）。至今封闭未采。

（八）含水性

含水性是指矿岩裂缝和孔隙中含水的性质。矿岩含水性直接影响到矿石的提升，运输，矿仓内储矿。矿岩含水过多，会使排水费用增加。对于此方案寒冷地区的矿山，由于含水性会造成结冰河。

（九）其他的

（1）容重——容重是指单位体积中原岩的重量。

一般岩石的容重为2.3~3.0 t/m3之间。

有色金属矿石中金属含量较少，其容重与岩石差不多或稍大些。黑色金属矿石中金属含量较高，容重可达3.5 t/m3左右。（或更大）

（2）块度——原所崩落后则形成矿块，或岩石块，其尺寸的大小称为块度。

块度通常用三个相互垂直方向的平均尺寸来表示。（或用最大方向的尺寸）

即B、L、H的平填值。（一般按三度算，用方格法测定时，用二度定，有时用二度时采用一

个效正系数）。

对于一定的装运，破碎等设备，对矿岩的最大块度有一定的要求。为了保证矿山持续生产，必须使矿石的最大块度与装运等设备的要求相应。

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

合格块度——即允许的矿石最大块度。通常合格块度为250~500mm之间，也有600mm。它是根据开采及加工的工艺和设备要求来确定的。随着机械化水平的提高，合格块度有增大的趋势。

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

1.5金属矿床分类及其工业特征

（一）金属矿床分类

金属矿床的矿体形状厚度及倾角，对于矿床开拓和采矿方法的选择，有直接的影响，因此，金属矿床的分类，一般按其矿体形状倾角和厚度三个因素进行分类。（此三个要素习惯上称为矿体三要素）。

（1）按矿体形状分类

1）层状矿体——这种矿体是一层一层的。多源于沉积或变质沉积矿床。

特点是：①层状矿床的品位，倾角和厚度变化不大，比较稳定。

②矿床规模比较大。

③多见于黑色金属矿床。（乱矿多见）

2）脉状矿体

这类矿床主要是由于热液气化作用，将矿物充填于地壳裂隙中生成的矿床。

特点是：①矿脉与围岩接触处有蚀变现象

②矿床赋存条件不稳定；

③有用成分含量不均匀；（品位变化大）。

（有色金属，稀有金属及贵重金属硫矿床多属此类）。

脉状矿体

3）块状矿床

这类矿床主要是充填，接触交代分离和氧化作用形成的。

特点：①形状很不规则。呈不规则的透镜状，矿株等形；

②矿体大小不一；

③矿体与围岩的界限不明显；

某些金属矿床（铜、铅、锌等）属此类。我国的南京梅山铁矿也属此类矿床。

（2）按矿体、厚度分类

1）矿体厚度的概念：

矿体厚度是指矿体的上盘与下盘之间的垂直距离或水平距离。前者称为矿体的真厚度，后者称为矿体的水平厚度。

b——为垂直厚度； a——为水平厚度；

φ——a与b夹角；α——矿体倾角；

对于急倾斜矿体，常用水平厚度，对于缓倾斜矿体，水平或倾斜矿体常用垂直厚度。（也即真厚度。若文中不加说明时，一般指真厚度）。

2）分类：可分五类

①极薄矿脉

矿体厚度在0.8m以下。（一个肩宽）开采时要采一部分围岩，才能保证正常的工作宽。（用浅孔凿岩开采的方法）

②薄矿脉

矿体厚度为0.8——4.0m之间。考虑近似水平矿床，用木支护时支护高度不得超过4m，超过4m，支护作业困难很大。用浅孔回采。

③中厚矿体

矿体厚度为4.0——10m之间。一般此时矿块没走高布置，多用浅孔回采。

④厚矿体

矿体厚度为10——30m，（此时30m为使用没走向布置与垂直走向布置矿块的界限，也可以用沿走向布置矿体）。一般用深孔回采。

⑤极厚矿体

矿体厚度在30m以上。采用深孔回采。矿块可垂直走向布置。

3）矿块的布置形式

①矿块沿走向布置②矿块垂直走向布置

③矿块垂直走向布置且凿走向矿柱。

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

（3）按矿体倾角分类（与矿石运搬方式有关）

1）水平矿体

矿体倾角小于5°（包括微倾斜矿体）。可使用有轨或无轨运搬设备直接进入采坊运搬矿石。2）缓倾斜矿体

矿体倾角在5°~30°之间。可采用人力或电力，运输机等机械设备运搬矿石。

3）倾斜矿体

矿体倾角在30°~55°之间。可借助于溜槽，溜板或外力抛掷等方法，进行自重运搬矿石。4）急倾斜矿体

矿体倾角应大于55°。可利用矿石自重的重力运搬方法。

【注】以上分类方法是相对的，随着其他无轨机械设备的发展，分类界线将会变化。（二）金属矿床的特点

（1）矿床赋存条件不稳定；

（2）矿石品位变化大；

（3）地质构造复杂；

（4）矿石和围岩的硬度较大；

（5）矿床的含水性；