红透山矿开采技术方法与工程实践

绪论

第1章矿山地质简介

1.1矿区成矿与地质概述

1.1.1“红透山式”矿床及赋矿层位

1.1.2控矿构造

1.1.3岩浆岩成矿作用

1.1.4“红透山式”铜锌矿床成因概述

1.2矿体地质特征

1.2.1矿区及矿床地质简述

1.2.2矿床水文地质概况

1.2.3工程地质条件

1.3矿山勘探与矿产资源简述

1.3.1矿区地质探矿工作简介

1.3.2地质勘查工作研究程度

1.3.3地质工作的研究成果

1.3.4矿产资源现状

第2章矿山主要生产系统简介

2.1开拓系统与竖井提升

2.1.1矿山开拓系统综述

2.1.2深部开拓系统及生产运行现状

2.1.3提升系统主要简述

2.1.4矿石（废石）的提升运输

2.1.5主要开拓工程及规格

2.2采场运搬与中段运输系统

2.2.1中段运输系统概述

2.2.2运搬与运输设备

2.3供风（压气）系统

2.3.1供风（压气）系统概述

2.3.2供风（压气）、系统设备构成

2.3.3供风（压气）系统存在的主要问题

2.3.4供风（压气）系统改进方向

2.4供电系统

2.4.1供电系统概述

2.4.2供电系统完善改进方向

2.5通风系统

2.5.1通风系统沿革综述

2.5.2不同时期通风系统评述

2.5.3通风系统运行参数及工况

2.5.4矿井原岩温度

2.5.5生产作业需风量计算

2.6充填系统

2.6.1充填系统概述

2.6.2充填系统存在的主要问题

2.6.3充填系统改造简介

2.7供排水系统

2.7.1供排水系统简介

2.7.2供排水系统存在问题及改进

第3章采矿方法应用与工艺技术创新实践

3.1井下开采的基本特点

3.1.1累计开采深度大

3.1.2矿体产状复杂

3.1.3深部开采问题典型

3.1.4采矿方法呈现多样性

3.2采矿方法应用概述

3.2.1浅孔留矿法

3.2.2充填采矿法

3.2.3分段凿岩阶段矿房（小分段）采矿法

3.3保安矿柱回收实践

3.3.1问题提出的背景

3.3.2保安柱积压矿量核实

3.3.3回收可行性论证

3.3.4保安矿柱设计及相关问题分析

3.3.5保安矿柱回收的可行性分析

3.3.6竖井保安柱回收的实施

3.4二步矿房开采工艺及改进

3.4.1一步矿房充填体强度标准问题

3.4.2二步矿房开采工艺改进

3.5不同回采工艺组合应用实例

3.5.1留矿法与水平深孑L及中深孑L工艺相结合实例

3.5.2浅孔留矿采矿法与小分段法相结合

3.5.3中深孔回收矿房边角矿体

第4章残矿资源回收综述

4.1残矿资源概述

4.1.1“残矿”类型与回收概况

4.1.2残矿回收概况

4.1.3残矿保有资源概况与回收条件

4.2残矿资源回收危险源辨识与风险控制

4.2.1“深部作业区残矿”回收危险源辨识

4.2.2“深部作业区残矿”回收风险控制措施

4.2.3“浅部关闭中段残矿”回收危险源辨识

4.2.4“浅部关闭中段残矿”回收风险性数值模拟分析

4.2.5“浅部关闭中段残矿”回收风险控制

4.3“深部作业区残矿”回收工作实践

4.3.1电耙道底部结构矿体回收方法与实践

4.3.22m矿层（顶柱）矿体回收方法与实践

4.4“浅部关闭中段残矿”回收工作实践

4.4.1工作准备

4.4.2阶段性成果

4.5残矿资源回收成果与效益分析

4.5.1项目取得的基本成果

4.5.2“深部作业区残矿”回收工艺实现集成创新

4.6效益评价

4.6.1经济效益分析

4.6.2社会效益评价

第5章充填系统改造与科技创新

5.1高效充填制备系统改造综述

5.1.1尾砂浓缩系统

5.1.2河砂充填系统

5.1.3干灰添加系统

5.1.4其他辅助改造

5.2充填系统运行优化与技术创新

5.2.1充填系统网络运行存在的问题

5.2.2实现“全尾”充填

5.2.3系统网络防爆管技术方法

5.3废石充填系统

5.3.1建设废石充填系统的必要性

5.3.2废石系统改造实施过程

5.3.3废石充填系统工艺优化概述

5.3.4废石充填系统的运行与管理

5.3.5运行效果与经济效益

5.3.6存在的问题与改进的方向

5.4充填工艺优化及系统发展展望

5.4.1多物料充填工艺的集成与优化

5.4.2探讨提高尾砂利用率方法

5.4.3探讨井下增建接力充填站的可行性

5.4.4高浓度或膏体充填的可行性研究

第6章通风系统技术进步与科研创新

6.1通风系统存在的主要问题分析

6.1.1系统网络结构不合理

6.1.2系统通风阻力大

6.1.3风量供需矛盾突出

6.1.4系统受自然风压影响大

6.1.5通风系统扩容能力低

6.1.6通风防尘存在较大困难

6.2通风系统技改与科技创新成果

6.2.1通风系统网络优化

6.2.2高溜井多中段卸矿粉尘治理

6.2.3冬季主竖井通风预热与防冻

6.2.4冬季地表小竖井平硐入风的预热方法

6.3系统循环通风应用综述

6.3.1课题研究背景

6.3.2循环通风技术与应用概述

6.3.3循环通风技术在红透山矿的应用

6.4通风系统管理

6.4.1继续完善定时爆破作业管理

6.4.2深入优化通风系统网络

6.4.3重视区域辅扇的应用

6.4.4采空区空调功能的应用与优化

……

第7章矿山地压活动性与灾害预防研究

第8章微震监测技术及其应用

第9章深部矿床开采接续开拓系统工程评述

附录A

附录B2100433B

《红透山矿开采技术方法与工程实践》编辑推荐：红透山矿业公司具有70余年的生产历史，仍在生产的采矿坑口——红透山铜锌矿——自1958年起就开始地表小规模露天开采活动，随后历经多年平硐式开采阶段，现已全部转为地下开采，迄今其连续生产也超过50年。该矿山累计开采深度超过1250m（开拓深度超过1350m），为国内开采及开拓深度最大的金属矿山。在该企业，岩爆型地质灾害及地压活动性研究、“似全尾”自流充填工艺、废石不出坑（充填）系统、循环风利用及冬季预热通风方法等在国内深部开采矿山中极具行业特色。

第1章 绪论 1.1 露天矿运输工艺现状 1.1.1 国外露天矿运输现状 1.1.2 国内露天矿运输现状 1.2 露天矿运输方式 1.2.1 铁路运输 1.2.2 公路运输 1.2.3 胶带运输机运输 1.2.4 联合运输 1.2.5 重力运输 1.3 露天矿深部开采运输系统实践与研究的意义 1.3.1 鞍钢集团矿业公司发展史 1.3.2 意义第2章 鞍钢集团露天铁矿运输系统实践 2.1 鞍钢矿业生产现状 2.1.1 露天矿山开采技术 2.1.2 鞍钢露天矿开拓运输工艺实践 2.2 露天运输科研新成果 2.2.1 矿山关于运输的科研情况 2.2.2 相关科研成果 2.3 鞍矿露天矿运输遇到的问题 2.4 提高露天矿运输效率的途径第3章 陡坡铁路和双能源汽车 3.1 陡坡铁路的研究 3.1.1 陡坡铁路的优点 3.1.2 陡坡铁路在国外的使用情况 3.1.3 我国陡坡铁路运输工艺研究现状 3.2 双能源汽车 3.2.1 双能源汽车的特点 3.2.2 双能源汽车的发展第4章 整车提升 4.1 露天矿矿用汽车整车提升机的形式 4.1.1 外部驱动力卷扬整车提升运输系统 4.1.2 汽车自驱动 卷扬整车提升运输系统 4.1.3 汽车自驱动整车提升运输系统 4.2 露天矿矿用汽车整车提升机的特点 4.3 露天矿矿用汽车整车提升机的合理使用条件 4.4 齐大山铁矿整车提升概念设计第5章 轻质气体平台低空运搬技术研究 5.1 简介 5.1.1 轻质气体平台低空运搬的基本原理 5.1.2 轻质气体平台运输系统的优势 5.2 氦气球与飞艇发展现状 5.2.1 飞艇技术的发展现状 5.2.2 飞艇技术关键研究领域 5.2.3 系留气球、飞艇的结构和材质 5.2.4 我国浮空器的发展历程和技术现状 5.2.5 真空气球的设想 5.3 氦气平台低空运搬项目调研 5.3.1 调研目的与调研方案 5.3.2 调研的工作过程与对象 5.3.3 调研的主要成果 5.3.4 调研结论与建议 5.4 氢气平台低空运搬技术可行性研究 5.4.1 氢气的来源 5.4.2 氢气球存在的安全问题及应对策略 5.4.3 氢气作为汽车燃料的研究进展 5.5 轻质气体平台低空运搬技术方案 5.5.1 系统概述 5.5.2 系统结构 5.5.3 轻质气体平台低空运搬系统的生产能力的可行性 5.5.4 氦气平台低空运搬安全性分析 5.5.5 经济可行性分析 5.6 轻质气体平台低空运搬项目研究成果 5.6.1 轻质气体平台低空运搬技术相关专利申请 5.6.2 悬浮运输机模拟实验 5.7 轻质气体平台结论及建议 5.7.1 结论 5.7.2 建议参考文献2100433B

金工实习、电工实习、认识实习、生产实习、毕业实习、金属矿开采课程设计、矿井通风与安全课程设计、毕业设计等，以及各校主要特色课程和实践环节。

露天开采 各种金属矿脉或矿体的地表露头、坡积或残积矿床很多，因此，露天开采成为古代一种重要的采矿方法。露天开采又可分成掘取法和垦土法。

掘取法 用于采取地表浅部的铜、锡等矿石。清代在云南东川开采铜矿,把埋藏很浅的矿体叫做“草皮矿”或“鸡窝矿”，只要把表土或薄层岩层剥除，掘下数尺，即可得矿。开采坡积锡矿，也只须剥除矿体上部的表土。明宋应星卷14记载，广西河池山锡“皆穴土不甚深而得之”。有些矿虽然可以露天开采，但由于矿脉与围岩坚硬，用手工工具不易破碎，则辅以“火爆法”。宋寇宗奭《本草衍义》记载：“辰州砂多出蛮洞。锦州界佶僚洞老鸦井，其井深广数十丈，先聚薪于井焚之。其青石壁迸裂处，即有小龛。龛中自有白石床，其石如玉，床上乃生砂。”这种深广数十丈的矿井，实际上是一个露天矿。

垦土法 翻耕有矿的土地,矿物随之露出地面。《天工开物》记载：土锭铁“浅浮土面，不生深穴”，“浮者拾之，又乘雨湿之后，牛耕起土，拾其数寸土内者”。土锭铁即褐铁矿结核，这是古代一种特殊的露天采矿方法。

地下开采 从湖北铜绿山矿冶遗址的18个地下采区来看，春秋时期已经使用了立井、斜井、平巷联合开拓，初步形成地下开采系统。战国至西汉时期，开采系统已相当完整。立井开挖到一定深度，便向两边掘进阶段平巷，在巷道的中部或一端，下掘盲井直达采矿场。立井深度达80～98米，斜巷呈阶梯式向下延伸，适用于次生富集带的探矿和采矿，还可以作为阶段平巷的联络通道。这个时期的平巷距离长，支护坚固,人可以直立行走,掘进断面达5米以上。据《菽园杂记》记载，明代矿井深度达数百丈。清初，《颜山杂记》记载开气井(通风井)，将工作井巷与气井、气巷分开。

井巷支护 古代井巷支护有四种形式：无支护、留石柱支护、木架支护、充填支护。

无支护 在变质岩或其他坚硬的围岩中开采脉状铜、银、铅、金矿时不需支护。现在能看到的古矿洞大都属于这一类。

留石柱支护 古代开采大型囊状或厚层状矿体时，常故意留下一部分矿体用作支柱,以支撑井巷顶部。江西德兴银山古银矿在唐初曾经大规模开采，留有石柱。到唐天祐(904～907)末年,有人想采取留柱中的银矿,“持斧而入，将斫取之,俄而山摧,入者尽压死”（《稽神录补遗》）。唐宋时期，广东肇庆端石开采，也用留石柱法。曹溶《砚录》记载：开采端石的所在，“中空如一间屋者，每丈许留石柱拄之”。到了清代，所留石柱也被开采而代之以木柱。屈大均《广东新语》卷5说:“昔人取石,留数柱,虞其颓圮。今名为东留柱、西留柱；亦取之，以木柱代矣。”清代开采云南东川等大型铜矿时，也采用留石柱法，所留石柱称为“象腿”。

木架支护 铜绿山矿区在西周时期采用间隔支护，木架距离4～6米。春秋时期斜井支护有两种：一是井框支架垂直于井巷的顶底板，一是井框支架沿地心方向敷设。支护方法的进步，表明古人对矿井地压和压力方向有了进一步认识。战国至西汉时期，立井采用经过精细加工的方木（或圆木）密集式垛盘支护，与现代的木结构井架相差无几；而斜井的支架型式类似现代木结构的“马头门”。破碎带或松散岩体内的巷道，采用封闭式支架，以防止底部上鼓。后代的井巷木架支护与此大同小异。如明代云南永昌玛瑙矿平巷支护是“以巨木为桥圈、支架于下，若桥梁之巩、间尺余辄支架之”（《徐霞客游记》卷18）。清代的井巷木架支护是“间二尺余，支木四，此四木为厢”（《滇南新语》）。

充填支护 铜绿山古矿井已应用充填支护法。在方框支柱开采和横撑支架开采中，将废石和低品位矿石充填在下部采空区，防止围岩塌落。

岩石破碎 古代岩石破碎法有工具破碎和火爆破碎，两种方法常结合在一起使用。

工具破碎 开凿坑道时，如果岩石硬度低或围岩疏松，可用工具破碎岩石。

火爆破碎 即火爆法。用火加热岩石，使岩石内部结构受到破坏。有时用火烧热岩石，泼冷水或醋使岩石在热胀冷缩的作用下破裂，或在醋的作用下变酥。宋祝穆《方舆胜览》卷30说：“辰州府沅陵光明山，一名龙门山，有砂（指辰砂）井，土人采取……烧石取之。”“僚（指少数民族）以薪竹燔火爆石以取之。”明陆容《菽园杂记》卷14记载浙江处州铜矿的情况：“先用大片柴，不计段数，装叠有矿之地，发火烧一夜，令矿脉柔脆。次日火气稍歇，作匠方可入身，动锤尖采打。”还记载浙江龙泉县用烧爆法开采银矿：“大率坑匠采矿，如虫蠹木……旧取矿，将尖铁及铁锤竭力击之，凡数十下，仅得一片。今不用锤尖，惟烧爆得矿。”

通风、照明、提运、排水 井巷通风 随着掘进深度的增加,为使井下空气流通顺畅,必须有通风措施。铜绿山铜矿战国时期遗址已利用立井井口标高的差别造成压差，形成自然风流。随着巷道的不断增长，通风方法由自然通风改为人力通风，风量加大。清代云南一些矿山用风箱、风柜鼓风；有的开凿气井、气巷；也有的既开气井、气巷，又用风柜、风箱鼓风，以解决较深井巷的通风问题。

井巷照明 铜绿山春秋铜矿遗址用燃点干竹篾片井下照明。以后,有的矿用油灯照明，“洞内五步一火,十步一灯”（《滇南新语》）。矿工以巾束头，名叫“套头”，灯挂在套头上，叫“亮子”，用铁做成碟形，可装半斤油。灯柄长尺余，柄端作钩，用以吊灯碟（卷上）。

矿井排水 铜绿山战国矿井遗址已有排水设施。井内有水仓、水槽，采用分段提升法。后来又有专门的排水井，有的将水排入采空区，以减少提运工作量。清代康熙、乾隆年间开采云南铜矿，井内水小时用皮袋提或背，水大则用竹制或木制的“水龙”(一种大型唧筒)排水。大矿拉龙排水的人多至一两千人。

矿井提运 最初是直接用手提拉。战国、西汉时期，由于井深增加，提升量也增加到一二百公斤，于是发明了带制动机构的木辘轳。在提升方式上也发展到分段提升和联合提升。井下运输通常由人背肩扛，在比较平坦的巷道中则用斗车推拉。

选矿 手选法 用人工拣选矿石。铜绿山古矿常用手选法进行初选，把岩石和低品位矿石留在井下，以减少提运量。

淘汰盘选法 利用岩石砂粒与矿物颗粒的比重不同，通过水的冲淘，将它们分开的选矿方法，又称重选。古代开采的砂矿有砂金、砂锡和砂铁三种，一般都要用淘汰盘选法选取。

① 砂金 古代淘金常用特制的木盘。宋代在山东登、莱两州大规模采金，使用木制流槽。朱彧《萍州可谈》卷2记载:“两川冶金，沿溪取砂以木盘淘，得之甚微，且费力。登、莱金坑户止用大木，锯剖之，留刃痕，投沙其上，泛以水，沙去，金著锯纹中，甚易得。”清代严如熤《三省边防备览》卷 9《山货》记载南郑（汉中）淘金厂用淘床淘金的情况：用木料作淘床，四周有边，淘床上固定一个圆竹筐。将沙倒入筐内，手把住淘床后面的木架，不住掀簸，用水频洗沙筐，则沙随水流，金从筐底细缝透下，沉淀于淘床上。淘床两头镶板，中空三尺多，另安木板一块，上面横刻木槽，筐底透出的沙金顺水沉入槽内。另用木匣一个，空出一面，类似簸箕形状，将槽内金沙扫入木匣，在水中淘洗，得到金屑。

② 砂锡 《天工开物》卷14记载，湖南衡阳、零陵的山溪中和广西南丹州河内出水锡（砂锡），呈黑色，粉碎后，用篾罗在河中淘洗，即得矿砂。

③ 砂铁 《天工开物》卷14记载：“凡砂铁抛土膜，即现其形，取来淘洗。”淘砂木盘用两块梯形木板为底、两块钝角等腰三角形木板为边拼成，与现代民间所用淘金斗一样。

磨矿 明代已有磨矿的记载。先将矿石破碎，再用碓舂成细末，然后用大桶盛水,把矿末投入水中搅拌,搅后，浮在水面上的称“细粘”，悬浮水中的称“梅砂”，沉于桶底的称“粗矿肉”。再将细粘和梅砂用尖底淘盆淘洗，取得精矿。粗矿肉也要用舟形木盘淘洗，取得精矿（《菽园杂记》卷14）。这是磨矿与淘汰盘选相结合的综合选矿法。

磁选 明代王宗沐《江西省大志·陶书》记载青花料的磁选：“首用锤碎……敲青后，取其奇零琐碎碾碎，入注水中，用磁石引杂石，真青澄定，每斤可得五、六钱。”