採礦

採礦自地殼內和地表開採礦產資源的技術和科學。廣義的採礦還包括煤和石油的開採。採礦工業是一種重要的原料工業，金屬礦石是冶煉工業的主要原料，非金屬礦石是重要的化工原料和建築材料。多數礦石需經選礦富集後才能作為工業原料。有些非金屬礦產如鹽、鹼、自然硫和建築用的砂礫不稱礦石，天然賦存的砂礦產品常稱礦砂，其主要開採技術也收入本卷內。

簡史 原始人類已採集石料，打磨成生產工具，採集陶土製陶，萌發了採礦的概念。進入銅器時代，隨著冶銅業的發展，形成自地下採掘銅、鉛、鋅礦石的採礦技術。由銅綠山礦冶遺址可知：當時，已能開掘一定深度的小立井；已能沿礦體開掘平巷；用木支架維護地下巷道；已利用水排、轆轤和輪車等工具。進入鐵器時代，採礦規模和技術進一步發展，但仍用手工採掘。

歐洲於1556年出版了阿格里科拉的<論冶金>一書，是歐洲最早全面論述礦冶技術的著作。17世紀初，將中國傳入的黑火藥用於採礦，用鑿岩爆破落礦代替人工挖掘，是採礦技術發展的一個里程碑。蒸汽機的出現和電的使用，開始了採礦作業機械化和電氣化的進程。19世紀末期至20世紀初，相繼發明了礦用炸藥、雷管、導爆索(見起爆器材)和鑿岩設備，形成了近代爆破技術，使用了電動機械鏟、電機車和電力提升、通風、排水設備，形成了近代裝運技術。20世紀上半葉開始，採礦技術迅速發展，其標誌是：①出現了硝銨炸藥；②使用了地下深孔爆破技術；③各種礦山設備不斷完善和大型化；④逐步形成了適用於不同礦床條件的機械化採礦工藝。在此基礎上,對礦床開拓和採礦方法進行了分類的研究;對礦山壓力顯現進行了實測和理論探討，對岩石破碎理論和岩石分級進行了研究；完善了礦井通風理論；提出了礦山設計、礦床評價和礦山計劃管理的科學方法。使採礦從技藝向工程科學發展。

20世紀50年代後，由於①使用了潛孔鑽機、牙輪鑽機、自行鑿岩台車等新鑿岩設備，以及銨油、漿狀和乳化油等廉價安全炸藥；②採掘設備實現大型化、自行化；③運輸、提升設備自動化，出現了無人駕駛機車；④露天礦採用間斷－連續式運輸；⑤礦山環境工程得到重視；⑥電子計算機用於礦山生產管理、規劃設計和科學計算，開始用系統科學研究採礦問題，誕生了礦業系統工程學；⑦礦山生產開始建立自動控制系統，岩石力學和岩石破碎學進一步發展，利用現代試驗設備、測試技術和電子計算機，已能預測和解算某些實際問題。因此採礦工程科學被正式提出並得到公認。

特點 採礦的生產環境和生產過程，和其他工業比較，差別很大，它具有下列幾方面的特點：

①採掘加工的主要原料是自然賦存的礦體，礦址不能自由選擇，往往要在交通、水源、動力等外部條件非常不利的地點建礦。礦床的工業儲量是天然賦存的，不能輸入，也不能再生。礦山的生產能力（規模）、服務年限和經濟效益密切相關。每個礦山都要經歷建礦、投產、正常生產、減產和閉礦的歷程；在服務年限期滿時被迫閉礦。

②採礦設備和人員經常隨採礦進程和加工對象轉移，沒有固定的加工車間。每一塊段被開採的礦體都須掘進一系列巷道，進行採礦準備工作（采准），才能開始回採。開拓、采准和回採工作需互相協調，才能保證礦山正常生產。露天礦不及時剝離和掘溝，地下礦不及時掘進采准巷道，就會造成采剝失調和採掘失調，迫使礦山減產。

③採礦生產過程只有礦石的破碎、移運，不能提高質量，相反由於開採時不可避免地會混入岩石使礦石貧化，還會降低質量。此外，有部分礦石不能采出，損失於地下。降低貧化率和損失率是採礦生產中重要的質量管理工作，具有很大的經濟潛力。

④礦體賦存條件和形狀複雜，品位分布不均，礦石工業儲量在開採過程中可能有較大變化，使採礦設計難於標準化；礦石成分複雜，加工利用困難；加之建礦周期長，基建投資大，故投資風險性大。

⑤由於首先開採的是高品位和賦存條件良好的礦床，總的趨勢是採掘條件愈來愈差，采出礦石的品位逐步降低，開採成本可能增高，因此，經常採用新的採礦和選礦技術，開展綜合利用，以降低採礦成本。

⑥採礦工作須在露天或地下采場破碎礦體和移運重物，勞動量大，工作條件惡劣，安全性差，不易綜合機械化和自動化，需要重視改善勞動保護和環境條件。在開採過程中要破壞地表，堆置廢石，因此，需進行礦山土地復用，以恢復景觀。

⑦一個礦山的經營效果，在很大程度上決定於開採礦石的價值。一個開採高價富礦的礦山，即使經營很差，其經濟效益也可能比經營良好的開採低價貧礦的礦山要好。因此，對礦山管理水平的評價，不能象其他工業一樣單純以絕對經濟效益為準。

分類 採礦分為普通機械化開採和特殊採礦。絕大部分礦床用普通機械化方法開採。機械化開採又分為露天開採（包括礦石和砂礦）和地下開採兩大類。露天開採將礦體上覆的岩層剝離，然後自上而下順次開採礦體。露天礦敞露地表，可以使用大型採礦機械，作業較安全，礦石損失少，貧化率低，生產能力大，採礦成本低，大型貧鐵礦床和建築材料礦床多用此法。當礦體賦存深度大，礦體厚度小,剝離工作量很大,其經濟效益低於地下開採或需要保護地表和景觀時，則用地下開採方法。賦存條件複雜，工業儲量較小的有色和稀有金屬礦床多用此法。近年來，地下礦山應用尾砂膠結充填採礦法，可有效地保護地表和處理尾礦污染。在一些國家大量發展露天開採後,隨著開採深度增大和環境保護要求提高,地下開採有增加的趨勢。

特殊採礦法 包括地下物理化學採礦和海洋採礦。物理化學方法是浸取、溶解或熔融有用成分，將溶液或熔融體自地下舉升至地面提取。這類方法投資省、見效快、工作條件好，只適用於銅、鈾等某些金屬礦物和鹽、鹼、自然硫等。濱海大陸架上和洋底蘊藏著大量有用礦藏，但洋底的錳結核尚處於試采階段。整個特殊採礦法開採的礦產所佔比例極小。

開發和開採過程 礦床開發步驟見圖示。礦床開採包括基建開拓工程和生產採礦工程兩大項。礦山地下開拓要掘進一系列巷道或溝道以通達礦體，建成完整的採礦生產系統，交付生產使用。採礦生產過程有兩類：

主要生產過程 包括：①采准、切割，為回採準備生產條件。②回採,將礦石崩落破碎,裝入運輸容器。地下回採包括落礦、出礦作業（見地下採礦方法）；露天回採包括穿孔、爆破和采裝作業(見露天採礦方法)。③運輸，將裝入運輸容器的礦石運交選礦廠或礦倉（見礦井提升、礦井運輸、露天礦運輸）。④管理巷道地壓、立井地壓、采場地壓以及露天礦邊坡。⑤在礦石運輸過程中，通過礦倉、堆棧，將礦石混勻，保證生產的礦石質量穩定。⑥將巷道掘進和剝離產出的廢石排棄至廢石場。

由於礦床地質條件和礦山技術條件的不同，採礦方法種類繁多，不同的採礦方法，其採礦工藝流程、採礦機械設備、採區巷道布置和開採順序也不同。採礦方法選擇不當，將長期影響礦山生產的技術指標和經濟效益。各主要生產過程都須選用適宜的機械設備，才能獲得最佳經濟效果。

輔助生產過程 包括:①人員、材料和設備運送;②電和壓氣等動力供應；③通風、防塵等勞動保護；④排水、供水；⑤設備維修安裝；⑥安全和環境保護；⑦地質、測量以及倉庫管理等其他輔助工作。

採礦理論 採礦科學技術的基礎是岩石破碎、鬆散物料移運、流體輸送、礦山岩石力學和礦業系統工程等理論。需運用數學、物理、化學、力學、地質學、系統科學、運籌學、資訊理論、控制論、電子計算機應用等學科的最新成果。

岩石破碎理論 揭示破碎岩石的能耗和破碎效果間的聯繫，探求破碎載荷和岩石堅固性及破碎參數間的關係。據以研製高效、經濟的採掘機具和器材，尋求新的岩石破碎方法和技術。

鬆散物料移運理論 研究自礦塊、溜井中放出鬆散礦岩的移動規律和對礦塊內巷道地壓顯現的影響，裝載機構和移運設備與鬆散礦岩的作用機理，據以確定合理的礦塊結構參數和採取降低礦石貧化的技術措施，研究高效經濟的裝運設備。

流體輸送理論 研究礦內空氣動力學，流體和固體兩相流輸送理論，據以保證和改善礦內空氣條件，設計風力和水力輸送充填材料的合理系統。

礦山岩石力學理論 研究岩體的物理力學性質及礦床開採中發生的力學過程，揭示采場和巷道地壓顯現規律和圍岩與支架的相互作用原理。據以提出正確的地壓管理方法，確定合理的礦床開採的結構參數，評價巷道和邊坡的穩定性，預測地表及岩層移動和解決深部開採時的岩爆問題。

礦業系統工程 研究採礦系統的規劃、設計、生產計劃、工藝過程和管理最佳化數學模型，評價標準，建立礦山電子計算機自動控制系統。