自地殼內(nèi)或地表開采礦產(chǎn)資源的技術和科學。一般指金屬或非金屬礦床的開采,廣義的采礦還包括煤和石油的開采及選礦。其實質(zhì)是一種物料的選擇性采集和搬運過程。采礦工業(yè)是一種重要的原料采掘工業(yè),如金屬礦石是冶金工業(yè)的主要原料,非金屬礦石是化工原料和建筑材料,煤和石油是重要的能源。多數(shù)礦石需經(jīng)選礦富集,方能作為工業(yè)原料。
采礦科學技術的基礎是巖石破碎、松散物料運移、流體輸送、礦山巖石力學和礦業(yè)系統(tǒng)工程等理論。需要運用數(shù)學、物理、力學、化學、地質(zhì)學、系統(tǒng)科學、電子計算機等學科的最新成果。采礦工業(yè)在已基本達到的高度機械化基礎上,通過改進綜采設備的設計、造型、材質(zhì)、制造工藝、檢驗方法和維修制度等,將進一步提高其生產(chǎn)能力和設備利用率。同時礦井在提升、運輸、排水、通風、瓦斯監(jiān)控等許多環(huán)節(jié)將實現(xiàn)自動化和遙控。地下和露天礦都將實現(xiàn)計算機集中自動管理監(jiān)控。有的國家已將機器人試用于井下回采工作面,開采對人員損害較大的礦種。另一方面,隨著人類對地下礦產(chǎn)的不斷開采,開采品位由高到低,資源緊缺,迫使使用低品位礦產(chǎn),選擇適當?shù)牟傻V和選礦方法,進行綜合采選、綜合利用,提高礦產(chǎn)資源的利用率和回采率,降低礦石的損失率和貧化率。采礦和選礦過程中生成的有毒氣體、廢水、廢石和粉塵等物質(zhì)以及噪聲和振動等因素,對環(huán)境、土地、大氣和水質(zhì)等造成危害,一直是人們關心的課題。各國研究環(huán)保問題中進一步提出了資源的長期利用問題,特別著眼于廢渣、廢石、廢液的重復使用、破壞后土地復用等。制訂強有力的法律,采取有效措施確保礦山環(huán)境。
簡史 原始人類已能采集石料,打磨成生產(chǎn)工具,采集陶土供制陶,就是最早采礦的萌芽。中國古代的采礦歷史悠久,從湖北大冶銅綠山古銅礦遺址出土有用于采掘、裝載、提升、排水、照明等的銅、鐵、木、竹、石制的多種生產(chǎn)工具及陶器、銅錠、銅兵器等物,證實春秋時期已經(jīng)使用了立井、斜井、平巷聯(lián)合開拓,初步形成了地下開采系統(tǒng)。至西漢時期,開采系統(tǒng)已相當完善。此時在河北、山東、湖北等地的鐵、銅、煤、砂金等礦都已開始開采。戰(zhàn)國末期秦國蜀太守李冰在今四川省雙流縣境內(nèi)開鑿鹽井,汲鹵煮鹽。明代以前主要有鐵、銅、錫、鉛、銀、金、汞、鋅的生產(chǎn)。17世紀初,歐洲人將中國傳入的黑火藥用于采礦,用鑿巖爆破落礦代替人工挖掘,這是采礦技術發(fā)展的一個里程碑。19世紀末20世紀初,相繼發(fā)明了礦用炸藥、雷管、導爆索和鑿巖設備,形成了近代爆破技術;電動機械鏟、電機車和電力提升、通訊、排水等設備的使用,形成了近代裝運技術。20世紀上半葉開始,采礦技術迅速發(fā)展,出現(xiàn)了硝酸銨炸藥,使用了地下深孔爆破技術,各種礦山設備不斷完善和大型化,逐步形成了適用于不同礦床條件的機械化采礦工藝。提出了礦山設計、礦床評價和礦山計劃管理的科學方法,使采礦從技藝向工程科學發(fā)展。20世紀50年代后,由于使用了潛孔鉆機、牙輪鉆機、自行鑿巖臺車等新型設備,采掘設備實現(xiàn)大型化、運輸提升設備自動化,出現(xiàn)了無人駕駛機車。電子計算機技術用于礦山生產(chǎn)管理、規(guī)劃設計和科學計算,開始用系統(tǒng)科學研究采礦問題,誕生了系統(tǒng)采礦工程學。礦山生產(chǎn)開始建立自動控制系統(tǒng),利用現(xiàn)代試驗設備、測試技術和電子計算機,預測和解算某些實際問題。因此采礦工程學科被正式提出并得到了公認。
特點 采礦的生產(chǎn)環(huán)境和生產(chǎn)過程與其他工業(yè)相比較,具有以下特點:①采掘加工的主要原料是自然賦存的礦體。礦址不能自由選擇,礦床的工業(yè)儲量不能輸入,也不能再生。礦山的生產(chǎn)能力、服務年限和經(jīng)濟效益密切相關。每個礦山都要經(jīng)歷建礦、投產(chǎn)、正常生產(chǎn)、減產(chǎn)和閉礦的歷程。②采礦設備和人員經(jīng)常隨采礦進程和加工對象轉移,沒有固定的加工車間。被開采的礦體必須掘進一系列巷道,進行采礦準備工作(采準),才能開始回采。開拓、采準和回采工作互相協(xié)調(diào),才能保證礦山正常生產(chǎn)。否則就會造成采剝失調(diào)或采掘失調(diào),迫使礦山減產(chǎn)。③開采工作總的趨勢是采掘條件愈來愈差,采出礦石的品位逐漸降低,隨之成本可能增高。由于巖石的混入會使礦石貧化,降低質(zhì)量,還有部分礦石不能采出,而損失于地下。因此要不斷改進采礦和選礦技術,開展綜合利用,以降低成本。降低貧化率和損失率是采礦生產(chǎn)中重要的質(zhì)量管理工作,具有很大的經(jīng)濟潛力。④礦體賦存條件和形狀復雜,品位分布不均。工業(yè)儲量在開采過程中可能會有較大變化,使采礦設計難于標準化,加之建礦周期長,基建投資大,故投資風險性也大。⑤采礦工作在露天或地下采場。勞動量大,工作條件差,安全性差,不易實現(xiàn)綜合機械化和自動化,故需特別重視改善勞動保護和環(huán)境條件。⑥一個礦山的經(jīng)營效果,在很大程度上決定于所開采礦石的市場供求和價值高低。因此對礦山管理水平的評價,不能像其他工業(yè)一樣,單純地以絕對經(jīng)濟效益為準。
采礦方法可大致分為露天開采、地下開采和液體開采3種基本采礦方法。①露天開采。即在露天條件下,將埋藏較淺的礦石,從礦坑露天礦、山坡露天礦或剝離露天礦進行開采。包括挖掘一系列順序的溝槽。采砂船采礦也屬剝離露天礦的一種,它從平底船上進行挖掘。②地下開采。是將埋藏較深的礦石,在地下采用自然支護、人工支護及崩落采礦方法將礦石開采出來。③液體開采。又稱特殊采礦法。是從天然鹵水里、湖里、海洋里或地下水中提取有用的物質(zhì);將有用礦物加以溶解(或熱水融化),再將溶液抽至地面后進行提取;用熱水驅(qū)、氣驅(qū)或燃燒,把礦物質(zhì)從一個井孔驅(qū)至另一井孔中采出。大多數(shù)液體采礦是用鉆井法進行的。
對于一個具體礦床,根據(jù)地質(zhì)條件和巖石力學資料,選擇合理的采礦方法。比較理想的是要使被選用的采礦方法,在符合生產(chǎn)安全和適當采出有用礦物的要求下,能取得最大的經(jīng)濟效益。如采礦方法選擇不當,將長期影響礦山生產(chǎn)技術指標和經(jīng)濟效益。