几种非金属矿开采技术综述
(苏州中材非金属矿产工业设计研究院，苏州215004)
本文总结了我国几种重要非金属矿产的开采技术和实践经验，包括石膏、金刚石、石墨、膨润土、石棉、滑石、云母和高岭土。本文简要分析了这些矿产开采的特殊性，并介绍了一些矿产开采技术实例。
非金属矿；采矿技术。
作者简介:朱，教授级高级工程师，联系电话:0512-68213617，电子邮箱:。
一、非金属矿产开采概况
中国已探明资源储量的非金属矿产有91种，已大规模开发的非金属矿产有20多种。现仅介绍几种非金属矿的开采技术。
中国钻石、高岭土、云母、石棉、石膏、石墨、滑石、膨润土的开采情况见表1 [1 ~ 6]。
表1非金属矿开采概况
注:此表仅列出“出现次数”，不包括公司名称。1克拉=0.2克.
二、非金属矿产开采的特殊性
(1)矿物等级和晶体保护
非金属矿产根据用途和工业要求有不同的分类方法，对开采也有一些特殊要求。
如表2所列，矿物如金刚石、石棉、云母、滑石、石膏、高岭土等。在工业上主要或部分利用其物理机械性能，成为直接使用的工程材料。金刚石颗粒细小，开采岩矿时无法考虑其保护；开采金刚石砂矿时，由于金刚石密度大，特别是颗粒大，往往集中在砂层底部和阶地下部，需要特别注意这部分矿体的保护和开采。石棉、云母、滑石、石膏、高岭土和其他矿物应根据工业要求加以保护。
表2非金属矿产品的工业要求和分类对矿业的影响
某些非金属矿产即使品位相同，但所含品位不同，价格不同，会造成采矿技术经济指标的较大变化，影响采矿方法的选择。有些很贵，比如云母矿石。大面积的片状云母价格达到400元/公斤，4平方厘米的片状云母价格为80元/公斤。从经济效益来看，开采时必须考虑晶体保护。
(2)赋存条件和赋存的特殊性
如金刚石矿床，矿体呈垂直管状。从开拓系统的选择到采矿方法都要考虑适应性。
(三)矿石和围岩特征
有些非金属矿和围岩又软又厚，在开采时必须采取特殊措施，以保证生产的安全和效率。如高岭土和滑石，它们的特殊性质要求在开采和巷道支护中采取相应的特殊措施。在露天开采中，由于滑石越纯，其润滑性越好，自然休止角小，往往要求缓坡，这样会增加资金投入和开采成本。
(4)由于矿石性质的特殊性，对开采有特殊要求。
比如纤维石膏，价格贵，但是比较软，容易磨损，所以开采的时候需要特别保护，防止磨损。膨润土遇水会迅速膨胀崩解，不能使用湿式钻井。高岭土砂矿含石英砂和砾石，结构松散。高岭土砂矿经过冲洗和淘洗后容易富集。开采时，应采用水力开采，以获得良好的技术经济效果。
第三，各种矿物的开采概况
(1)石膏开采
中国石膏矿床属于沉积型，规模大，质量好。地下开采矿山有邵阳石膏矿、平邑石膏矿、太原石膏矿等。南京石膏矿年产量为40×104t。荆门石膏矿是目前开采纤维石膏最大的矿山。露天矿一般规模较小，主要分布在甘肃、四川、宁夏、青海等省。
1.地下矿山开拓和运输方法
其方法有竖井开拓，如平邑石膏矿等。斜井开拓，如已开采的应城石膏矿；立井与斜井联合开拓，如南京石膏矿；平硐开发，如太原石膏矿、灵石石膏矿。灵石石膏矿曾采用平硐溜井开采，但不成功。通过大型溜井放矿时，雪花石膏(质量较好的二水石膏)和普通石膏容易沾上泥尘，因此溜井出矿口经常被水堵塞，生产异常。无水时，漏斗内充满矿石和粉尘，岩尘较细，用一般通风措施难以解决，太原石膏矿采用平硐无轨开拓，70年代末80年代初改用全无轨开采，是当时中国矿业的第二个例子，既典型又先进。该矿巷道无轨采矿的优点是:矿体埋深高于地面，矿层缓倾斜，倾角5 ~ 10，适合巷道开拓和分层开采时汽车运输；采用房柱式采矿法，准切巷基本建在矿体中，可回收矿石，减少基建投资；矿体及围岩稳定性好，房高达10 m，跨度12 ~ 15 m，经久耐用，允许使用大型无轨设备；巷道断面大，但实际支护率只有8%，节省了基建费用；可以在基建的同时生产，就地投产，简单易行，见效快；生产规模不大，坑内运输车辆不多，通风相对容易解决。矿山投产落户后，吨矿单位投资仅为43.75元，而同期同规模矿山均在100元以上。表明该开拓方法适用于此类石膏矿体。
2.石膏开采技术
分为两类:一是开采纤维石膏矿；二是雪花石膏、普通石膏和硬石膏的开采。纤维石膏硬度低，脆性大，容易成为粉矿而流失。在开采和装运过程中，必须避免夯实、耙设备和漏斗放矿。由于矿石价值高(是普通石膏的3倍)，采用长壁分选充填采矿法，放顶煤工作面的矿石由人工分选装入矿车，如荆门石膏矿。雪花石膏、普通石膏、硬石膏的开采工艺相似，开采采用整体采矿法或房柱式采矿法。
3.普通设备
地下采矿中的技术设备主要包括采矿场的提升、运输、空气压缩、通风、排水、钻孔设备和矿石装载设备。仅举举升设备为例，如下所示(表3)。太原石膏矿无轨开采时，采用轮胎式电动装载机、2 m3铲斗或更小铲斗的电动铲运机，汽车采用10 t矿坑自卸汽车，2台4-72离心风机通风。
表3石膏矿地下开采提升设备实例
(2)钻石开采
钻石矿床分为原生和次生两种。原生矿石的产状为岩管式和岩脉式，次生矿石为金刚石砂矿。就采矿方法而言，岩管型一般为露天或露天地下联合开采。岩石管有一个特殊的现象，它是一个横截面为圆形或椭圆形的几乎直立的管子。面积一般500~600 m2，大的2000~3000 m2，有的甚至更大。一般岩管深处面积越来越小，品位越来越差，钻石质量越来越差(粒度越来越大)。为了尽快发挥投资效应，上部在露天开采。到一定深度后，就转入地下开采。原生矿脉开采为地下开采，如蒙阴1号矿脉已开采完毕。次生金刚石砂矿均为露天开采，品位低，但宝石级金刚石含量高，经济效益好，如湖南原常德金刚石矿和山东原郯城金刚石矿。
1.发展运输方式
岩管露天开采采用公路螺旋线开拓，逆时针展开，10 t汽车运输。钻石砂矿一般是公路开发，汽车运输。
2.采矿技术
在露天开采中，采用台阶开采。YQ-150A DTH钻机钻孔，松动爆破，1 m3挖掘机和10 t汽车将矿石从工作面运至选矿厂。金刚石密度高，达3.52 ~ 3.55g/cm3，多集中在砂层底部和阶地下部。挖掘时要注意清洁这些部位。吸气管也用于清洁煤层底板。
(3)石墨开采
我国结晶石墨矿均为露天开采，包括原南墅石墨矿、原北墅石墨矿、黑龙江萝北石墨矿、黑龙江鸡西石墨矿。萝北石墨矿被誉为亚洲最大的矿山。隐晶质石墨矿均为地下开采，目前开采的有吉林磐石(烟筒山)石墨矿和湖南芦塘石墨矿。
1.发展运输方式
大型露天矿多为公路开拓，载重量15 ~ 20 t，部分也采用8 t自卸汽车运输。地下开采，用平硐或斜井开拓。
2.采矿技术
露天开采采用KQ-150 DTH钻机，采装采用1~2 m3电动挖掘机。对于地下开采的隐晶质石墨矿，由于矿石和围岩稳定性差，采用崩落采矿法，又由于石墨的润滑性和摩擦角小的特点，巷道全部倾斜，创造性地采用了无底柱分段崩落法。矿石从工作面滑至放矿溜井，除微倾斜巷道外设置部分搪瓷溜井，因此整个开采过程不配备其他装运设备，具有设备简单、装载成本低、易于掌握的优点。
(4)膨润土开采
膨润土是一种以蒙脱石为主要矿物成分的粘土矿物，又称蒙脱石粘土。其采矿方法包括露天开采和地下开采，矿石年产量超过20×104t。露天开采的有:辽宁黑山膨润土矿、河南信阳膨润土矿、甘肃金昌洪泉膨润土矿、新疆托克逊县科尔膨润土矿、新疆布尔克县夏子街矿等。地下开采包括浙江临安膨润土矿、浙江秋山磁铁矿和吉林九台膨润土矿。露天开采占总产量的75%。中国有200多个中小型矿山。
露天开采一般采用公路开拓和汽车运输。斜井是用来开发地下矿山的。
由于蒙脱石是一种不稳定的矿物，吸水后会剧烈膨胀，影响开采工艺的选择。黑山膨润土矿露天开采的浅部为软质膨润土，深部为硬质膨润土。地下开采的膨润土矿通常为硬质膨润土，临安膨润土矿和秋山磁铁矿采用空场采矿法，九台膨润土矿采用分层崩落采矿法。在开采工艺上，不能用普通的湿式打眼、喷水除尘，而要用电钻。
(5)石棉开采
石棉开采方法包括露天开采和地下开采。目前，我国所有的大型矿山都是露天开采。有茫崖石棉矿，新疆巴州石棉矿，新疆若羌石棉矿，甘肃阿克塞石棉矿。其中，茫崖石棉矿精矿产量为65，438+00× 65，438+004 t/a，阿克塞石棉矿为20× 65，438+004 t/a，霸州石棉矿为4× 65，438+004 t/a，这三个矿区是中国最大的三个矿区，几乎占全国总产量的85%。阿克塞煤矿的年产量几乎是全国总产量的50%。
1.发展运输方式
露天矿都利用道路发展汽车运输。由于年采剥总量的增加，达到(200 ~ 300) × 104t甚至更多，运输车辆也在向重载发展。目前通常使用15 t和20 t自卸汽车。
2.采矿技术
一些大型石棉矿有比较现代化的设备，开采台阶高度为12 m，穿孔设备采用KY-150牙轮钻机和YQ-150 DTH钻机。2 m3和4 m3大型挖掘机已广泛应用于采矿和装载工作面，以取代小型挖掘机。辅助设备，如用于清理和平整场地以及收集矿石和岩石的推土机，也已经扩大。
(6)滑石开采
大型滑石矿有辽宁海城滑石矿、广西龙胜滑石矿、山东胶东平度滑石矿、海阳滑石矿、栖霞滑石矿等。这三个省的滑石产量占全国总产量的85%，是中国滑石生产的三大基地。包括中小型矿山在内，我国滑石矿有220多个。
1.采矿方法
有露天开采和地下开采。海城滑石矿有许多露天采矿点。据报道，该地区精矿总产量已达100×104t/a，海城东矿区范家堡子为全国最大的露天开采滑石矿，广西龙胜滑石矿和山东平度滑石矿为下沉式露天开采。地下开采包括山东胶东地区的海城滑石矿、海阳滑石矿和栖霞滑石矿的西部矿区。
2.开创性的方法
露天开采多利用道路发展汽车运输。海城矿东采区露天开采采用7 t和15 t自卸汽车运输，广西龙胜矿采用12 t自卸汽车运输。地下开采:胶东栖霞滑石矿、海阳滑石矿采用竖井开拓；该平硐用于开拓海城矿西采区和海城水泉滑石矿。
3.采矿技术
海城东矿区露天矿采用YQ-150A DTH钻机穿孔，1 m3挖掘机开挖。由于滑石的柔软性，其莫氏硬度为1 ~ 1.5，较滑。而且滑石纯度越高，润滑性越好，容易裂成薄片，自然休止角小，约35°。围岩普遍不稳定，节理裂隙发育，对开采工艺影响较大。比如海城东露天矿的底壁最终边坡角只有40°，顶壁36°，非常缓慢。剥采比增加，导致基建投资和采矿成本增加。在地下开采中，由于矿石和围岩的不稳定性，巷道支护困难。海城西矿区采矿采用下向分层充填采矿法。随着选矿技术的提高，允许降低入选矿石的品位，采用无底柱分段崩落采矿法进行开采。山东栖霞、本溪和辽宁营口的滑石矿采用分段自然崩落采矿法。
由于滑石在工业上主要用作粉状填料，其白度使用较多，要求开采时不被第四纪土层和脏水染色。手工挑选后直接用于工业的要保护好纯度。
(7)云母开采
国内的白云母主产区，新疆的阿尔泰，四川的丹巴，内蒙古的土贵乌拉，都已经关闭了。金云母开采规模一般不大，如河南镇平、吉林集安等地。碎云母矿以河北灵寿矿区最大，江西、湖南、湖北、山西也有。由于云母纸和云母粉的生产和应用，碎云母的生产已占据云母行业的主导地位。
云母的露天开采包括新疆阿尔泰云母矿。
开拓运输方式:露天开采一般采用公路开拓和边坡开拓，但由于开采量小，也采用非开挖开拓。公路开拓一般采用5t自卸汽车运输。非开挖开拓是利用简易索道提升运输穿越采场。
由于云母矿价值高，开采规模小，开采工艺简单，炮孔布置应避开富矿带，爆破后在工作面人工选运。
(8)高岭土开采
高岭土根据自然形态和工业要求分为软质高岭土、砂质高岭土和硬质高岭土。最大的软质高岭土是苏州的中国高岭土公司，产量为25×104t/a，品位高。原矿可直接用于工业，低品位用作耐火材料。手选1号泥的价格比手选4号泥高出10多倍。所以要求保护优质土壤，保护原矿的纯度，防止开采时变成碎屑。过去人工分选开采多在采掘工作面进行，现在开采规模较大，但为了与手选车间相衔接，仍需进行适当的分选开采。砂质高岭土(又称砂质高岭土)在我国资源丰富，在过去的10年间蓬勃发展，建成了许多大型和超大型矿山。如在建的广东茂名高岭科技有限公司(10×104t/a造纸涂布级高岭土、广东茂名石化高岭土有限公司(5 ~ 8 )× 104 t/a造纸涂布级高岭土、广西兖矿集团北海高岭土有限公司(10×104t)广西合浦湖田高岭土有限公司规模较大。硬质高岭土又叫煅烧高岭土，我国一般是由煤系硬质高岭土(土)经过深加工制成。由于硬质高岭石与煤共生，其开采取决于煤的开采情况及其自身的赋存状态。
高岭土矿有露天开采和地下开采两种方法。热液蚀变沉积高岭土矿一般浅部采用露天开采，深部采用地下开采。如苏州中国高岭土公司所属的阳西矿区和阳东矿区，已用于浅露天开采。砂质高岭土是在露天开采的。由于矿石中含有石英砂或砾石，结构松散，高岭土经洗选后易富集，白度和细度好。如有可能，应采用水采和水运。比如以上广东茂名的两个矿山和正在建设中的广西合浦湖田高岭土公司的矿山。福建龙岩高岭土公司也是砂质高岭土，规模较大。由于那里缺水，只能采用一般的露天采矿法，干采干运；广西兖矿集团北海矿高岭土矿也是干采干运。
1.发展运输方式
露天开采已采用窄轨开拓，电力机车用于拖运矿车，如苏州中国高岭土公司所属阳东、阳西矿区。砂质高岭土水采时，水枪用于冲洗和开采，泥浆泵配合工作。矿浆由矿浆泵从矿块内的矿浆收集池输送到选矿厂。通常，200/150R-AH泥浆泵用于通过直径为250 mm的塑料管输送泥浆..福建龙岩高岭土矿和广西兖矿集团北海高岭土矿均采用公路开拓，汽车运输。地下开采包括竖井开拓和斜井开拓，如苏州中国高岭土公司所属矿山。
2.采矿技术
SQ-80、平桂-150、平桂-200水枪进行水力采矿，洗后的矿浆由渣浆泵输送至粗选厂。这种采矿方法的优点是工艺简单，设备简单，劳动生产率高，选矿厂制浆工艺先进，采选一体化。这种方法在英国广泛使用。龙岩高岭土矿和普通露天矿一样，使用挖掘机和汽车。该矿采用WK-2挖掘机，17 t自卸汽车。中国高岭土公司阳西立井、关山立井等软质高岭土地下开采，由于矿体松软易碎，具有可塑性，遇水有吸水性和膨胀性，同时还具有耐水性，属于典型的塑性介质。脉内巷道采用封闭支护，采矿方法结合松软厚矿体特点采用分层崩落法。采矿时用风镐和手镐来放矿石。据相关文献报道，国外采用自动沿路线推进的耙斗采装联合机械进行开采。地面大理岩中有纯氮气，在此岩层中进行反井掘进时，应采取措施防止氮气泄漏。
参考
[1]朱迅，尹，向，韩新民，崔月照。中国矿产形势，第三卷:非金属矿产。北京:科学出版社，1999。
采矿手册编辑委员会。采矿手册，第四卷。北京:冶金工业出版社，1990。
非金属矿工业手册编辑委员会。非金属矿物工业手册(一、二)。北京:冶金工业出版社，1992。
[4]朱著。非金属矿业应对WTO的探讨。中国建筑材料，2002(6)
[5]唐景炎，何.中国非金属矿产开发利用现状。中国建筑材料，2006年(1)
[6]胡琴，周伟。论中国非金属矿工业的发展战略。中国非金属矿产工业指南，2008年(1)
我国几种非金属矿产开采技术简介
朱
(苏州蔡中非金属矿产设计研究院，江苏苏州215004)
文摘:总结了我国石膏、金刚石、石墨、膨润土、石棉、滑石、云母和高岭土等几种非金属矿产的开采技术和实践经验。简要分析了这些矿物的开采技术特点。介绍了一些采矿实例。
关键词:非金属矿物，采矿技术。