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Ⅰ 幾種非金屬礦開采技術綜述
朱松耆
（蘇州中材非金屬礦工業設計研究院，蘇州 215004）
摘要 本文概述了中國幾種重要的非金屬礦的開采技術和實踐經驗，包括石膏、金剛石、石墨、膨潤土、石棉、滑石、雲母和高嶺土。簡要分析了這些礦物開採的特殊性，介紹了有關礦種開采技術的實例。
關鍵詞 非金屬礦；開采技術。
作者簡介：朱松耆，教授級高級工程師，電話0512-68213617，E-mail：[email protected]。
一、非金屬礦開采概況
我國已探明資源儲量的非金屬礦產有91種，已規模化開採的有20餘種，現僅就其中幾種非金屬礦的開采技術作一介紹。
中國金剛石、高嶺土、雲母、石棉、石膏、石墨、滑石、膨潤土的開采情況如表1所示［1～6］。
表1 非金屬礦開采概況
註：本表僅列「礦點」，非公司名。1 ct＝0.2 g。
二、非金屬礦開採的特殊性
（一）礦物品級及晶體保護
非金屬礦各礦種的產品根據用途和工業要求都有不同的分級方法，這對開采也產生一些特殊要求。
如表2中所列，金剛石、石棉、雲母、滑石、石膏、高嶺土等礦物在工業上主要或部分是利用其物理力學性質的，成了直接利用的工程材料。金剛石顆粒細小，岩礦開采時無法考慮其保護；金剛石砂礦開采時，由於金剛石密度大，特別是顆粒大的，常富集於砂層底部和階地下部，要求特別注意對這部分礦體的保護和開采。石棉、雲母、滑石、石膏、高嶺土等礦物開采時都要按工業要求考慮其保護措施。
表2 非金屬礦產品工業要求與分級對開採的影響
一些非金屬礦物即使品位相同，但所含礦物的品級不同，售價不同，會引起開采技術經濟指標的很大變化，影響開采方法和采礦方法的選擇。有的價值昂貴，如雲母礦，面積較大的薄片雲母價格達400元/kg，面積為4 cm2的薄片雲母價格為80元/ kg。從經濟效益出發，開采時必須考慮其晶體保護。
（二）賦存條件和產狀上的特殊性
如金剛石礦床，礦體為直立管狀。開采時從開拓系統的選擇到采礦方法都要作適應性的考慮。
（三）礦石及圍岩特性
一些非金屬礦礦石及圍岩松軟，礦層厚度大，在開采中必須採取特殊措施，保證生產的安全和高效。如高嶺土礦和滑石礦，它們的特殊性能要求在開采和巷道支護方面採取相應的特殊措施。露天開采中，由於滑石越純潤滑性越好，自然安息角小，常要求邊幫放緩，這樣會使基建投資和開采成本增加。
（四）礦石性質的特殊性對開採的特殊要求
如纖維石膏價格高，但其質軟易磨損，開采時需特別防止其受磨損，膨潤土遇水後會迅速膨脹和崩解，不能採用濕式鑿岩。高嶺土砂礦由於礦石中含石英砂和砂礫，結構鬆散，沖采淘洗後高嶺土礦易富集，開采時有條件的應當用水力開采以取得好的技術經濟效果。
三、各礦種的開采簡況
（一）石膏開采
中國石膏礦床規模大、質量好的都是沉積型。地下開采礦山有：邵陽石膏礦、平邑石膏礦、太原石膏礦等，南京石膏礦年產量為40×104t。荊門石膏礦是目前開采纖維石膏最大的礦山。露天開採的礦山一般規模較小，主要分布在甘肅、四川、寧夏、青海等省。
1.地下礦開拓運輸方法
其方法有豎井開拓，如平邑石膏礦等；斜井開拓，如已采完的應城石膏礦；豎井、斜井聯合開拓，如南京石膏礦；平硐開拓，如太原石膏礦、靈石石膏礦。靈石石膏礦曾用平硐溜井開拓，但不成功，雪花石膏（質量好的二水石膏）和一般普通石膏在通過大溜井放礦時易粉塵化，且夾有泥質，因此在水的作用下常造成溜井出礦口的堵塞事故，生產不正常；無水時漏斗放礦又塵埃迷漫，岩塵細微，用一般通風措施也難以解決問題。太原石膏礦採用平硐無軌開拓，於20世紀70年代末80年代初改用全無軌化采礦，當時在中國礦業界是第二個實例，既典型又具有先進性。該礦採用平硐無軌開採的有利條件是：礦體埋藏高於地面，礦層緩傾斜，傾角為5°～10°，適合平硐開拓和分層開采時汽車的運輸；採用房柱法開采，采准切割巷道基本上都建於礦體內，可回收礦石，使基建投資下降；礦體及圍岩穩固性好，礦房高達10 m，跨度12～15m，經久不垮，允許採用大型無軌設備；巷道斷面大，但實際支護率僅8%，基建費用省；可邊基建邊生產，可局部投產、簡易投產，見效快；生產規模不大，坑內運輸車輛不多，通風比較好解決。該礦投產後結算，每噸礦石的單位投資僅43.75元，而那一時期同樣規模的礦山都在100元以上。說明這種開拓方法是適於這一類型石膏礦體的。
2.石膏的開采工藝
分兩類：一是纖維石膏礦的開采；二是雪花石膏、普通石膏和硬石膏礦的開采。纖維石膏硬度小，性脆，容易變成粉礦而損耗，開采裝運時要避免搗運，避免用耙礦設備，避免用漏斗放礦，還由於礦石價值高（3倍於普通石膏），採用長壁選別充填采礦法，回採工作面崩落下的礦石用人工選別將礦石裝入礦車，如荊門石膏礦。雪花石膏、普通石膏和硬石膏開采工藝相似，回採時用全面采礦法或房柱采礦法。
3.常用設備
地下開采時的技術裝備主要是提升、運輸、壓氣、通風、排水和采礦場的鑿岩設備、裝礦設備等。下面僅將提升設備舉例說明如下（表3）。太原石膏礦無軌開采時多用輪胎式電動裝載機，2 m3鏟斗或較小鏟斗的電動鏟運機，汽車為10 t坑用自卸汽車，通風用二台4-72離心式通風機並聯抽出式運行。
表3 石膏礦地下開采提升設備舉例
（二）金剛石開采
金剛石礦床分原生和次生。原生礦的產狀有岩管型和岩脈型，次生的是金剛石砂礦。在開采方法上，岩管型的一般是露天或露天和地下聯合開采。岩管產狀特殊，是直通地表的近直立的管狀，截面面積呈圓形或似橢圓形。通常面積為500～600 m2，大的達2000～3000 m2，有的甚至更大，一般岩管向深部面積愈來愈小，品位愈來愈貧，金剛石質量也變差（碎粒級增多），為盡快發揮投資效果，上部皆露天開采；一定深度後轉入地下開采。原生礦岩脈的開采為地下開采，例如蒙陰紅旗1號岩脈的開采，現已采完。次生的金剛石砂礦均為露天開采，品位不高，但寶石級金剛石含量高，經濟效益好，例如原湖南常德金剛石礦和原山東郯城金剛石礦。
1.開拓運輸方法
岩管的露天開採用公路螺旋線開拓，逆時針方向展線，用10 t汽車運輸。金剛石砂礦一般都用公路開拓，汽車運輸。
2.開采工藝
露天開采時分台階開采，鑽孔用YQ-150A型潛孔鑽機，採用松動爆破，1 m3挖掘機，10 t汽車將礦石由回採工作面一直運到選礦廠。金剛石密度大，達3.52～3.55g/cm3，多富集於砂層底部和階地的下部，開采時要注意清掃這些部位。也有用空氣吸管清掃礦層底板的。
（三）石墨開采
中國晶質石墨礦都為露天開采，有：原南墅石墨礦、原北墅石墨礦、黑龍江蘿北石墨礦、黑龍江雞西石墨礦等。蘿北石墨礦號稱亞洲第一大礦。隱晶質石墨礦，都為地下開采，現開採的礦山有吉林磐石（煙筒山）石墨礦和湖南魯塘石墨礦。
1.開拓運輸方法
大型露天礦多用公路開拓，用載重量為15～20 t，個別也用8 t的自卸汽車運輸。地下開采，用平硐或斜井開拓。
2.開采工藝
露天開采穿孔用KQ-150型潛孔鑽機，采裝工作用1～2 m3的電動挖掘機。地下開採的隱晶質石墨礦，由於礦石和圍岩的穩固性差，均採用崩落采礦法，又由於石墨的滑膩性、摩擦角小等特點，將所有巷道都做成傾斜，創造性地使用了無底柱分段崩落法，礦石從工作面自溜至放礦溜井，除巷道傾角略小的設置些搪瓷溜槽，整個回採工藝不再設其他裝運設備，具有設備簡單、裝運費省、容易掌握等優點。
（四）膨潤土開采
膨潤土是礦物成分以蒙脫石為主的粘土礦，又稱蒙脫石粘土。其開采方法有露天開采和地下開采，礦石年產量大於20×104t屬大型礦山，露天開採的有：遼寧黑山膨潤土礦、河南信陽膨潤土礦、甘肅金昌紅泉膨潤土礦、新疆托克遜縣柯爾膨潤土礦、新疆布克塞爾縣夏子街礦等；地下開採的有浙江省臨安膨潤土礦、浙江仇山磁土礦、吉林九台膨潤土礦等。按產量計露天開采占總產量的75%。包括中小型礦山全國有200餘家。
露天開采普遍採用公路開拓，汽車運輸。地下開采礦山都採用斜井開拓。
由於蒙脫石是不穩定礦物，吸水後要劇烈膨脹，此性能影響開采工藝選擇，露天開採的黑山膨潤土礦淺部為軟質膨潤土，深部為硬質膨潤土。地下開採的膨潤土礦常為硬質膨潤土，臨安膨潤土礦和仇山磁土礦採用空場采礦法，九台膨潤土礦用分層崩落采礦法。在回採工藝上不能用一般的濕式鑿岩，不能用灑水除塵，而是要用電鑽。
（五）石棉開采
石棉開采方法有露天開采和地下開采。目前中國規模較大的礦山皆為露天開采。有茫崖石棉礦、新疆巴州石棉礦、新疆若羌石棉礦、甘肅阿克賽石棉礦。其中茫崖石棉礦精礦產量達10×104t/a、阿克賽礦達20×104t/a、巴州礦達4×104t/a，是全國最大的三個礦區，差不多佔全國總產量的85%。阿克賽礦的年產量差不多是全國總產量的50%。
1.開拓運輸方法
露天礦山都採用公路開拓汽車運輸，由於年采剝總量的增加，達（200～300）×104t甚至更大，運輸汽車也向大載重量發展，現通常用15 t、20 t自卸式汽車。
2.開采工藝
一些大型石棉礦山設備比較現代化，開采台階高度為12 m，穿孔設備採用KY-150型牙輪鑽和YQ-150型潛孔鑽；采裝工作面已較普遍地採用2 m3、4 m3大型挖掘機，以取代小型挖掘機；輔助設備，如清理平整場地和收集礦岩用的推土機也已大型化。
（六）滑石開采
滑石大型礦山，有遼寧海城滑石礦，廣西龍勝滑石礦，山東膠東地區的平度、海陽、棲霞等滑石礦。這三省的滑石生產量佔全國總產量的85%，是中國滑石生產的三大基地。包括中小型礦山，全國有220多家滑石礦。
1.開采方法
有露天開采和地下開采。露天開採的有海城滑石礦，該礦開采礦點很多，有資料說該地區精礦總產量已達100×104t/a，海城東礦區范家堡子是中國最大的露天開採的滑石礦，廣西龍勝滑石礦、山東平度滑石礦為凹陷露天開采。地下開採的有海城滑石礦西部礦區，山東膠東地區的海陽滑石礦和棲霞滑石礦等。
2.開拓方法
露天開采多用公路開拓汽車運輸，海城礦東礦區露天開採用7 t、15 t自卸汽車運輸，廣西龍勝礦用12 t自卸汽車運輸。地下開采，用豎井開拓的有膠東的棲霞滑石礦和海陽滑石礦；用平硐開拓的如海城礦西部礦區和海城的水泉滑石礦。
3.開采工藝
露天開採的海城東礦區露天礦，穿孔用YQ-150A潛孔鑽機，挖掘用1 m3挖掘機，由於滑石質軟，其莫氏硬度為1～1.5，有滑感，而且滑石純度越高其潤滑性越好，極易裂開成薄片，自然安息角小，約為35°～40°，極不穩固。圍岩一般也均不穩固，節理、裂隙發育，這對開采工藝的影響很大，如海城東露天礦底幫最終邊坡角僅40°，頂幫為36°是很緩的。使剝采比增加，造成基建投資和開采成本的增加。地下開采由於礦石及圍岩不穩固使巷道支護困難，海城西部礦區采礦曾採用下向分層的選別充填采礦法，隨著選礦技術的改進，允許降低入選礦石品位，開采時用無底柱分段崩落采礦法。山東棲霞，遼寧本溪、營口等滑石礦採用分段自然崩落采礦法。
由於滑石在工業上主要作粉體填料，多利用其白度，開采時要求不被第四紀土層及污濁的礦坑水所染色。手選後在工業上直接利用的要保護其純度。
（七）雲母開采
中國白雲母的主要產地，新疆阿爾泰、四川丹巴和內蒙古土貴烏拉三大基地，現都已閉礦。金雲母一般開采規模不大，有河南鎮平、吉林集安等。碎雲母礦河北靈壽礦區最大，還有江西、湖南、湖北、山西等礦點。由於雲母紙和雲母粉的生產和應用，碎雲母的生產已佔雲母工業的主導地位。
雲母露天開採的有新疆阿爾泰雲母礦。
開拓運輸方法：露天開采常用公路開拓、斜坡道開拓，由於開采量小也用無溝開拓。公路開拓，一般用5t自卸汽車運輸。無溝開拓是用簡易索道橫跨采場提升運輸。
由於雲母礦價值昂貴而開采規模又小，開采工藝簡單，炮孔布置要避開富礦帶，爆破後在工作面上人工揀選裝運。
（八）高嶺土開采
高嶺土按自然產出的形態及工業要求分：軟質高嶺土、砂質高嶺土和硬質高嶺土。軟質高嶺土規模最大的是蘇州中國高嶺土公司，產量為25×104t/a，品位高，原礦可直接在工業上利用，低檔的作耐火材料。其手選1號泥比手選4 號泥價格高10 多倍，因此開采時要求保護優質土，保護原礦的純度，並使其不變成碎屑狀，過去多在回採工作面進行人工選別回採，現在開采規模大了，但為與手選車間的銜接，仍要適當選別回採。砂質高嶺土（又稱砂性高嶺土），我國資源豐富，近10多年來蓬勃發展，建成許多大型和超大型礦山。如廣東茂名高嶺科技有限公司（10×104t/a造紙塗料級高嶺土、廣東茂名石化高嶺土有限公司（5～8）×104t/a造紙塗料級高嶺土、廣西兗礦集團北海高嶺土有限公司（10×104t/a陶瓷用高嶺土）、福建龍岩高嶺土公司（5×104t/a陶瓷用高嶺土）等。正在建設的廣西合浦滬天高嶺土有限公司規模更大。硬質高嶺土也稱煅燒高嶺土，中國一般是煤系硬質高嶺岩（土）經深加工處理而得，由於硬質高嶺岩是和煤共生、伴生，其開采是按煤的開采情況及其本身的賦存情況來定的。
高嶺土礦的開采方法有露天開采也有地下開采，熱液蝕變型和沉積型的高嶺土礦一般淺部用露天開采、深部用地下開采。如蘇州中國高嶺土公司所屬陽西礦區和陽東礦區都曾淺部用過露天開采。砂性高嶺土皆為露天開采。由於礦石中含石英砂或砂礫，結構鬆散，沖采淘洗後高嶺土易富集，且白度、細度好，有條件的應採用水采水運。如上述廣東茂名的兩個礦山及正在建設中的廣西合浦滬天高嶺土公司的礦山。福建龍岩高嶺土公司也是砂性高嶺土，規模也大，由於該處缺水，只能用一般的露天開采法，旱采旱運；廣西兗礦集團的北海礦高嶺土礦也是旱采旱運。
1.開拓運輸方法
露天開採用過窄軌開拓，電機車牽引礦車運輸，如蘇州中國高嶺土公司所屬陽東、陽西礦區。砂性高嶺土水采時，用水槍沖采和渣漿泵配合作業，礦漿從設於礦塊中的集漿池用渣漿泵輸送至選廠，一般採用200/150R-AH型渣漿泵通過直徑為250mm塑料管輸送。福建龍岩高嶺土礦和廣西兗礦集團的北海高嶺土礦都採用公路開拓，汽車運輸。地下開采有豎井開拓、斜井開拓等，如蘇州中國高嶺土公司所屬的礦山。
2.開采工藝
水力開采採用SQ-80型、平桂-150型、平桂-200型水槍，沖下的渣漿用渣漿泵輸送至粗選廠。這種開采方法的優點是工藝簡單，設備簡單，勞動生產率高，選礦廠的制漿工藝提前，采選一體化，這種方法在英國用得較多。龍岩高嶺土礦和一般露天礦一樣，採用挖掘機加汽車。該礦用WK-2型挖掘機，17 t自卸汽車。軟質高嶺土的地下開采，如中國高嶺土公司陽西豎井、觀山豎井等，由於礦體松軟易碎，具有可塑性，遇水後有吸水性和膨脹性，同時還具有隔水性，是典型的塑性介質。脈內巷道採取封閉式支護，采礦方法結合松軟厚礦體的特點採用分層崩落法。回採時用風鎬及手鎬落礦，據有關文獻報道，國外有用沿進路自動推進的刮刀采裝聯合機進行回採的。底板大理岩中有純凈氮氣，在該岩層中進行反井掘進時，採取預防氮氣外漏的措施。
參考文獻
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A Brief Introction to Mining Technology of Some Kinds of Non-metallic Minerals in China
Zhu Songqi
（Suzhou Zhongcai Design and Research Institute for Non-metallic Mineral Instry，Suzhou Jiangsu 215004，China）
Abstract：The paper summarizes mining technology and practical experiences for several kinds of non-metallic minerals in China，such as gypsum，diamond，graphite，bentonite，asbestos，talc，mica and kaolin.The specific characteristics of mining technology for these minerals are briefly analyzed.Some illustrative cases of mining practices are introced.
Key words：non-metallic minerals，mining technology.