别墅预埋管道:岩石类型与开采技术的关系

岩石类型与开采技术的关系

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杂谈

与开采技术有关的岩石类型一般可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩3大类型。岩石的矿物成分和结构构造等特点，是决定该类岩石开采技术的重要因素。

5.10.1岩浆岩与开采技术有关的特点

（1）岩浆岩的矿物成分与采掘的关系：岩浆岩的种类繁多，组成岩浆岩的矿物成分也各不相同，其中最常见的矿物是石英、长石、角闪石、辉石、橄榄石及黑云母。这些矿物除黑云母外，都是硬度较大的矿物。所以未经强烈蚀变和剧烈错动的岩浆岩一般强度都较大，稳定性都比较好，有利于采用高速度、高效率的采掘方法。在酸性岩中，含有较大量的游离的二氧化硅，在其中进行采掘作业时，有产生矽肺病的可能，必须加强通风防尘措施，预防矽肺病的发生。

（2）岩浆岩的结构与采掘的关系：岩浆岩的结构中，对采掘影响最大的是矿物颗粒的粗细。在其它条件相似的情况下，隐晶质、细粒、均粒的岩石比粗粒和斑状的岩石强度大。例如玄武岩为隐晶质结构，而辉长岩为粗粒结构，所以玄武岩的抗压强度可高达500MPa，而辉长岩的抗压强度仅120-360MPa。又如花岗斑岩具斑状结构，其抗压强度只有120MPa，而同一成分的细粒花岗岩，因具等粒结构，其抗压强度可达260MPa。强度大的岩石虽然较难凿岩，但确容易维护，甚至可以不需支护，给采掘工作以很大的方便。

（3） 岩浆岩的构造与采掘的关系：岩浆岩多具块状构造。这种构造的最大特点是岩石各个方向的强度相近，从而增加了岩石的稳定性。所以岩浆岩的块状构造，不像沉积岩的层理构造和变质岩的片理构造那样对凿岩、爆破和支护等有明显的影响。

但是岩浆岩的原生节理发育，如玄武岩的柱状节理、细碧岩的枕状节理等。这些节理的发育，可降低岩石的稳固性，影响岩石的爆破效果。

采矿工作者最基本的作业是破碎岩石，但井巷维护也是很重要的方面。这两方面的工作，对岩石的物理机械性质的要求是不相同的，有时甚至是矛盾的。从爆破方面着眼，希望岩石容易破碎，但从井巷维护方面，又希望岩石坚固性强。因此，关于对岩石采掘性质的研究应注意综合这两个方面的要求，作全面分析，选择合理的技术措施，既要提高爆破效果，又要便于井巷维护，才能多、快、好、省地开发地下矿产资源。例如：

在气液矿床的开采中，有时一个矿体可含有几种甚至十几种有用组分，但品位不一定都很高，只单独开采和回收其中一种，有时在经济上是一种损失，如能综合评价、开采、利用，则可能一矿变多矿，“死矿变活矿”。针对这类矿床矿体形状、产状复杂多变的特点，为了不使矿石受到损失，在选择采矿方法上要从实际出发灵活多样，甚至一个矿体的不同部位必要时也需采用不同的采矿方法。我国某些铜矿山、硫化铁矿山就曾发生过这样的问题。这就需要用“快采快运”等方法来解决。

对火山成因矿床的采掘，有以下几方面值得考虑：火山成因矿床一般埋藏不深，多适于露天开采；火山成因矿床当围岩为火山碎屑岩时，易于风化、机械强度很低，或者遇水膨胀、变软，易于片帮、冒落和滑动；故在采掘过程中应加强防护措施；同时这一类型矿床的水文地质条件比较复杂，无论矿石或围岩均常具有较大的蓄水性，给采掘工作带来一定困难，需加强防水、排水措施。

在风化矿床的开采中，由于风化矿床的物质成分都是在外生条件下比较稳定的元素和矿物，在金属矿产方面有铁、锰、铝、铜、镍、钴、金、铂、钨、锡、铀、钒及稀土元素等。此类矿床一般都产在风化壳中，呈盖层状态分布在现代地形的表面之上，矿石结构多为各式各样的残余结构和胶状结构；矿石构造则多呈多孔状、粉末状、疏松土状、角砾状、皮壳状、结核状等，厚度通常为几米到几十米，少数情况下，可沿破碎带深入地下几百米。其分布范围受原岩或原矿床的控制。如我国华北中奥陶统侵蚀面之上的“山西式铁矿”，其最底层就是古代风化矿床———残余或风化壳矿床。风化矿床的开采以露天开采为主。由于风化矿床的开采和加工条件都比较方便，所以世界上有许多矿床都是先开采其地表风化部分，然后再进一步利用其下部的原生矿床。开采原生矿床时，就应根据原生矿床的地质特征及采掘特点，在开采方案上另作处理。

5.10.2 沉积岩与开采技术有关的特点

（1） 矿物成分与采掘的关系：沉积岩中对采掘有影响的矿物成分有以下几类：

二氧化硅类矿物：主要有石英、燧石和蛋白石等。含这类矿物特多的岩石有石英砂岩、硅质灰岩和燧石灰岩。上述矿物的特点是硬而脆，所以当岩石中这些矿物含量高时，岩石的稳固性好。在掘进过程中，虽难于凿岩，但爆破效果好，且一般不需支护。但因含游离的二氧化硅多，要特别注意防尘。

碳酸盐类矿物：主要有方解石、白云石、菱镁矿、菱锰矿等。含这类矿物多的岩石有石灰岩、白云岩和泥质灰岩等。这类岩石凿岩及爆破性能均好，岩体稳固性也较强，有利于采用快速掘进的方法。但由于含方解石较多，易于溶解而产生溶孔和溶洞，常是地下水活动的通道和储存的场所，矿山开采时，可能引起矿坑突然涌水而造成重大事故。因此，必须加强水文地质工作，搞好防排水措施。

黏土类矿物：主要有高岭石、蒙脱石和水云母等。含这类矿物多的岩石有各种黏土岩、页岩及泥岩。这类岩石的特点是硬度小，具可塑性，遇水膨胀、软化和黏结。具有凿岩性好（不包括黏土）、稳固性差、爆破性也差的特点。同时，它们长期受水浸泡时，会使地下坑道变形，露天边坡不稳，矿车结底，溜井和凿岩机水眼堵塞等。但是，只要加强防排水措施，就可以避免或减少上述问题的发生。

（2） 岩石结构与采掘的关系：结构对采掘的影响在于矿物颗粒的粗细，即具粗粒结构的岩石比具细粒结构的岩石强度偏低。但是，碎屑岩的物理机械性质主要取决于胶结物的成分和性质，泥质胶结比铁质或硅质胶结的岩石硬度小，稳固性差。

（3） 岩石构造与采掘的关系：沉积岩最大特点是具有层理构造，这种构造的存在，使岩石在各方向的强度不同，在其它条件相同或相似的情况下，层理愈发育，岩石的稳固性能愈低，各方向上的强度差异也愈大。一般是平行岩石层理方向的抗压和抗剪强度小，抗张强度大，而垂直于岩石层理方向，则情况正好相反。在这类岩石中开凿巷道时，若顺着层理方向掘进，不仅爆破效果不好，而且容易产生冒顶、片帮事故，给采掘以不利的影响；如果斜交，特别是垂直层理方向掘进时，则可以提高爆破效果，也可增加顶板及两帮的稳固性。

在研究沉积岩的采掘特点时，应该把上述几方面的特征，有机地联系起来，全面进行分析，正确掌握这类岩石与采掘的关系，才能找出最经济、最合理、最有效的采掘措施。

5.10.3 变质岩与开采技术有关的特点

（1）变质岩的矿物组成对采掘的影响：在这类岩石的矿物组成中，常因含一定数量的滑石、绿泥石和云母等，对采掘影响较大，这些矿物光滑柔软，且多呈片状，因而稳定性极差，不少矿山常因此而冒顶片帮，故在采矿过程中必须引起足够重视。至于所含其它矿物组分，大多与岩浆岩和沉积岩相似，它们的采掘特点可参照前节相应内容。

(2) 变质岩的结构构造对采掘的影响:这类岩石的结构对采掘的影响不甚突出，而变质岩的构造尤以片理构造对采掘影响最大。如千枚岩、片岩及板岩的片理（或板理）比较发育，岩石沿片理延伸方向结合力较低，故上述岩石的稳定性极差。一般情况下，岩石的片理愈发育，各方向的强度相差愈大，在平行片理的方向抗压和抗剪强度小，抗拉强度大；垂直片理的方向则恰好相反。岩石片理发育时，对采掘极为不利，必须加强支护，其有效的办法是在垂直片理的方向，采用锚杆喷浆，即可增强该类岩石的稳定性，避免冒顶和片帮。露天开采时，因片理所造成的岩石稳定性差，从而影响岩体的边坡稳定，但另一方面有时可提高爆破的效果。