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 2021-11-02 10:11

采矿简介

1 采矿简介

1.1 矿业对文明的贡献

矿业很可能是人类最早的第二个产业,当然,农业是第一次。这两个行业并列为早期民用的第一产业或基础产业。 自文明诞生以来,这些产业的重要性几乎没有改变。如果我们认为捕鱼和伐木是农业的一部分,石油和天然气生产是矿业的一部分。 然后,农业和矿业继续提供现代文明所使用的所有基本资源。

从史前时代到现在,矿业在人类生存中发挥了重要作用。在这里,采矿一词在其最广泛的上下文中被使用,出于功利的目的,指从地球或其他天体中自然产生的矿物物质中提取固体、液体和气体。其中最突出的矿物用途见表1.1。

采矿的历史是及其有吸引力的。它与文明的历史相提并论,许多重要的文化时代与各种矿物或其衍生物:石器时代(在4000年之前),青铜器时代(在4000至5000年前),铁器时代(1500年至1780年)、钢铁时代(1780年至1945年)和核时代(1945年至今)。人类历史上的许多里程碑—马可波罗的中国之旅,瓦斯科·达伽马的非洲和印度之旅,哥伦布对新世界的发现,以及导致人类定居的现代黄金争夺战加利福尼亚、阿拉斯加、南非、澳大利亚和加拿大克朗代克的成就是通过矿物提供了一项重要的激励措施。采矿和金属的其他有趣方面通过引用格雷戈里(1980)、雷蒙德(1984)和莱西(1992)提供的历史记录,可以找到骇人听闻的历史。

表1.1 人类对矿物的利用

用处

作用

时期

工具和用具

食物、住所

史前的

武器

狩猎、防卫、战争

史前的

装饰品和装饰

珠宝,化妆品,染料

古代的

货币

货币性交易

早期的

结构和装置

住所、运输

早期的

能源

热,动力

中世纪的

机器

工业

现代的

电子学

计算机、通讯

现代的

核子分裂

权力、战争

现代的

丰富的矿物也提供了一种创造财富的方法。矿物可以在公开市场上销售,使拥有这些货币的国家能够从不拥有这些货币的国家获得有价值的货币。这通常导致矿产资源丰富的国家是世界上最伟大的文明,而“矿产资源匮乏”国家的生活水平普遍较低。有关此主题的更多信息,请参见第1.6节。利用矿产资源创造财富的能力打开了一个或多个国家试图控制整个国家的可能性。某一特定矿物的市场,即在该矿物中建立一个经济卡特尔。1973年,石油输出国组织(OPEC)试图控制石油价格,采取大胆的策略,从石油生产中获得暴利。虽然在短期内取得了成功,但由于其他地方的石油产量增加和难以控制成员国,该卡特尔最终失去了效力。几年来,欧佩克成功地控制了石油价格,展示了拥有和生产世界上一些最有价值的矿物的价值。其他卡特尔也被尝试过。然而,国际贸易的更大自由现在使这种尝试不太可能成功。

1.2 采矿术语

矿业中有许多独特的术语和表达式,它们描述了该领域的特点,并将这些术语的用户标识为“采矿人”。因此,建议采矿专业的学生熟悉采矿中使用的所有术语,特别是矿藏或矿物特有的术语。大多数挖掘术语都是在本书中最适用的章节中介绍的。一些一般性术语最好在一开始就加以界定;在此概述这些术语。关于采矿术语的完整清单,见标准参考资料(1980年;美国地质研究所,1997年)。以下三个术语密切相关:

采矿:一种在地球上挖掘矿物的方法。

采矿业:开采矿物有关的活动、占领和工业

采矿工程:将工程原理应用于矿山开发、规划、运营、关闭和复垦的实践

有些术语区分了各种类型的开采矿物。在地质学上,可以区分下列矿物类别:

矿物:一种天然存在的无机元素或化合物,具有有序的内部结构和特征的化学成分、晶体形态和物理性质。

岩石:由一种或多种矿物颗粒自然形成的集合体。

矿床性质上的经济差异表现在以下几个方面:

矿藏:一种有足够的效用和价值以获得利润的矿藏。

煤矸石:矿床内必须丢弃的无价值矿物颗粒。

废石:与矿床有关的物质,必须开采才能到达矿石,然后必须丢弃。煤矸石是一种特殊的废石。

人类开采的矿物种类的进一步细分也是常见的。这些术语在工业中经常被用来区分燃料、金属和非金属矿物。以下是这种区分中最常用的术语:

金属矿:指黑色金属(铁、锰、钼、钨)、贱金属(铜、铅、锌、锡)、贵金属(金、银、铂族金属)的矿石。和放射性矿物(铀、钍和镭)。

非金属矿物(又称工业矿物):与金属生产无关的非燃料矿物。这些包括磷酸盐,钾肥,卤石,特罗纳,沙子,砾石,石灰石,硫磺等。

矿物燃料(又称矿物燃料):可用作燃料的有机矿物物质,如煤、石油、天然气、煤层气、沥青和含油砂。

应当指出,采矿工程师与几乎所有这些矿物资源的开采有关。然而,石油和天然气的生产已经发展成为一个独立的产业,拥有自己的专门技术。这里将不详细讨论这些矿产品。

从地球上开采矿产资源的本质是从地表挖掘或挖掘到矿床。更重要的是,这些进入地下的开口是为了让人员进入地下储藏室。然而,钻孔有时被用来从地球上提取矿物价值。这些钻孔领域也被称为矿山,因为它们是开采矿床的手段,即使没有人进入矿床的地质领域。请注意,当某一矿床的经济盈利能力有一定的可信度时,以矿石或矿床作为矿产赋存的描述性术语更为可取。然而,煤炭和工业矿藏往往不是这样指定的,即使它们的盈利能力已经牢固确立。如果用于开采的挖掘完全是露天的,或者是从地表操作的,则称为露天矿。如果挖掘是由人类进入地表以下的洞口组成的,那就叫做地下矿井。矿用的程序、布置和设备的细节区分了采矿方法。这取决于与正在开采的矿床有关的地质、物理、环境、经济和法律情况。

采矿从来不是孤立地进行的,它本身也不是一个实体。 在此之前,要进行地质调查,确定矿床的位置,并进行经济分析,证明其在财政上是可行的。在提取燃料、工业矿物或金属矿石后,通常对矿石进行清洗或浓缩。这种将矿物制备或选矿成高质量产品的方法称为矿物加工. 这样生产的矿产品可以在转化、冶炼或精炼过程中进行进一步的浓缩、精炼或加工,以提供消费产品。将矿物材料转化为有用产品的最终步骤是营销。

地球上的挖掘经常被用于采矿以外的目的。这些包括民用和军事工程,其目标是产生一个稳定的开放,一个期望的大小,方向,和永久性。例如车辆、水和下水道隧道,加上地下储存设施、废物处理区和军事设施。其中许多挖掘是采用标准采矿技术生产的。

在专业上,与矿业相关的努力领域与活动发生的阶段或阶段相联系。在地质学和地球科学的总体上定位和探索矿物沉积物。采矿工程,已经定义,包括证明(与地质学家),计划,开发和开采一个矿床。采矿工程师还可能参与煤矿财产的关闭和回收,尽管他或她可以与环境领域的人员共同承担这些职责。虽然在采矿工程中的选矿领域往往存在一些重叠,但加工、精炼和制造等领域都属于冶金领域。

1.3 采矿技术的进展

作为人类最早的努力之一—当然也是第一次有组织的工业—采矿有一个古老而古老的历史。要了解现代采矿实践,追踪采矿技术的演变是有益的,(如本章前面所指出的)这与人类的进化和文明的进步是平行的。

最简单的开采方式始于大约45万年前旧石器时代的人类,这一点可以从古代石器时代早期人类的骨骼中发现的打火石工具中得到证明。我们的祖先从松散的打火石块或容易获取的露头中提取碎片,并使用粗糙的方法将其切割成工具和武器。到新石器时代,人类已在2至3英尺(0.6至0.9米)高度和30英尺(9米)深度的系统洞口中进入地下开采。然而,已知最古老的地下矿场,斯威士兰博武岭的赤铁矿,来自旧石器时代,据信有大约4万年的历史。早期矿工采用了地面控制、通风、运输、提升、照明和岩石破碎等粗糙的方法。然而,在埃及早期,矿山达到800英尺(250米)的深度。

金属矿物也引起史前人类的注意。在物质上,金属是以其本土化的形式使用的,很可能是通过砂矿中的河流砾石来获得的。然而,随着青铜和铁时代的到来,人类发现熔炼和学习以将矿石还原为纯金属或合金,这极大地提高了它们使用这些金属的能力。

早期矿工面临的第一个挑战是破坏矿石,并将其从围岩中松开。通常,他们用骨头、木头和石头制成的粗糙的工具无法与坚硬的岩石相提并论,除非岩石中含有可通过楔入或撬开的裂缝或裂缝。结果,他们很快发明了一种革命性的技术,叫做点火,他们首先加热岩石来膨胀它,然后浇冷水使岩石收缩和破碎。这是岩石破碎学的第一次重大进步之一,在1867年阿尔弗雷德·诺贝尔发明炸药之前,它的影响比任何其他发现都大。

采矿技术,就像所有行业的技术一样,在黑暗时代受到了磨灭。 值得注意的是,1185年的一项政治发展提高了采矿的地位和矿工的地位,特伦特主教批准了在他管辖范围内的矿工宪章。它赋予了采矿者合法的和社会的权利,包括维护矿产品权益的权利。这项法令是采矿史上的一个里程碑,它的长期影响一直持续到今天。

然而,18世纪末工业革命对矿物的需求和使用产生了最大的影响。随着对矿物的不断飙升的需求,采矿技术,特别是在科学概念和机械化方面取得了惊人的进展,这一天仍在继续。

在过去的两个世纪里,采矿技术在许多不同的领域取得了很大的进步。这种进展往往是以渐进的方式取得的,而不是以革命性的方式取得的。 然而,每隔一段时间,一个革命性的发现就会出现,并深刻地改变了采矿的过程。在十九世纪,炸药的发明是最重要的进步。在二十世纪,连续采矿设备的发明,这种设备可以在不使用炸药的情况下提取煤等较软的矿物,也许是最值得注意的。第一台连续采矿机于1940年左右进行了测试,其用途因麦肯金属公司(现为肯纳硬质合金)于1945年开发的碳化钨刀片而大大提高。到1950年,连续采煤机开始取代其他采煤方法。机械化开采时代已经开始。

在今天很难记录采矿业的所有发展。表1.2列出了重要事件的更完整年表。已经使用第1.1节引用的参考文献,莫洛伊(1986)编写了该文献。这些来源可用于获得采矿技术发展中关键事件的更全面清单。

1.4 采矿活动的阶段

现代采矿活动的总体顺序常常与矿山生命的五个阶段相比较:探矿,勘探, 发展, 开发, 复垦. 探矿和勘探是实际开采的前兆,它们是相互联系且相互结合的. 地质学家和采矿工程师经常分担这两个阶段的责任—地质学家更多地参与前者,采矿工程师更多地参与后者。同样,开发和开发是密切相关的阶段;他们通常被认为是构成采矿本身,是采矿工程师的主要作业。 自第一版以来,填海工程已被增加到这些阶段,以反映时代的变化。 由于社会对更清洁环境的要求和更严格的法律规定放弃开采,关闭和回收矿场已成为矿山生命周期的一个必要组成部分。在今后使用土地的情况下开发矿山的总体过程被称为可持续发展。 这一概念在一本名为《我们共同的未来》 (世界环境与发展委员会, 1987年) 的书中被定义为 '在不损害后代满足自身需要的能力的情况下满足当代人需要的发展'。其中提出的想法已被广泛赞同为后代提供服务的实际手段。表1.3 概述了矿山寿命的五个阶段, 以下各节将对此进行讨论。将在第2、3和4章中对这些阶段进行更广泛的讨论。

表1.2采矿技术的按时间顺序发展

英语原文共 24 页

时期

事件

450000B.C.E

首次开采(地表),由旧石器时代人类实现。

40,000

在斯威士兰,非洲,地表采矿向地下进展。

30000

在捷克斯洛伐克使用的烧制陶罐。

18000

可能使用原生形式的金和铜。

5000

埃及人用火堆来破碎岩石。

4000

早期使用制造的金属;青铜时代的开始。

3400

第一次记录的采矿,在西奈半岛的埃及人。

3000

可能是第一次冶炼,中国人用煤炼铜;埃及人第一次使用铁器。

2000

已知最早的黄金制品在新世界,在秘鲁。

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