1、矿产资源开发概况及基本概念矿产资源开发概况及基本概念第一章 矿产资源开发基本概念1.1 矿产资源定义与分类1.1.1 定义矿产资源是指经过地质成矿作用，埋藏于地下或出露于地表，并具有开发利用价值的矿物或有用元素的集合体。它们以元素或化合物的集合体形式产出，绝大多数为固态，少数为液态或气态，习惯上称之为矿产。根据美国地质调查局（U.S. Geological Survey）1976年的定义，矿产资源（Mineral Resources）是指天然赋存于地球表面或地壳中，由地质作用所形成，呈固态（如各种金属矿物）、液态（如石油）或气态（如天然气）的具有当时经济价值或潜在经济价值的富集物。从地质研究程
2、度来说，矿产资源不仅包括已发现的经工程控制的矿产，还包括目前虽然未发现，但经预测（或推断）是可能存在的矿产；从技术经济条件来说，矿产资源不仅包括在当前经济技术条件下可以利用的矿物质，还包括根据技术进步和经济发展，在可预见的将来能够利用的矿物质。矿产资源定义中，应注意区分以下几个概念：（1）矿物矿物是天然的无机物质，有一定的化学成分，在通常情况下，因各种矿物内部分子构造不同，形成各种不同的几何外形，并具有不同的物理化学性质。矿物有单体者，如金刚石、石墨、自然金等，但大部分矿物都是两种或两种以上元素组成，如石英、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、辉铜矿等。（2）矿石、矿体与矿床凡是地壳中的矿物集合体，在当前
3、技术经济水平条件下，能以工业规模从中提取国民经济所必须的金属或矿物产品的，称为矿石。矿石的聚集体叫矿体，而矿床是矿体的总称。对某一矿床而言，它可由一个矿体或若干个矿体所组成。（3）围岩矿体周围的岩石称围岩。根据围岩与矿体的相对位置，有上盘与下盘围岩和顶板与底板围岩之分。凡位于倾斜至急倾斜矿体上方和下方的围岩，分别称之为上盘围岩和下盘围岩；凡位于水平或缓倾斜矿体顶部和底部的围岩，分别称之为顶板围岩和底板围岩。矿体周围的岩石，以及夹在矿体中的岩石（称之为夹石），不含有用成分或有用成分含量过少当前不具备开采条件的，统称为废石。1.1.2 分类按照矿产资源的可利用成分及其用途分类，矿产资源可分为金属、
4、非金属和能源三大类1）金属矿产资源金属矿产是国民经济、国民日常生活及国防工业，尖端技术和高科技产业必不可缺少的基础材料和重要的战略物资。钢铁和有色金属的产量往往被认为是一个国家国力的体现，我国金属工业经过50多年的发展，已经形成了较完整的工业体系，奠定了雄厚的物质基础，已成为金属资源生产和消费主要国家之一。根据金属元素特性和稀缺程度，金属矿产资源又可分为：（1）黑色金属，如铁、锰、铬、钒、钛等；（2）有色金属，如铜、铅、锌、铝土、镍、钨、镁、钴、锡、铋、钼、汞、锑等；（3）贵重金属，如金、银、铂、钯、铱、铑、钌、锇等；（4）稀有金属，如铌、钽、铍、锆、锶、铷、锂、铯等；（5）稀土金属，如钪、轻
5、稀土（镧、铈、镨、钕、钜、钐、铕）等；（6）重稀土金属，如钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇等（7）分散元素金属，如锗、镓、铟、铊、铪、铼、镉、 硒、碲等；（8）放射性金属，如铀、钍（也可归于能源类）等。2）非金属矿产资源非金属矿产资源系指那些除燃料矿产、金属矿产外，在当前技术经济条件下，可供工业提取非金属化学元素、化合物或可直接利用的岩石与矿物。此类矿产少数是利用化学元素、化合物，多数则是以其特有的物化技术性能利用整体矿物或岩石。由此，世界一些国家又称非金属矿产资源为“工业矿物与岩石”。目前世界已工业利用的非金属矿产资源约250余种；年开采非金属矿产资源量在250亿t以上；非金属矿物原料年总
6、产值已达2 000亿美元，大大超过金属矿产值，非金属矿产资源的开发利用水平已成为衡量一个国家经济综合发展水平的重要标志之一。中国是世界上已知非金属矿产资源品种比较齐全、资源比较丰富、质量比较优良的少数国家之一。迄今，中国已发现非金属矿产品102种，其中已探明有储量的矿产88种。非金属矿产品与制品如水泥、萤石、重晶石、滑石、菱镁矿、石墨等的产量多年来居世界之冠。3）能源类矿产资源能源类矿产资源主要包括煤、石油、天然气、泥炭和油页岩等由地球历史上的有机物堆积转化而成的“化石燃料”。能源类矿产资源是国民经济和人民生活水平的重要保障，能源安全直接关系到一个国家的生存和发展。1. 2 矿产资源基本特征矿
7、产资源种类众多，如我国通过大量地质勘查工作，已发现矿产171种，有探明储量的155种，其中金属矿产54种，非金属矿产90种，能源及水气矿产11种。虽然不同矿种化学组成、开采技术条件、用途等各不相同，但都具有以下共同特性：（1）有效性矿产资源具有使用价值，能够产生社会效益和经济效益。（2）有限、非再生性矿产资源是在地球的几十亿年漫长历史过程中，经过各种地质作用后富集起来的，一旦被开采后，相对短暂的人类历史，绝大多数不可再生。换言之，矿产资源只能越用越少，特别是那些优质、易探、易采的矿床，其保有量已日渐减少。为保证矿业可持续发展，必须“开源与节流”并重，把节约放在首位，走资源节约型可持续发展之路。
8、“开源”即扩大矿物原料来源，包括加大深部、边远靶区的勘探力度；提高资源开发技术水平，回收低品位的矿量；寻找替代资源等。“节流”即千方百计地改善利用矿产资源的技术水平，使有限的矿产资源得到最大限度地充分合理地利用。包括改进、改革采矿方法、提高选矿、冶炼的工艺技术水平、努力探索综合回收、综合利用的新方法、新工艺、新技术、搞好尾矿的综合利用，变废为宝等物尽其用的各种途径，使矿产资源非正常人为损失减少至最低限度，以适应现代化建设对矿产品日益增长的需求。（3）时空分布不均匀性矿产资源分布的不均衡性是地质成矿规律造成的。某一地区可能富产某一种或某几种矿产，但其它矿种相对缺乏，甚至缺失。例如，29种金属矿产
9、中，有19种矿产的75%储量集中在5个国家；石油主要集中在海湾地区；煤炭储量大国主要是中国、美国和前苏联地区；中国的钨、锑储量占世界总储量的一半以上，而稀土资源占世界总储量的90%以上。（4）投资高风险性矿产资源赋存隐蔽，成分复杂多变。在自然界中，绝无雷同的矿床，因而矿产勘探过程中，必然伴随着不断地探索、研究，并总有不同程度的投资风险存在。勘探难度大、成本高、效果差，的风险高，是一般工业企业不可比拟的。矿产资源的开发需要一个较长的周期，从矿山设计、基建、达产至达到设计能力，一般都需要几年的时间。在此过程中，矿产品价格的变化，可能使原预测投资回报率受到影响。（5）矿产资源开发的环境破坏性矿产资源
10、是地球自然环境系统中的组成部分，矿产资源的开发必然导致对环境的破坏，造成影响范围内的地表下沉、地下水位下降、土地资源破坏、森林资源锐减、生物资源减少。而矿产资源开发过程中排出的废水、废气、废料，也会造成不同程度的环境污染。因此，矿产资源评估过程中，应充分考虑到这一因素。（6）资源储量的动态性矿产资源储量是一个动态变化的经济和技术概念。从技术层面而言，勘探力度的加强、勘探技术的提高、综合利用水平的进步，会使资源储量增加，而资源开发利用会消耗储量；从经济层面而言，开采成本的降低和矿产品价格的升高，会使原来被认为无开采价值的储量，逐渐成为可供人类以工业规模开发利用的储量。（7）多组分共生性由于不少成
11、矿元素地球化学性质的近似性和地壳构造运动与成矿活动的复杂多期性，自然界中单一组分的矿床很少，绝大多数矿床具有多种可利用组分共生和伴生在一起的特点。例如我国最大的镍铜矿山金川有色金属集团公司，除主产金属镍和铜外，还伴生钴、硫以及金、银、铂、耙、锇、铱、钉、铑等多种有用元素；（8）质量差异性同一矿种不同矿山，甚至同一矿山不同矿体之间，矿石品位高低不一，资源质量差异巨大。影响资源质量的因素众多，主要包括： 地质因素。包括矿床地质特征、成矿环境、矿体空间形态、产状、厚度及结构特征等； 地质工作程度。尤其是生产勘探程度、矿石取样研究程度等； 开采技术因素。主要指矿床开采方式、采矿方法、机械化水平、管理水
12、平等； 矿石加工因素。主要指矿石进入选厂后的破碎和选矿工艺流程的技术水平。1. 3 固体矿床工业性质对某一具体矿床进行评估时，首先应了解该矿床的工业性质，以对该矿床的开发利用难易程度做出科学的判断。固体矿床主要工业性质包括：1.3.1 物化、力学性质（1）硬度硬度，即矿岩的坚硬程度，也就是抵抗工具侵入的能力，主要取决于矿岩的组成，如颗粒硬度、形状、大小、晶体结构以及颗粒间的胶结物性质等。硬度愈大，凿岩愈困难。矿岩的硬度，不仅影响矿岩的破碎方法和凿岩设备的选择，而且会影响开采成本等经济指标。（2）坚固性坚固性也是一种抵抗外力的能力，但它所指的外力是机械破碎、爆破等综合作用下的一种合成力。坚固性的
13、大小一般用相当于普氏硬度系数的矿岩坚固系数（f）表示，该系数实际表示矿岩极限抗压强度、凿岩速度、炸药消耗量等值的平均值，但由于各参数量纲的不同，因此求其平均值难度较大，一般采用下式来简化求取： （1-1）式中：R矿岩极限抗压强度，kgcm-2。（3）稳固性稳固性，即矿岩允许暴露面积的大小和暴露时间的长短。影响矿岩稳固性的因素十分复杂，不仅与矿岩本身地质条件（包括工程地质和水文地质）有关，而且与开采工艺和工程布置关系密切。稳固性是影响开采技术经济指标和作业安全性的重要因素。矿床一般按稳固程度分为： 极不稳固的：不允许有任何暴露面积，矿床一经揭露，即行垮落； 不稳固的：允许有较小的不支护暴露面积，
14、一般在50m2以内； 中等稳固的：允许不支护暴露面积为50200m 2； 稳固的：不支护暴露面积为200800m 2； 极稳固的：不支护暴露面积800m 2以上。由于矿岩稳固性不仅取决于暴露面积，而且与暴露空间形状、暴露时间有关，因此，上述分类中允许不支护暴露面积仅是一个参考值。（4）结块性高硫矿石、粘土类矿石崩落后，在遇水和受压并经过一段时间，可能会重新粘结在一起，这一性质称为结块性。矿石的结块性，会对采下矿石的放矿、运输和提升造成困难。（5）氧化性硫化矿石在水和空气的作用下，发生氧化反应转变为氧化矿石的性质，称为氧化性。矿石氧化会降低选矿回收指标。（6）自燃性煤、硫化矿石、含碳矸石等在适当
15、的环境中，与空气接触发生氧化而产生热，当产生的热量大于向周围介质散发的热量时，该物质的温度自行升高。升高的温度反过来又加快了氧化的速度，如此循环，当物质的温度达到其燃点后，就引起着火自燃。矿石自燃不仅造成了资源的浪费，而且恶化了工作面环境。（7）含水性矿岩吸收和保持水分的性能称含水性。含水性会影响矿石的放矿、运输和提升作业。（8）碎胀性矿岩破碎后，碎块之间的大量孔隙使其体积增大的现象，称为碎胀性。破碎后体积与原矿岩体积之比，称为碎胀系数（或松散系数）。1.3.2 埋藏要素矿床埋藏要素是指矿床在地壳中的走向长度、埋藏深度、延伸深度、形状、倾角、厚度等几何因素。（1）埋藏深度和延伸深度矿体的的埋藏
16、深度是从地表至矿体上部边界的垂直距离，而延伸深度是指矿体上下边界之间的垂直距离（图1-1）。图1-1 矿体的埋藏深度和延伸深度1地表； 2矿体； H1埋藏深度； H2延伸深度（2）矿体形状由于成矿环境和成矿作用的不同，矿体形状千差万别，主要有层状、脉状、块状、透镜状、网状、巢状等（图1-2）。（a）层状矿床 （a）脉状矿床 （c）块状矿床（d）透镜状矿床 （e）网状矿床 （f）巢状矿床图1-2 矿体形状（3）矿体倾角根据矿体倾角，矿体可分为以下几类： 水平和微倾斜矿体：矿体倾角在5以下； 缓倾斜矿体：矿体倾角为530； 倾斜矿体：矿体倾角为3055； 急倾斜矿体：矿体倾角大于55。（4）矿体厚
17、度矿体厚度是指矿体上下盘之间的垂直距离或水平距离，前者称为垂直厚度或真厚度，后者称为水平厚度。除急倾斜矿体常用水平厚度来表示外，其它矿体多用垂直厚度。由于矿体形状不规则，因此厚度又有最大厚度、最小厚度和平均厚度之分。垂直厚度与水平厚度和矿体倾角有如下关系（图1-3）： （1-2）式中：Hv矿体垂直厚度；Hl矿体水平厚度；矿体倾角。矿体按厚度可分为5类： 极薄矿体：矿体平均厚度小于0.8m； 薄矿体：矿体厚度为0.82.0m； 中厚矿体：矿体厚度为2.05.0m； 厚矿体：矿体厚度为5.020.0m； 极厚矿体：矿体厚度大于20.0m。图1-3 矿体厚度1.4 矿产资源储量及矿床工业指标1.4.
18、1 资源储量矿产资源领域有两个非常重要的概念，即资源与储量。由于矿产资源/储量分类是定量评价矿产资源的基本准则，它既是矿产资源/储量估算、资源预测和国家资源统计、交易与管理的统一标准，又是国家制定经济和资源政策及建设计划、设计、生产的依据，因此各国都对矿产资源/储量分类给予了高度重视。虽然各国都是基于地质可靠性和经济可能性对资源与储量进行定义和区分，但具体分类标准各不相同。我国于1999年12月1日起实施的固体矿产资源/储量分类国家标准（GB/T177766-1999）是我国固体矿产第一个可与国际接轨的真正统一的分类。1）分类依据（1）根据地质可靠程度将固体矿产资源/储量分为探明的、控制的、推
19、断的和预测的，分别对应于勘探、详查、普查和预查四个勘探阶段。 探明的：矿床的地质特征、赋存规律（矿体的形态、产状、规模、矿石质量、品位及开采技术条件）、矿体连续性依照勘探精度要求已经确定，可信度高； 控制的：矿床的地质特征、赋存规律（矿体的形态、产状、规模、矿石质量、品位及开采技术条件）、矿体连续性依照详探精度要求已基本确定，可信度较高； 推断的：对普查区按照普查的精度，大致查明了矿产的地质特征以及矿体（点）的展布特征、品位、质量，也包括那些由地质可靠程度较高的基础储量或资源量外推部分，矿体（点）的连续性是推断的，可信度低。 预测的：对具有矿化潜力较大地区经过预查得出的结果，可信度最低。（2）
20、根据可行性评价分为概略研究、预可行性研究和可行性研究三个阶段。（3）根据经济意义将固体矿产资源/储量分为经济的（数量和质量是依据符合市场价格的生产指标计算的）、边际经济的（接近盈亏边界）、次边际经济的（当前是不经济的，但随技术进步、矿产品价格提高、生产成本降低，可变为经济的）、内蕴经济的（无法区分是经济的、边际经济的还是次边际经济的）、经济意义未定的（仅指预查后预测的资源量，属于潜在矿产资源）。2）分类及编码依据矿产勘查阶段和可行性评价及其结果、地质可靠程度和经济意义，并参考美国等西方国家及联合国分类标准，中国将矿产资源分为3大类（储量、基础储量、资源量）16种类型。储量是指基础储量中的经济可
21、采部分，用扣除了设计、采矿损失的实际开采数量表述；储量基础是查明矿产资源的一部分，是经详查、勘探所控制的、探明的并通过可行性研究、预可行性研究认为属于经济的、边际经济的部分，用未扣除设计、采矿损失的数量表达；资源量是指查明矿产资源的一部分和潜在矿产资源。包括经可行性研究或预可行性研究证实为次边际经济的矿产资源、经过勘查而未进行可行性研究或预可行性研究的内蕴经济的矿产资源以及经过预查后预测的矿产资源。资源/储量16种类型、编码及其含义列入表1-1。表1-1 中国固体矿产资源分类与编码表大类类 型编码含 义储量可采储量111探明的经可行性研究的经济的基础储量的可采部分预可采储量121探明的经预可行
22、性研究的经济的基础储量的可采部分预可采储量122控制的经预可行性研究的经济的基础储量的可采部分基础储量探明的（可研）经济基础储量111b探明的经可行性研究的经济的基础储量探明的（预可研）经济基础储量121b探明的经预可行性研究的经济的基础储量控制的经济基础储量122b控制的经预可行性研究的经济的基础储量探明的（可研）边际经济基础储量2M11探明的经可行性研究的边际经济的基础储量探明的（预可研）边际经济基础储量2M21探明的经预可行性研究的边际经济的基础储量控制的边际经济基础储量2M22控制的经预可行性研究的边际经济的基础储量资源量探明的（可研）次边际经济资源量2S11探明的经可行性研究的次边际
23、经济的资源量探明的（预可研）次边际经济资源量2S21探明的经预可行性研究的次边际经济的资源量控制的次边际经济资源量2S22控制的经预可行性研究的次边际经济的资源量探明的内蕴经济资源量331探明的经概略（可行性）研究的内蕴经济的资源量控制的内蕴经济资源量332控制的经概略（可行性）研究的内蕴经济的资源量推断的内蕴经济资源量333推断的经概略（可行性）研究的内蕴经济的资源量预测资源量334？潜在矿产资源注：表中编码，第1位表示经济意义，即1=经济的，2M=边际经济的，2S=次边际经济的，3=内蕴经济的；第2位表示可行性评价阶段，即1=可行性研究，2=预可行性研究，3=概略研究；第3位表示地质可靠程
24、度，即1=探明的，2=控制的，3=推断的，4=预测的。其它符号：？=经济意义未定的，b=未扣除设计、采矿损失的可采储量。1.4.2 矿床工业指标用以衡量某种地质体是否可以作为矿床、矿体或矿石的指标，或用以划分矿石类型及品级的指标，均称为矿床工业指标。常用的矿床工业指标包括：（1）矿石品位金属和大部分非金属矿石品级（industrial ore sorting），一般用矿石品位来表征。品位是指矿石中有用成分的含量，一般用重量百分数（%），贵重金属则用gt-1或ppm表示。有开采利用价值的矿产资源，其品位必须高于边界品位（圈定矿体时对单个样品有用组分含量的最低要求）和最低工业品位（在当前技术经济条
25、件下，矿物原来的采收价值等于全部成本，即采矿利润率为零时的品位），而且有害成分含量必须低于有害杂质最大允许含量（对产品质量和加工过程起不良影响的组分允许的最大平均含量）。（2）最小可采厚度最小可采厚度是在技术可行和经济合理的前提下，为最大限度利用矿产资源，根据 矿区内矿体赋存条件和采矿工艺的技术水平而决定的一项工业指标。亦称可采厚度或最小可采厚度，用真厚度衡量。（3）夹石剔除厚度夹石剔除厚度亦称最大允许夹石厚度，是开采时难以剔除，圈定矿体时允许夹在矿体中间合并开采的非工业矿石（夹石）的最大真厚度或应予剔除的最小厚度。厚度大于或等于夹石剔除厚度的夹石，应予剔除，反之，则合并于矿体中连续采样估算储
26、量。（4）最低工业米百分值对一些厚度小于最低可采厚度，但品位较富的矿体或块段，可采用最低工业品位与最低可采厚度的乘积，即最低工业米百分值 (或米克/吨值)作为衡量矿体在单工程及其所代表地段是否具有工业开采价值的指标。最低工业米百分值，简称米百分值或米百分率，也表作米克/吨值。高于这个指标的单层矿体，其储量仍列为目前能利用(表内)储量。最低工业米百分值指标实际上是利用矿体开采时高贫化率为代价，换取资源的回收利用。1.5 矿山生产能力、矿石损失率与贫化率（1）矿山生产能力及矿山服务年限生产能力是指矿山企业在正常生产情况下，在一定时间内所能开采或处理矿石的能力，一般用万ta-1或ta-1来表示。矿山
27、生产能力是矿床开发的重要技术经济指标之一，决定着矿山企业的基建工程、基建投资、主要设备类型和数量、技术建筑物和其它建筑物的规模与类型、辅助车间和选冶车间的规模、人员数量和配置等。矿山生产能力的确定主要取决于国民经济需要、矿床储量、资源前景、矿床地质与开采技术条件、矿床勘探程度、矿山服务年限、基建投资和产品成本等因素。矿山服务年限是矿山维持正常生产状态的时间，在矿山生产能力、矿床储量、采矿损失率和回收率等因素确定后，也即相应确定。矿山生产能力和服务年限是密切相关的，为在保证矿山合理的经济效益的同时，保持可持续发展，矿山企业必须具有一定的服务年限，因此矿山生产能力既不能过小，也不能无限扩大，应与矿山合适的服务年限相适应。（2）矿石损失率矿床开采过程中由于各种因素（如地质构造、开采技术条件、采矿方法及生产管理等）的综合影响难免会造成部分工业矿石的丢失。采矿过程中损失的矿石量与计算范围内工业矿石量的百分比称为矿石损失率，而实际采出并进入选矿流程的矿石量与计算范围内工业矿石量的百分比则称为矿石回收率。很明显，矿石回收率=1-矿石损失率。（3）矿石贫化率由于采矿、运输过程中，围岩和夹石的混入或富矿的丢失，使采出矿石品位低于计算范围内工业矿石品位的现象称为矿石贫化，工业矿石品位降低的百分数成为矿石贫化率。
