Introduction to Mining

1.1 Miningrsquo;s Contributions to Civilization

Mining may well have been the second of mans earliest endeavors-granted that agriculture was his first. The two certainly rank together as the primary or basic industries of human civilization.

Another way of expressing the fundamental importance of mining in both ancient and modern culture is to recall that nature provides only limited sources or ways to generate new wealth (Beall, 1973). In addition to parentage, they consist of mining and agriculture (which includes farming, hunting, fishing, husbandry, and forestry).

Since prehistoric times, mining has been integral and essential to man existence (Madigan, 1981). Here the term mining is used in its broadest context as encompassing the extraction of all naturally occurring mineral substances－solid, liquid, and gas－from the earth for utilitarian purpose. By utilitarian we mean those essential human needs and desires that have been uniquely met by minerals down through the ages. The most prominent are identified in table1.1.

Table 1.1 Manrsquo;s uses of minerals

In fact, most of the cultural ages of man are associated with and identified by minerals or their derivatives. They include the Stone Age (prior to 4000 B. C.), the Bronze Age (4000 to 1500 B.C.), the Iron Age (1500 B.C to A.D 1780), the Steel Age (1780 to 1945), and the Nuclear Age (since 1945). Nor it coincidental that many milestones in human history-Marco Polo journey to China, Vasco da Gamas voyages to Africa and India, Columbusrsquo;s discovery of the New World, and the modem gold rushes that led to the settlement of California, South Africa, Australia, the Canadian Klondike and Alaska—were achieved with minerals as the prime incentive or goal (Rickard, 1932).

It is also demonstrable that minerals and mining have been associated with the ascendancy of the great civilizations of history. Indeed, the far-flung expansions of the Roman Empire into Spain and Britain, the conquest of North and South America by the Spanish, French, and English, and the colonization of Africa and parts of Asia by a variety of European powers were fueled by the lust for mineral wealth. A different sort of modern empire—an economic cartel, the Organization of Petroleum Exporting Countries (OPEC)—exists to control petroleum prices and supplies in an awe-some exercise of mineral might.

1.2 Elements of Mining

There are various terms and expressions unique to mining that characterize it as a technical field. The novice is advised to 'master the language' early, to become familiar with it without resorting to rote memorization. Most terms are introduced selectively in the text that follows, but some are general and best defined now. For a complete glossary of mining terminology, see a standard reference (e.g., Thrush, 1968; Gregory, 1983).Three basic definitions are closely related:

Mine: an excavation made in the earth to extract minerals.

Mining: the activity, occupation, and industry concerned with the extraction of minerals.

Mining engineering: the art and science applied to the processes of mining and the operation of mines.

Some distinguish various materials mined. Geologically, one distinguishes between the following:

Mineral: a naturally occurring substance, usually inorganic, having a definite chemical composition and distinctive physical characteristics.

Rock: an assemblage of minerals.

Economically, the distinction made between minerals is the following:

Ore: mineral that has sufficient utility and value to be extracted at a profit waste or gangue: mineral that lacks utility and value when mined gangue is more intimately associated with ore than is waste)

When both geologic and economic relationships are involved, the distinguishing terms are the following:

Mineral deposit: geologic occurrence of minerals in relatively concentrated form.

Ore deposit: economic occurrence of minerals that can be extracted at a profit.

A further convenient subdivision of commercial minerals, into three main categories, is made on the basis of primary constituent and usage Metallic ores include ores of the ferrous metals (iron, manganese, molybdenum, and tungsten); base metals (copper, lead, zinc, and tin); precious metals (gold silver and platinum); and radioactive metals (uranium, thorium, and radium). Nonmetallic ores consist of industrial minerals such as phosphate potash, stone, sand, gravel, sulfur, salt, and industrial diamonds The mineral fuels, sometimes called fossil fuels, include coal, petroleum, natural gas, uranium, and several less common, marginal sources (lignite oil shale tar sand, and coal bed methane). It should be noted that, while an offshoot of mining, the activity associated with the extraction of petroleum and natural gas has now evolved into a separate industry with a specialized technology of its own.

The essence of mining in extracting mineral from the earth is to drive or construct an excavation, a means of entry, from the existing surface to the mineral deposit. (When the value of the mineral is established with some confidence, usage of the terms ore and ore deposit is preferred, except that coal and

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矿业简介

• 1. 矿业对文明的贡献

采矿可能是人类在农业之后最早努力从事的行业，采矿与农业两者都是人类文明的主要或基础产业。

在古代和现代文明中表达采矿重要性的另一种方式是回收自然界有限资源的途径创造新的财富（比尔，1973）。除了育儿，还包括采矿业和农业（包括农业，狩猎，渔业，畜牧业和林业）

自史前时代以来，采矿是人类生存的必要条件（Madigan，1981）。在这里，采矿的定义在其最广泛的范围内被使用，包括从地球上提取的用于适用目的的矿物质——固体，液体和气体。我们所说的功利主义是指那些人类基本的需求和欲望，这些需求和欲望在时代中被矿物质独特的满足了。

事实上，人类的大多数文化时代都是通过与矿物质或其衍生物相关联并被识别，包括石器时代（公元前4000年），青铜时代（公元前4000至1500年），铁器时代（公元前1500年至1780年），钢铁时代（1780年至1945年）和核时代（1945年至今）。也不是巧合，人类历史上各种里程碑——马可波罗到中国的旅行，瓦斯科达卡玛到非洲和印度的航行，哥伦布发现新大陆和现代的淘金热，导致人们定居加利福尼亚、南非、澳大利亚、加拿大克朗克代课和阿拉斯加，都是因矿物质作为主要动机或目标。

也可以证明，矿产和采矿与历史伟大文明的优势相联系。事实上，罗马帝国扩大到西班牙和英国，西班牙、法国和英国征服南北非洲，以及各种欧洲列强的非洲和亚洲部分地区的殖民化都是由于人们对矿产财富的渴望。一个不同类型的现代帝国——经济卡特尔，石油输出国组织的存在是为了以控制一种矿物质的行为控制石油价格的供应。

1.3采矿要素

矿业作为一种技术领域，有各种特有的术语和表达方式。建议新手应及早“掌握语言”，熟悉它而不必死记硬背，大多数属于在下面的文本中有选择的引用，但大多是现代通用和最好的定义。关于采矿术语的完整词汇表请阅读标准文献（例如：Thrush，1968；Gregory，1983）.三个基本定义密切相关：

矿：在地球上挖掘矿物提取矿物。

矿业：与矿业开采有关的活动。

采矿工程：采掘和矿山作业过程中应用的艺术和科学。

按开采材料的来区分，在地质上区分为以下内容：

矿物质：一种自然存在的物质，通常是无机的，具有一定的化学成分和独特的物理特性。

岩石：矿物的组合

在经济上，矿物之间的区别如下：

矿石：有足够的效用和价值的矿物，可在有利润的废物或脉石中提取：当开采的脉石与矿石中废料更多时，矿物缺乏效用价值。

当涉及地质和经济，区别方式如下：

矿床：相对集中的矿产地质赋存形态。

矿石储量：矿产资源的可开采经济利润总量。

另一个方便的细分商业矿物的方式，分为三大类，是根据主要成分和金属矿石的颜色分为黑色金属（锰、钼和钨）；贱金属（铜、铁、锌、锡）；贵金属（金、银和铂）；及放射性金属（铀、钍、镭）。非金属矿石包括工业矿物如磷酸钾，石头，沙子，砾石，硫磺，盐和工业钻石。矿物燃料（有时称为化石燃料）包括煤，石油，天然气，铀和几个较不常见的边际来源 （褐煤油页岩焦油砂和煤层气）。但是应该指出的是，采矿的分支，石油和天然气等开采相关的活动现在已经发展成为具有自己专有技术的独立行业。

从地球上提取矿物的本质是从现有的表面到矿床，推动或建造一个洞穴，做一种进入手段。（当对矿物的价值确定有一定的信心时，优选使用矿石和矿床，除了煤矿和石矿床通常如此指定）如果挖掘完全是从地面开采或操作的，那么它被称为露天矿，如果挖掘由人员进入的地面以下开出，那么它是一个地下矿井。 按照开采程序布局的具体细节和使用的设备区分采矿方法，以物理，地质，环境，经济和法律环境为依托来做决定。

采矿不是孤立的，也不是一个实体。 在进行地质调查之前，定位证明其经济规模的存量和经济性分析。 在提取煤岩石或矿石后，通常在称为矿物加工的程序中制备或选矿。 然后，这些工艺的产品可以在转化冶炼过程中进一步浓缩，精制或制造，或者精炼以形成能够提供的消费品。 将有用的矿物转化为可用产品的最终步骤是营销。

有时，矿井开采用于矿物开采以外的目的。 包括民用和军事设施，其目的是产生所需尺寸，方向和持久性的稳定的开口。

例如车辆隧道，储存库，废物处理室和军事设施。 他们使用从采矿中借用的方法挖掘。 目标是挖掘或开采本身，而不是提取矿物，否则其他种类的条件或情况可能会受到影响，如时间，形状或生命。

专业上，与矿产相关的领域与活动的各个阶段互相联系，该阶段或活动发生在地质勘探和地球科学的一般范围。已经定义的采矿工程包括矿床的勘察（包括地质）、计划、开发和开采。尽管采矿工程中的矿物加工和采掘领域有重叠，但加工、精炼和制造等领域都被分配给冶金。

1.3矿业技术的发展

作为人类最早的努力之一，从第一次挖掘到有组织的采矿过程中有一个古老而庄严的历史（格雷戈瑞，1983）。要了解矿产行业的现代技术，追踪矿业技术的演变是有用的，正如本章开头所指出的那样，它人类自身的演变与文明的进步是并行的。

大约45万年前，采矿开始于旧石器时代。 当然没有记录来证实这个事实，但是从老石器时代的早期人的骨头发现了火石工具。 他从地球上抽出这些东西，并通过粗制技术学习塑造它们。 起初他们很满意地从地表挖掘中回收石材，但是在新石器时代开始的时候，人们已进入地下采矿，高度为0.6-0.9米，深度超过9米。 然而，最古老的地下矿井是从旧石器时代起，相信是4万年前; 它是斯威士兰Bomyu Ridge的赤铁矿（Gregory，1981）。 早期地下开采工采用粗制的地面控制，通风，起重，照明和破岩方法。 埃及时代，地下矿山的深度达到250米。

金属矿物吸引了史前人的注意。 最初，金属必须以其天然形式使用，可能通过在表面沉积物中洗涤河砾石获得。 然而，随着青铜器和铁器时代的到来，人们发现了冶炼，并学会了减少原生金属或合金形式的矿石。

在挖掘石头或矿石的地方挑战矿工的第一个显著的技术是将矿石从约束岩体中松开。 虽然他们可以轻松挖掘土壤或松散的岩石，但是他们用骨头，木头和石头制作的粗制工具与固体岩石不匹配，除非存在缝隙或通过楔入形成和打开裂缝。 他们很快就设计了一种具有热量的革命性技术，用热来扩张岩石缝隙和用水冷却，收缩和破坏，可称为火力法采掘。 在人类的伟大发现和矿业的第一个技术突破之中，岩石破碎的艺术和科学至关重要。 除了黑粉最初被用来爆炸岩石，17世纪以来，没有其他的技术进步有着同等的影响。

随着社会制度和文化的演变，矿业变得更加有组织化。 由于工作的艰巨而危险的性质，奴隶和犯人常常致力于矿山。 但是，监事和工程师都有指挥员高级工资。 埃及人是矿业活动的第一个组织者和记录员，但是最成功的矿工是罗马人。 通过他们著名的殖民技能，罗马人建立了一个帝国繁荣兴旺的矿产业。

在所有行业中，采矿技术在黑暗时代都受到影响。 值得注意的是，当特伦特的主教授予他的领域的矿工的章程时，公元 1185年的政治发展提高了采矿的地位和矿工的地位。 它为矿工提供了法律和社会权利，包括矿产入股的权力。这是行业的里程碑，这一法令的长期影响一直持续到今天。

然而，工业革命在十八世纪后十年的时候，对矿物的需求和使用的影响最大。 随着对矿物质的需求猛增，矿业技术快速进步，特别是在科学概念和机械化方面，进步一直持续到今天。 它们构成了我们随后处理的方法的支柱

这个编年史不可能记载所有采矿技术的 发展，但一些最重要的那些影响了行业或文明的一般列举在表1.2。随着二十世纪现代矿业时代的开展，机械化大规模生产和其他成本削减技术（近年的电算化），在低品位矿床取得了大量的开发能力。约翰·迈尔斯营销公司制作的图表中出现了更完整的时间顺序。

表1.2采矿技术的发展的时序

1.4 矿山开采的阶段

现代采矿活动的总体顺序通常与矿山生产阶段相联系。 有四种：勘察，勘探，开发和开采。 勘察和勘探，与实际采矿的前兆有关，有时结合起来; 地质学家和采矿工程师分担这两个阶段的责任，地质学家更多地为前者以及工程师更多为后者。 同样，发展与采掘也是密切相关的阶段; 它们通常被认为构成开采的要素，是采矿工程师工作的主要范畴。

矿山生产的四个阶段总结在表1.3中，并在下面讨论。 除了将矿床推进到矿区的阶段和步骤之外，表1.3还规定了各阶段的时间和成本的一般范围。

·勘探

勘探，第一阶段是寻找金属矿石或其他有价值的矿物（煤或非金属）。 由于需要在地球表面或地下发现矿床，所以采用直接和间接的探矿技术。

通常仅限于表面沉积矿的直接发现方法包括从露天风化的沉积物或松散碎片（浮法）的暴露的目视检查。 一个地区的地质研究增加了这种简单直接的技术。 通过航空摄影和地形学和一个地区的结构图

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