朱松耆
（苏州中材非金属矿工业设计研究院，苏州 215004）
摘要 本文概述了中国几种重要的非金属矿的开采技术和实践经验，包括石膏、金刚石、石墨、膨润土、石棉、滑石、云母和高岭土。简要分析了这些矿物开采的特殊性，介绍了有关矿种开采技术的实例。
关键词 非金属矿；开采技术。
作者简介：朱松耆，教授级高级工程师，电话0512-68213617，E-mail：[email protected]。
一、非金属矿开采概况
我国已探明资源储量的非金属矿产有91种，已规模化开采的有20余种，现仅就其中几种非金属矿的开采技术作一介绍。
中国金刚石、高岭土、云母、石棉、石膏、石墨、滑石、膨润土的开采情况如表1所示［1～6］。
表1 非金属矿开采概况
注：本表仅列“矿点”，非公司名。1 ct＝0.2 g。
二、非金属矿开采的特殊性
（一）矿物品级及晶体保护
非金属矿各矿种的产品根据用途和工业要求都有不同的分级方法，这对开采也产生一些特殊要求。
如表2中所列，金刚石、石棉、云母、滑石、石膏、高岭土等矿物在工业上主要或部分是利用其物理力学性质的，成了直接利用的工程材料。金刚石颗粒细小，岩矿开采时无法考虑其保护；金刚石砂矿开采时，由于金刚石密度大，特别是颗粒大的，常富集于砂层底部和阶地下部，要求特别注意对这部分矿体的保护和开采。石棉、云母、滑石、石膏、高岭土等矿物开采时都要按工业要求考虑其保护措施。
表2 非金属矿产品工业要求与分级对开采的影响
一些非金属矿物即使品位相同，但所含矿物的品级不同，售价不同，会引起开采技术经济指标的很大变化，影响开采方法和采矿方法的选择。有的价值昂贵，如云母矿，面积较大的薄片云母价格达400元/kg，面积为4 cm2的薄片云母价格为80元/ kg。从经济效益出发，开采时必须考虑其晶体保护。
（二）赋存条件和产状上的特殊性
如金刚石矿床，矿体为直立管状。开采时从开拓系统的选择到采矿方法都要作适应性的考虑。
（三）矿石及围岩特性
一些非金属矿矿石及围岩松软，矿层厚度大，在开采中必须采取特殊措施，保证生产的安全和高效。如高岭土矿和滑石矿，它们的特殊性能要求在开采和巷道支护方面采取相应的特殊措施。露天开采中，由于滑石越纯润滑性越好，自然安息角小，常要求边帮放缓，这样会使基建投资和开采成本增加。
（四）矿石性质的特殊性对开采的特殊要求
如纤维石膏价格高，但其质软易磨损，开采时需特别防止其受磨损，膨润土遇水后会迅速膨胀和崩解，不能采用湿式凿岩。高岭土砂矿由于矿石中含石英砂和砂砾，结构松散，冲采淘洗后高岭土矿易富集，开采时有条件的应当用水力开采以取得好的技术经济效果。
三、各矿种的开采简况
（一）石膏开采
中国石膏矿床规模大、质量好的都是沉积型。地下开采矿山有：邵阳石膏矿、平邑石膏矿、太原石膏矿等，南京石膏矿年产量为40×104t。荆门石膏矿是目前开采纤维石膏最大的矿山。露天开采的矿山一般规模较小，主要分布在甘肃、四川、宁夏、青海等省。
1.地下矿开拓运输方法
其方法有竖井开拓，如平邑石膏矿等；斜井开拓，如已采完的应城石膏矿；竖井、斜井联合开拓，如南京石膏矿；平硐开拓，如太原石膏矿、灵石石膏矿。灵石石膏矿曾用平硐溜井开拓，但不成功，雪花石膏（质量好的二水石膏）和一般普通石膏在通过大溜井放矿时易粉尘化，且夹有泥质，因此在水的作用下常造成溜井出矿口的堵塞事故，生产不正常；无水时漏斗放矿又尘埃迷漫，岩尘细微，用一般通风措施也难以解决问题。太原石膏矿采用平硐无轨开拓，于20世纪70年代末80年代初改用全无轨化采矿，当时在中国矿业界是第二个实例，既典型又具有先进性。该矿采用平硐无轨开采的有利条件是：矿体埋藏高于地面，矿层缓倾斜，倾角为5°～10°，适合平硐开拓和分层开采时汽车的运输；采用房柱法开采，采准切割巷道基本上都建于矿体内，可回收矿石，使基建投资下降；矿体及围岩稳固性好，矿房高达10 m，跨度12～15m，经久不垮，允许采用大型无轨设备；巷道断面大，但实际支护率仅8%，基建费用省；可边基建边生产，可局部投产、简易投产，见效快；生产规模不大，坑内运输车辆不多，通风比较好解决。该矿投产后结算，每吨矿石的单位投资仅43.75元，而那一时期同样规模的矿山都在100元以上。说明这种开拓方法是适于这一类型石膏矿体的。
2.石膏的开采工艺
分两类：一是纤维石膏矿的开采；二是雪花石膏、普通石膏和硬石膏矿的开采。纤维石膏硬度小，性脆，容易变成粉矿而损耗，开采装运时要避免捣运，避免用耙矿设备，避免用漏斗放矿，还由于矿石价值高（3倍于普通石膏），采用长壁选别充填采矿法，回采工作面崩落下的矿石用人工选别将矿石装入矿车，如荆门石膏矿。雪花石膏、普通石膏和硬石膏开采工艺相似，回采时用全面采矿法或房柱采矿法。
3.常用设备
地下开采时的技术装备主要是提升、运输、压气、通风、排水和采矿场的凿岩设备、装矿设备等。下面仅将提升设备举例说明如下（表3）。太原石膏矿无轨开采时多用轮胎式电动装载机，2 m3铲斗或较小铲斗的电动铲运机，汽车为10 t坑用自卸汽车，通风用二台4-72离心式通风机并联抽出式运行。
表3 石膏矿地下开采提升设备举例
（二）金刚石开采
金刚石矿床分原生和次生。原生矿的产状有岩管型和岩脉型，次生的是金刚石砂矿。在开采方法上，岩管型的一般是露天或露天和地下联合开采。岩管产状特殊，是直通地表的近直立的管状，截面面积呈圆形或似椭圆形。通常面积为500～600 m2，大的达2000～3000 m2，有的甚至更大，一般岩管向深部面积愈来愈小，品位愈来愈贫，金刚石质量也变差（碎粒级增多），为尽快发挥投资效果，上部皆露天开采；一定深度后转入地下开采。原生矿岩脉的开采为地下开采，例如蒙阴红旗1号岩脉的开采，现已采完。次生的金刚石砂矿均为露天开采，品位不高，但宝石级金刚石含量高，经济效益好，例如原湖南常德金刚石矿和原山东郯城金刚石矿。
1.开拓运输方法
岩管的露天开采用公路螺旋线开拓，逆时针方向展线，用10 t汽车运输。金刚石砂矿一般都用公路开拓，汽车运输。
2.开采工艺
露天开采时分台阶开采，钻孔用YQ-150A型潜孔钻机，采用松动爆破，1 m3挖掘机，10 t汽车将矿石由回采工作面一直运到选矿厂。金刚石密度大，达3.52～3.55g/cm3，多富集于砂层底部和阶地的下部，开采时要注意清扫这些部位。也有用空气吸管清扫矿层底板的。
（三）石墨开采
中国晶质石墨矿都为露天开采，有：原南墅石墨矿、原北墅石墨矿、黑龙江萝北石墨矿、黑龙江鸡西石墨矿等。萝北石墨矿号称亚洲第一大矿。隐晶质石墨矿，都为地下开采，现开采的矿山有吉林磐石（烟筒山）石墨矿和湖南鲁塘石墨矿。
1.开拓运输方法
大型露天矿多用公路开拓，用载重量为15～20 t，个别也用8 t的自卸汽车运输。地下开采，用平硐或斜井开拓。
2.开采工艺
露天开采穿孔用KQ-150型潜孔钻机，采装工作用1～2 m3的电动挖掘机。地下开采的隐晶质石墨矿，由于矿石和围岩的稳固性差，均采用崩落采矿法，又由于石墨的滑腻性、摩擦角小等特点，将所有巷道都做成倾斜，创造性地使用了无底柱分段崩落法，矿石从工作面自溜至放矿溜井，除巷道倾角略小的设置些搪瓷溜槽，整个回采工艺不再设其他装运设备，具有设备简单、装运费省、容易掌握等优点。
（四）膨润土开采
膨润土是矿物成分以蒙脱石为主的粘土矿，又称蒙脱石粘土。其开采方法有露天开采和地下开采，矿石年产量大于20×104t属大型矿山，露天开采的有：辽宁黑山膨润土矿、河南信阳膨润土矿、甘肃金昌红泉膨润土矿、新疆托克逊县柯尔膨润土矿、新疆布克塞尔县夏子街矿等；地下开采的有浙江省临安膨润土矿、浙江仇山磁土矿、吉林九台膨润土矿等。按产量计露天开采占总产量的75%。包括中小型矿山全国有200余家。
露天开采普遍采用公路开拓，汽车运输。地下开采矿山都采用斜井开拓。
由于蒙脱石是不稳定矿物，吸水后要剧烈膨胀，此性能影响开采工艺选择，露天开采的黑山膨润土矿浅部为软质膨润土，深部为硬质膨润土。地下开采的膨润土矿常为硬质膨润土，临安膨润土矿和仇山磁土矿采用空场采矿法，九台膨润土矿用分层崩落采矿法。在回采工艺上不能用一般的湿式凿岩，不能用洒水除尘，而是要用电钻。
（五）石棉开采
石棉开采方法有露天开采和地下开采。目前中国规模较大的矿山皆为露天开采。有茫崖石棉矿、新疆巴州石棉矿、新疆若羌石棉矿、甘肃阿克赛石棉矿。其中茫崖石棉矿精矿产量达10×104t/a、阿克赛矿达20×104t/a、巴州矿达4×104t/a，是全国最大的三个矿区，差不多占全国总产量的85%。阿克赛矿的年产量差不多是全国总产量的50%。
1.开拓运输方法
露天矿山都采用公路开拓汽车运输，由于年采剥总量的增加，达（200～300）×104t甚至更大，运输汽车也向大载重量发展，现通常用15 t、20 t自卸式汽车。
2.开采工艺
一些大型石棉矿山设备比较现代化，开采台阶高度为12 m，穿孔设备采用KY-150型牙轮钻和YQ-150型潜孔钻；采装工作面已较普遍地采用2 m3、4 m3大型挖掘机，以取代小型挖掘机；辅助设备，如清理平整场地和收集矿岩用的推土机也已大型化。
（六）滑石开采
滑石大型矿山，有辽宁海城滑石矿，广西龙胜滑石矿，山东胶东地区的平度、海阳、栖霞等滑石矿。这三省的滑石生产量占全国总产量的85%，是中国滑石生产的三大基地。包括中小型矿山，全国有220多家滑石矿。
1.开采方法
有露天开采和地下开采。露天开采的有海城滑石矿，该矿开采矿点很多，有资料说该地区精矿总产量已达100×104t/a，海城东矿区范家堡子是中国最大的露天开采的滑石矿，广西龙胜滑石矿、山东平度滑石矿为凹陷露天开采。地下开采的有海城滑石矿西部矿区，山东胶东地区的海阳滑石矿和栖霞滑石矿等。
2.开拓方法
露天开采多用公路开拓汽车运输，海城矿东矿区露天开采用7 t、15 t自卸汽车运输，广西龙胜矿用12 t自卸汽车运输。地下开采，用竖井开拓的有胶东的栖霞滑石矿和海阳滑石矿；用平硐开拓的如海城矿西部矿区和海城的水泉滑石矿。
3.开采工艺
露天开采的海城东矿区露天矿，穿孔用YQ-150A潜孔钻机，挖掘用1 m3挖掘机，由于滑石质软，其莫氏硬度为1～1.5，有滑感，而且滑石纯度越高其润滑性越好，极易裂开成薄片，自然安息角小，约为35°～40°，极不稳固。围岩一般也均不稳固，节理、裂隙发育，这对开采工艺的影响很大，如海城东露天矿底帮最终边坡角仅40°，顶帮为36°是很缓的。使剥采比增加，造成基建投资和开采成本的增加。地下开采由于矿石及围岩不稳固使巷道支护困难，海城西部矿区采矿曾采用下向分层的选别充填采矿法，随着选矿技术的改进，允许降低入选矿石品位，开采时用无底柱分段崩落采矿法。山东栖霞，辽宁本溪、营口等滑石矿采用分段自然崩落采矿法。
由于滑石在工业上主要作粉体填料，多利用其白度，开采时要求不被第四纪土层及污浊的矿坑水所染色。手选后在工业上直接利用的要保护其纯度。
（七）云母开采
中国白云母的主要产地，新疆阿尔泰、四川丹巴和内蒙古土贵乌拉三大基地，现都已闭矿。金云母一般开采规模不大，有河南镇平、吉林集安等。碎云母矿河北灵寿矿区最大，还有江西、湖南、湖北、山西等矿点。由于云母纸和云母粉的生产和应用，碎云母的生产已占云母工业的主导地位。
云母露天开采的有新疆阿尔泰云母矿。
开拓运输方法：露天开采常用公路开拓、斜坡道开拓，由于开采量小也用无沟开拓。公路开拓，一般用5t自卸汽车运输。无沟开拓是用简易索道横跨采场提升运输。
由于云母矿价值昂贵而开采规模又小，开采工艺简单，炮孔布置要避开富矿带，爆破后在工作面上人工拣选装运。
（八）高岭土开采
高岭土按自然产出的形态及工业要求分：软质高岭土、砂质高岭土和硬质高岭土。软质高岭土规模最大的是苏州中国高岭土公司，产量为25×104t/a，品位高，原矿可直接在工业上利用，低档的作耐火材料。其手选1号泥比手选4 号泥价格高10 多倍，因此开采时要求保护优质土，保护原矿的纯度，并使其不变成碎屑状，过去多在回采工作面进行人工选别回采，现在开采规模大了，但为与手选车间的衔接，仍要适当选别回采。砂质高岭土（又称砂性高岭土），我国资源丰富，近10多年来蓬勃发展，建成许多大型和超大型矿山。如广东茂名高岭科技有限公司（10×104t/a造纸涂料级高岭土、广东茂名石化高岭土有限公司（5～8）×104t/a造纸涂料级高岭土、广西兖矿集团北海高岭土有限公司（10×104t/a陶瓷用高岭土）、福建龙岩高岭土公司（5×104t/a陶瓷用高岭土）等。正在建设的广西合浦沪天高岭土有限公司规模更大。硬质高岭土也称煅烧高岭土，中国一般是煤系硬质高岭岩（土）经深加工处理而得，由于硬质高岭岩是和煤共生、伴生，其开采是按煤的开采情况及其本身的赋存情况来定的。
高岭土矿的开采方法有露天开采也有地下开采，热液蚀变型和沉积型的高岭土矿一般浅部用露天开采、深部用地下开采。如苏州中国高岭土公司所属阳西矿区和阳东矿区都曾浅部用过露天开采。砂性高岭土皆为露天开采。由于矿石中含石英砂或砂砾，结构松散，冲采淘洗后高岭土易富集，且白度、细度好，有条件的应采用水采水运。如上述广东茂名的两个矿山及正在建设中的广西合浦沪天高岭土公司的矿山。福建龙岩高岭土公司也是砂性高岭土，规模也大，由于该处缺水，只能用一般的露天开采法，旱采旱运；广西兖矿集团的北海矿高岭土矿也是旱采旱运。
1.开拓运输方法
露天开采用过窄轨开拓，电机车牵引矿车运输，如苏州中国高岭土公司所属阳东、阳西矿区。砂性高岭土水采时，用水枪冲采和渣浆泵配合作业，矿浆从设于矿块中的集浆池用渣浆泵输送至选厂，一般采用200/150R-AH型渣浆泵通过直径为250mm塑料管输送。福建龙岩高岭土矿和广西兖矿集团的北海高岭土矿都采用公路开拓，汽车运输。地下开采有竖井开拓、斜井开拓等，如苏州中国高岭土公司所属的矿山。
2.开采工艺
水力开采采用SQ-80型、平桂-150型、平桂-200型水枪，冲下的渣浆用渣浆泵输送至粗选厂。这种开采方法的优点是工艺简单，设备简单，劳动生产率高，选矿厂的制浆工艺提前，采选一体化，这种方法在英国用得较多。龙岩高岭土矿和一般露天矿一样，采用挖掘机加汽车。该矿用WK-2型挖掘机，17 t自卸汽车。软质高岭土的地下开采，如中国高岭土公司阳西竖井、观山竖井等，由于矿体松软易碎，具有可塑性，遇水后有吸水性和膨胀性，同时还具有隔水性，是典型的塑性介质。脉内巷道采取封闭式支护，采矿方法结合松软厚矿体的特点采用分层崩落法。回采时用风镐及手镐落矿，据有关文献报道，国外有用沿进路自动推进的刮刀采装联合机进行回采的。底板大理岩中有纯净氮气，在该岩层中进行反井掘进时，采取预防氮气外漏的措施。
参考文献
［1］朱训，尹惠宇，项仁杰，韩新民，崔越昭.中国矿情，第三卷：非金属矿产.北京：科学出版社，1999
［2］采矿手册编辑委员会.采矿手册，第四卷.北京：冶金工业出版社，1990
［3］非金属矿工业手册编辑委员会.非金属矿工业手册（上、下册） .北京：冶金工业出版社，1992
［4］朱松耆.非金属矿工业应对WTO的浅议.中国建材，2002（6）
［5］唐靖炎，何保罗.我国非金属矿开发利用现状.中国建材，2006（1）
［6］胡勤，周伟.试论中国非金属矿工业发展战略.中国非金属矿工业导刊，2008（1）
A Brief Introduction to Mining Technology of Some Kinds of Non-metallic Minerals in China
Zhu Songqi
（Suzhou Zhongcai Design and Research Institute for Non-metallic Mineral Industry，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 introduced.
Key words：non-metallic minerals，mining technology.