地下开采的发展趋势
矿业繁荣时期
采矿业的繁荣丝毫未减。在经历了20世纪末艰难的时期(近30年来，金属价格一直呈下跌趋势) 之后，全球矿业在21世纪初复苏。一些观察人士声称， 该行业将经历长期的金属价格上涨，尽管发展将继续呈周期性，但预测将出现“超级周期”。很明显，目前的繁荣 不同寻常，因为它比上世纪70年代末和 50年代初的繁荣持续的时间更长。以中国为首，印度和俄罗斯紧随其后的几个新兴经济体史无前例的经济增长，创造了对金属近乎无止境的需求。矿山阶段金属产量的分布情况见第4页图2。中国和澳大利亚竞争第一名，各占大约10%。 一些活跃于上世纪80年代末的经济理论家声称，经济增长可以在没有金属的情况下实现，但事实证明，他们完全错了。
稳定增长
对新矿的投资急剧增加，所有 指标 都表明在今后两年中项目活 动将继 续保持高水平，见图1。
无论是投资活动还是金属价 格，全球矿业每年的金属产量都比较稳定，稳中有升。 全球采矿业开 采的岩石和矿石总量约为30000Mt/ y。 这一数字包括矿石和贫瘠的岩 石，包括金属、工业矿物和煤。大 约50%是金属，45%是煤，其余的是工业矿物。
矿山金属产品价值 (2007年Raw Materials数据)
金属矿
全球金属矿石产量约为5000Mt/y。其中露天采矿约占83%，地下开采法占17%。地下开采裸岩产量较小，不超过总矿石产量的10%，但露天开采裸岩产量显著。
露天矿坑的剥采比通常为2.5，剥采比是指开采每吨矿石必须清除的废石量。
根据这一假设，可计算出的废石产量约为1千亿吨/年。总的来说,在全球金属开采行业中开采岩石总 量约为15000Mt/y。露天开采作业的 主导地位很大程度上由经常穿孔爆 破而必须剥离的岩石量决定的。
露天开采必然比地下开采规模 大。下图展示了世界范围内的金属矿石生产分布情况，以及露天矿和地下矿吨位的划分情况。
露天矿vs地下矿
在20世纪后期，有一个缓慢的趋势向 露天开采发展。其中最重要的两个原因如下:
更低的矿石品位
由于富矿体的枯竭，成本较高的 地下开采方法是不经济的。见下图。
新技术
利用新设备和新工艺，如水相法-鲁 科SX-EW法提取铜，更有效地开采品 位较低的矿床，使公司能够比传统方法开采品位较低的矿石。
展望
新采矿技术的发展是由一系列影响所有利益相关者的根本因素所推动的。矿山越来越深，温度越来越高，现在更多地处于恶劣环境中。法律，特别是有关法律的立法，以及对噪音和振动的要求增加，影响到矿工和设备操作员。
假设:地下金属和工业矿物作业中有10%的废石。露天金属矿剥采比(覆盖层/矿石)为2.5。工业矿物的剥采比为1.8。对于煤炭，地下废石率设置为20%，露天矿的剥采比为2.5。工业矿物包括石灰石、高岭土等，但不包括碎石和其他建筑材料。盐、量纲石、宝石不包括 在内。金属中含有钻石。
安全要求已经完全改变了一些机组作业，如锚杆支护和结垢。类似的发展还将继续。
客户要求更高的生产力，并且越来越关注机器可用性和更简单的服务程序，以减少停机时间。设备制造商降低内部开发和成本，促进了新技术的发展，以及来自其他供应商的竞争。在21世纪初期，新型有效的地下采矿方法和设备使因其深度而变得不经济的露天矿山转为有利可图的地下矿山成为可能。这些矿山的矿体通常是陡倾的，可以采用最有效的分段崩落法开采。在一些人口密集的国家，土地竞争进一步意味着地下采矿是唯一可行的选择。这种发展已使露天采矿停止增长，预计目前的地下采矿与露天采矿的比率在中期将继续维持在1:6。
Magnus ericsson
Raw Materials Group
地下矿山的地质条件
地质的重要性
对矿床地质的全面了解是矿床成功
开采的基础，对地下工作尤为重要。因此，地质是正确选择采矿方法和设备的重要因素。一旦选择了采矿方法，地质上的重大差异可能会使采矿方法难以改变，而露天作业则比较灵活。本章回顾了一些可能影响采矿方法决策的地质学的重要基本方面。阿特拉斯科普柯工业集团为现场勘察、矿山开发和生产提供全方位的钻井产品。
地壳
地壳由多种岩石组成，在不同的环境下形成，具有多种性质。岩石通常由一种或多种矿物组成，从单一的化学元素到复杂的化合物。已知有3000多种不同的矿物质。
目前已知的155种元素中，有一些不是自然形成的，氧是其中最常见的，按重量计算约占地壳的50%。硅约占25%，铝、铁、钙、钠、钾、镁 和钛等其他常见元素构成了地壳的99%。
硅、铝和氧存在于最常见的矿物中，如石英、长石和云母，它们是硅酸盐的一部分，是硅酸和其他元素的化合物。角闪石和辉石含有铝、钾和铁。地球上一些最常见的岩石，花岗岩和片麻岩，是由硅酸盐组成的。
氧也经常与金属元素结合在一起，金属元素往往是采矿的重要来源。这些化合物可以形成氧化矿石的一部分，如铁矿、磁铁矿和赤铁矿。
硫也很容易与金属元素结合形成硫化矿石，包括方铅矿、闪锌矿、钼矿和砷铁矿。
其他大型矿物群在采矿中也很重要，包括氟和盐等卤代烃化物，方解石、白云石和孔
雀石等碳酸盐，重晶石等硫酸盐，白钨酸盐等钨酸盐，磷酸盐等磷灰石。
很少有情况下，有些元素可以自然发生而不需要组合。最重要的是金属金、银和铜，加上钻石和石墨等碳。
矿物
在某些情况下，个别矿物的性质可能对采矿方法很重要，而且对开采材料的提取方法肯定也很重要。然而，更多的时候，矿物会与其他矿物混合形成各种各样的岩石，这些性质会结合起来形成同质和非均质结构。长石几乎占地壳矿物组成的50%。其次是辉石和角闪石，其次是石英和云母。这些矿物质构成了地壳90%的成分。
矿物具有各种各样的特性，这些特性作用的对人类、采矿、开凿隧道或两者都很重要。硬度、密度、颜色、条纹、光泽、断裂、解理和结晶形式是化学分析前在野外正确鉴别矿物的一些重要特征。
矿物的颗粒大小，以及矿物水化或以其他方式与水混合的程度，在挖掘时对岩石结构的特效可能非常重要。矿物硬度通常按莫氏10分制分级。
浅色矿脉的密度通常低于3。但重晶石或重晶石(硫酸钡-BaSO4-密度4.5)、白钨矿(钙钨酸钡- CaWO4 -密度6.0)和铈矿(碳酸铅-PbCO4-密度6.5)除外。带有铁和硅酸盐的深色矿砂密度在3到4之间。金属矿石矿物的密度超过4，黄金的密度非常高，为19.3。含钨、锇和铱的矿物通常密度更大。
条纹是矿物在未上釉的白瓷上划伤或摩擦而产生的矿物粉末的颜色，可能与矿物块的颜色不同。断口是指一块矿物破碎后所产生的表面特征，但不遵循晶体学定义的平面。断裂通常在一个方向或另一个方向是不均匀的。
解理指的是一种晶体的性质，它允许自己沿着与某些形成的或以晶体学定义的表面平行的平面分裂。断裂和解理对含亚成矿物的岩石结构都是重要的。
属性
岩石通常是由多种矿物组成 的，它不仅把这些矿物的性能结合 在一 起，而且还表现出由岩石形成 的方 式所产生的性能，或者可能是 后来 由于地壳中的热量、压力和其 他力 而改变的性能。
形成均质块体的岩石较为少见，表 现出断层等难以预测的不连续 性，可能充填有破碎物质，存在较 大的节理和层理不整合。这些不连 续面在采矿中可能很重要，不仅对 矿井的结构安全和获得矿藏具有重 要意义，而且对地壳中引起矿物集 中的流体也具有重要意义。为了使 采矿具有经济效益，所需要的矿物 必须具有足够的品位，以便值得开 采，并且必须在能够安全和经济地 开采的岩石结构内。矿山开发、生 产采用钻井作业的，必须对有关岩 石进行正确评价。举例来说，这将 影响钻井准确率、钻孔质量和钻具 成本的预测。
必须区分微观和宏观性质，才能 确定岩石的总体特征。由于岩石是 由各种矿物的颗粒组成的，其微观 性质包括矿物组成、颗粒大小、颗 粒的形状和分布，以及颗粒是松散 的还是胶结在一起的。总的来说，这些因素形成了岩石的重要特 性，如硬度、耐磨性、抗压强度和 密度。反过来，这些岩石特性决定 了可以达到的渗透率，以及工具的 磨损程度。
在某些情况下，某些矿物特性对 挖掘方法将特别重要。例如，许多 盐具有较强的弹性，可以在不切割 二次自由工作面的情况下吸收爆破 产生的冲击，从而直接影响采矿方法。
除其他方面以外，岩石的可钻性，取决于其组成矿物的硬度，以及晶粒大小和晶体形式(如果有的话)。
石英是岩石中最常见的矿物之一。由于石英是一种非常坚硬的材料，岩石中石英含量高会使其非常难以钻进，而且必然会造成钻头的 严重磨损，特别是在钻头上。这就是磨损。相反，方解石含量高的岩石相对容易钻进，钻头磨损小。在晶体形态方面，立方方铅矿等对称性高的微结构矿物比角闪石、辉石等对称性低的矿物更易钻取。
粗粒度结构比细粒度结构更容易 钻取，并且比细粒度结构造成的钻柱磨损更少。因此，矿物含量基本相同的岩石在可钻性方面可能差别很大。例如，石英岩可以是细粒度的(0.5-1.0mm)或致密的(晶粒大小0.05mm)。花岗岩可以是粗粒(大小为gt;5mm)、中粒(1-5mm)或细粒(0.5-1.0mm)
岩石也可以根据其结构来分类。如果矿物颗粒混合在一个均匀的质量，岩石被称为块状，与大多数花岗岩一样。
在混合岩石中，无论是由于来自热 或压力的沉积形成或变质作用，晶 粒倾向于层分离。因此，岩石的来 源也很重要，尽管不同来源的岩石 可能具有类似的结构特性，如分
层。岩石起源的三类是:
火成岩或岩浆岩:由地表或附近凝固的熔岩或地下岩浆形成的。
沉积岩:由其他岩石和有机物残余物的还原物质沉积而成，或由盐或 类似物的化学沉淀而成。
变质岩:由火成岩或沉积岩的变形 而形成的，在大多数情况下是由于 压力和热量的增加而形成的。
岩浆岩
火成岩是当岩浆凝固时形成岩，还是在沿层理面切割其他岩石或基石的岩脉中，或在地表形成岩浆或火山灰时形成的。最重要的矿物成分是各种类型的石英和硅酸盐，但主要是长石。深成岩凝固缓慢，因此是粗粒的，而火山岩凝固较快，变成细粒，有时甚至形成玻璃。
根据岩浆凝固的位置，岩石有不同的名称，即使其化学成分相同，如主要火成岩类型表所示。岩石类型的进一步细分取决于硅含量，高硅含量的岩石称为酸性岩石，低硅含量的岩石称为碱性岩石。硅含量的比例可以决定岩浆和熔岩的行为，从而决定它所能产生的结构。
沉积岩
沉积岩是由物质的沉积、机械或化学作用以及覆岩压力下的固结作用而形成的。这通常会随着年龄的增长而增加岩石的硬度，这取决于其矿物成分。最常见的是，沉积岩是由机械作用形成的，如岩体上的 风化或磨蚀，它通过一种介质，如 流动的水或空气，以及随后的沉积，通常是在静止的水中。因 此，原始岩石将部分决定沉积岩的 特征。受当时气候和原始岩石性质 的影响，风化或侵蚀可能以不同的 速率进行，运输也可能以不同的速 率进行。这些也会影响最终形成的 岩石的性质，以及沉积的条件。沉 积岩的特殊情况包括化学沉积作用 形成的沉积岩，如盐类和石灰 石，以及有机物质，如珊瑚和贝壳 石灰石和煤，而其他的则是混合作 用形成的，如焦油砂和油页岩。
另一组特殊情况是冰川沉积物，其中的沉积通常是随机的，取决于冰的移动。
在沉积地层中经常可以观察到几个不同的层，尽管根据沉积条件，这些层可能是不均匀
的。这些层可以被随后的地面运动倾斜和折叠。沉积岩是一个非常不均匀的家族，其特征差异很大，如沉积岩类型表所示。
变质岩
化学作用、由于地面移动而增加 的压力和/或岩层温度的影响有时可能大到足以引起原始岩石内部结构和/或矿物组成的转变。这叫做变质 作用。例如，压力和温度可能会
在 上涌岩浆的影响下升高，或者 因为 地层已经深入地壳。这将导 致矿物 的再结晶，或形成新的矿 物。变质岩的一个特点是，它们是在没有完 全重熔的情况下形成 的，否则就称 为火成岩。变质作 用常常使岩石变 得更硬、密度更 大，钻井也更困难。然而，许多变质带，特别是在 靠近火成岩侵 入的接触带中形成的 变质带，是宝贵矿物的重要来源，例如脉内热液沉积集中的矿 物。由于变质 作用是一个次级过 程，例如，人 们可能不清楚沉积岩是否已经变 质，这取决于它所受到
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