砂矿床是由原生矿床风化后形成，富含锡、金、铂等金属矿物和金刚石等非金属矿物。砂矿床主要有采砂船开采、水力机械开采和露天机械开采三种方法。本章主要介绍砂矿床的地质特征和这三种采矿方法的开采特点、设备、工艺、优缺点和它们各自的适用条件。

　　3.3.1概述

　　3.3.1.1砂矿床的分类

　　地壳中的原生矿床一经暴露地表，就要受到大自然的风化、侵蚀、剥离、搬运、分选和沉积等一系列作用，使其形成碎屑沉积物，其中某部分沉积物中的有用矿物富集程度达到具有工业开采价值时，便成为砂矿床。

　　根据形成砂矿的搬运介质不同，砂矿床主要分为风成砂矿、冰川砂矿和水成砂矿三大类。

　　⑴ 风成砂矿

　　由于风力的搬运作用，在适合沉积的地貌条件下，堆积而成的砂矿。

　　⑵ 冰川砂矿

　　图3.3.1 冲积砂矿几种富集情况

　　a-河床由窄变宽;b-主支流汇合;

　　c-河流转弯内侧;d-河流穿过古砂矿

　　1—河流;2—砂矿;3—古砂矿

　　由含有用矿物的冰川泥砾，在随冰川迁移、融化的过程中沉积而成的砂矿。它又分为冰碛砂矿和冰水砂矿，前者矿物富集程度较差，后者矿物富集程度较好。

　　⑶ 水成砂矿

　　由于水的搬运作用形成的砂矿。其分布范围最广，种类也最多。按其成因不同可分为：残积砂矿、坡积砂矿、洪积砂矿、冲积砂矿、滨海砂矿等。其中以冲积砂矿和滨海砂矿最常见。

　　①冲积砂矿

　　由河流的搬运作用形成的砂矿。它一般多形成于河流的中上游地段，成矿地带一般是在河床由窄变宽、支流汇合、河流转弯内侧、河流穿过古砂矿、河床凹凸不平或河床坡度由陡变缓地带(图3.3.1)。根据冲积砂矿赋存地带的地貌特征，冲积砂矿又进一步分为河床砂矿、河谷砂矿和阶地砂矿三种。

　　a) 河床砂矿 。一般产于现代河床底部，厚

　　度一般不大，但延长较远。形成的有利条件是周围有原生矿体或早期形成的砂矿。

　　b) 河谷砂矿 。它是由河床砂矿演变而成的砂矿，是由于河道侧向迁移，使早期形成的河床砂矿露出水面或被冲积物覆盖的砂矿出露，一般产于河谷底部或附近的河漫滩冲积层内，埋藏深度变化较大，可由几米到几十米。

　　c) 阶地砂矿 。在地壳上升地区，河流下切作用强烈，河流逐渐加深，结果使没有受到河流侵蚀的早期河谷砂矿高出河床，于是形成了阶地砂矿。它一般分布在河谷两侧的阶地上。

　　② 滨海砂矿

　　滨海砂矿平行于海岸分布，一般呈狭长条带形状，沉积于海水高潮线和低潮线之间。矿床中的有用矿物是由河流从大陆搬运而来，或海岸附近岩石受海水浸蚀而破坏，由海浪作用使它们在有利沉积地带富集而形成矿床。滨海砂矿主要矿产物是锡石、金刚石和锆英石等。

　　3.3.1.2砂矿床的地质特征

　　⑴ 砂矿床的埋藏特点

　　尽管

　　图3.3.2 冲积砂矿的形态

　　a-条带状; b-不规则状; c-串珠状;

　　d-鸡窝状;1—矿体; 2—河岸

　　砂矿床的类型很多，但它们均是分布在第四纪冲积地层中，共同的埋藏特点是：矿床成矿时期晚，没有受到成岩作用，矿岩松软，胶结性差而易于挖掘，品位一般较低，且矿化不连续，品位分布极不均匀。

　　⑵ 砂矿床的形状

　　由于成矿条件的复杂性，砂矿床的平面形状呈多种多样(图3.3.2)。对于冲积砂矿而言，大多数矿床呈条带状沿河谷走向延伸。

　　⑶ 有用矿物的富集规律

　　各类砂矿均服从粒度大、比重大的物质沉积在下部，粒度小、比重小的物质沉积在上部的分布规律，地层顺序在垂直方向的排列大同小异。如常见的冲积砂矿地层顺序，由上至下一般是表土层、含矿层和基岩(如图3.3.2)。

　　① 表土层

　　覆盖于含矿层之上，为不含有用矿物或其含量不够工业品位的冲积物质，一般是由泥土层和砂层组成，厚度在几米到几十米之间。泥土层主要是腐殖土、淤泥、亚砂土和粘土等。砂层主要是由粒径为0.01～1.0mm的砂粒组成。

　　图3.3.3 冲积砂矿地层

　　1—表土层;2—含矿层;3—基岩

　　② 含矿层

　　位于表土层之下、基岩之上，有用矿物含量达到工业品位的冲积层称为含矿层。一般是由砂砾层和砾石卵石层组成，厚度一般在0.1～3.0m之间。在含矿层与基岩的接触面以及风化基岩的裂隙中，有用重矿物富集，粗粒的重金属矿物通常赋存在矿床底板和基岩裂隙中。

　　③ 基岩

　　为冲积层之下较坚硬的岩石，一般是石灰岩、花岗岩、砂岩和页岩等。其表面是致密的粘土层，通常称为假底。

　　当基岩为石灰岩时，矿床底板常呈现凹凸不平，使矿床开采困难，这种底板也称喀斯特底板。

　　综上所述，在垂直方向上大部分重矿物主要富集在冲积层底部的砂砾层和砾石卵石层中，而在矿床底板或底板基岩裂隙中，通常是重矿物富集的地方。沿河谷走向重矿物的富集规律是：上游比下游含矿品位高，矿床宽地段比窄弯处含矿品位高，主支流汇合的下方处含矿品位较高。

　　3.3.2砂矿床开采设备

　　3.3.2.1采砂船

　　采砂船按其挖掘方式不同，有链斗式、抓斗式、吸扬式和铲斗式四种。目前在内陆砂矿和大陆架砂矿开采中，应用最多的是链斗式采砂船。按其行走方式不同，又分为桩柱式采砂船和钢绳式采砂船。现以桩柱式链斗采砂船为例介绍采砂船工作原理。

　　桩柱式链斗采砂船(图3.3.4)的挖掘装置是一条由许多挖斗组成的挖斗链2，工作时它被上导轮的主驱动14带动回转，当上导轮转动时，斗链由斗桥1上的托辊和下导轮3引导，以一定的速度围绕上下导轮及斗桥运转，挖斗在重力作用下插入矿岩，并将其挖掘上来。斗桥的上端固定在由两个轴承座支撑、并与上导轮同心的支撑轴上。因此斗桥连同斗链可以在

　　垂直面上绕支撑轴上下摆动。斗桥的下端由钢绳通过提升斗桥滑轮组5悬吊在前桅杆9上，钢绳的另一端绕在起落斗桥的绞车上，斗桥的悬吊装置可以调整和保持斗桥在需要的

　　图3.3.4 桩柱式链斗采掘船示意图

　　1—斗桥;2—斗链;3—下滚筒;4—工作面;5—提升斗桥滑轮组;6—浮桥;7—水枪;

　　8—土岸桥;9—前桅杆;10—艏超重机;11—主桁架;12—电梯; 13—桥式超重机;

　　14—主驱动;15—桩柱绞车;16—胶带机绞车;17—后桅杆;18—砾石胶带机固定钢绳;

　　19—胶带机传动装置;20—砾石胶带机;21—尾砂溜槽;22—桩柱;23—精选跳汰机;

　　24—粗选跳汰机; 25—左横移绞车; 26—右横移绞车; 27—斗桥提升绞车;

　　28—左横移钢绳; 29—右横移钢绳; 30—岸上滑轮; 31—横移钢绳固定点

　　挖

　　深层位上挖掘土岩。在船的尾部有两个用以固定采砂船的桩柱22。船工作时，其中一个提起，称非工作桩;另一个下放并插入尾砂堆中，称工作桩。船工作时是以工作桩为圆心，在水面上作扇形的圆孤运动。因此，挖斗既有回绕上下导轮及斗桥的运动，又有以工作桩为中心的圆弧运动，是一种复合运动。挖斗挖掘的土岩随挖斗沿斗桥提升到上导轮处翻卸，并通过受矿漏斗卸入圆筒筛，进行冲洗、碎散和土岩筛分。筛上的砾石和杂物由砾石胶带机20排到船尾采空区。砾石胶带机是由传动装置19带动，并由钢绳18悬吊在后桅杆17上。砾石胶带机可通过绞车16进行起落调整高度。筛分下来的矿砂进入选别设备进行选矿，选别的细泥尾矿由尾砂溜槽21排弃到船后采空区。船的移动主要是靠两个桩柱22进行的，船移动前先将斗桥提升到水面以上，然后通过两个桩柱交替提升和下放，同时船配合进行往复回转，实现向前移动一个步距。

　　船挖掘时，先放下斗桥，然后开动横移绞车，使斗桥由工作面的一角转到另一角。挖掘一个分层后，斗桥再下放一个分层厚度，开动反程绞车，向另一角回转并挖掘下一个分层矿岩。如此反复，由地表一直挖到砂矿底板为止。

　　综上所述，采砂船开采的工艺过程大致分为：挖掘、碎散筛分、选矿、尾矿排弃、移动进船等环节。

　　3.3.2.2水力机械

　　(1) 水枪

　　水枪是形成高压水射流对矿床进行冲采的主要设备。它主要是由枪筒、喷嘴、球形活动接头、水平旋转结构、上弯管、下弯管及稳流片组成(图3.3.5)，其中枪筒和喷嘴是水枪的关键部件，它们直接影响着射流质量的好坏。

　　图3.3.5　水枪外形

　　1—枪筒;2—喷嘴;3—球形活动接头;4—水平旋转结构;

　　5—上弯管;6—下弯管;7—操纵杆;8—锥形管;9—稳流片

　　(2) 砂泵

　　砂泵是加压进行水力运输的主要设备。按结构原理，目前我国生产的砂泵分为离心式和往复式两类。离心式砂泵又分为卧式泵和立式泵两种。离心泵的特点是扬程较小，允许吸入的固体颗粒较大，一般适用于短距离管道运输。而水枪开采的运输管道较短，因此多采用离心式砂泵。我国常用的离心式砂泵的类型有：

　　① 平桂型砂泵。它是卧式单面进矿浆的离心式砂泵。在砂矿开采中，常用的是平桂-125，150，200型砂泵，主要优点是：叶轮片数少(3片)，允许通过固体粒径可达100mm，对矿浆适应性强;允许吸入矿浆浓度较高，一般液固比为3：1～4：1。缺点是效率低，耗电量大。

　　② PN型砂泵。特点是效率高(56～65%)，叶轮直径大，叶片数少，允许通过的最大固体粒径大，对矿浆适应性较强，能适应大规模砂矿开采的要求。

　　③ PS型砂泵。特点是结构紧凑，整个设备可以安装在滑撬式底座上，移动方便，对矿浆的适应性差，一般用于输排选矿厂的尾砂。

　　3.3.2.3露天开采机械

　　见1.3采装工作。

　　3.3.3砂矿床开采方法

　　采砂船开采、水力机械开采和露天机械开采是砂矿开采的三种主要方法。

　　3.3.3.1采砂船开采

　　采砂船是一种开采水下砂矿床或松散物料的浮动式采选联合装置。利用安装在平底船头的挖掘机构采掘矿砂，并提升至船上的料仓，经圆筒筛的碎散、洗涤、分级后，筛下含矿的细粒物料自流进入粗选溜槽或跳汰机粗选，尾矿经尾矿溜糟或砂泵排于船尾后的采空区，圆筒筛上的废石经胶带输送机或砾石溜槽排于船尾后的尾矿堆上。由于此种漂浮装置最初在新西兰用于开采砂金，故得名采金船，后来还用于开采砂铂、锡石、金刚石、金红石、独居石、锆英石、硫磺、磷酸盐、煤、银、钛铁、含银铅锌矿、铁砂、铌、钽、钍等矿产和建筑用的砂子、卵石。凡是用采砂船开采有用矿物的方法统称为采砂船开采，简称船采。

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