特大型復(fù)雜礦區(qū)五品聯(lián)動(dòng)礦冶工程管理新模式研究*

邵安林

(鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)公司)

鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)公司是國(guó)內(nèi)最大的冶金礦山企業(yè)。建國(guó)以來(lái)，累計(jì)生產(chǎn)鐵礦石13.8億t，為鞍鋼發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了重要貢獻(xiàn)。鞍山東部礦區(qū)包括齊大山采區(qū)、許東溝采區(qū)、啞巴山采區(qū)、西大背采區(qū)、砬子山采區(qū)、關(guān)寶山采區(qū)，關(guān)寶山選礦廠(處理砬子山、關(guān)寶山礦石)、鞍千選礦廠(處理西大背、啞巴山、許東溝礦石)、調(diào)軍臺(tái)選廠(處理齊大山、許東溝礦石)、齊大山選廠(處理齊大山礦石)。由于東部礦區(qū)地質(zhì)賦存條件差、礦石性質(zhì)復(fù)雜和難磨難選貧礦多，以及礦山工程組織困難等原因，致使東部礦區(qū)采選技術(shù)難度較大。為了緩解貧鐵礦開(kāi)發(fā)利用的世界性難題，使過(guò)去不能工業(yè)利用的資源得以充分利用，鞍鋼礦業(yè)創(chuàng)造性地采取五品聯(lián)動(dòng)礦冶工程管理模式，建成了世界特大型貧鐵礦區(qū)(鞍山東部礦區(qū))，提高了資源利用率，取得了巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。

1 五品聯(lián)動(dòng)礦冶工程管理模式提出的背景

以提高精礦品位為核心，統(tǒng)籌考慮礦石地質(zhì)品位、采出品位、入選品位、精礦品位、入爐品位(簡(jiǎn)稱五品)，實(shí)現(xiàn)以勘促采、以采保選、以選帶采、多選少冶的管理模式，簡(jiǎn)稱五品聯(lián)動(dòng)礦冶工程管理模式。

(1)保障國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全的需要。鐵礦石是工業(yè)化最基礎(chǔ)原料之一。中國(guó)是世界第4大鐵礦資源國(guó)，資源量744億t，但貧鐵礦占99%，以貧磁鐵礦和貧赤鐵礦兩大類為主，平均品位33%。上世紀(jì)末精礦品位62.5%，生產(chǎn)成本高于進(jìn)口礦價(jià)的51%，全國(guó)資源利用率僅7.6%，“采礦不如買(mǎi)礦”成為業(yè)內(nèi)主流思路。2000年以來(lái)國(guó)內(nèi)鋼鐵需求旺盛，進(jìn)口鐵礦石量?jī)r(jià)同步攀升，10年多支出原料成本近2萬(wàn)億元，導(dǎo)致鋼鐵全行業(yè)虧損，嚴(yán)重威脅國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全。鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)公司創(chuàng)造性地采取五品聯(lián)動(dòng)礦冶工程管理模式，成功解決貧鐵礦開(kāi)發(fā)利用的世界性難題，使過(guò)去不能工業(yè)利用的資源得以充分利用，對(duì)我國(guó)增加自產(chǎn)礦比例，提升鐵礦石談判話語(yǔ)權(quán)，抑制進(jìn)口礦價(jià)格具有重大意義。

(2)滿足鞍鋼煉鐵原料自給的需要。鞍鋼最重要的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)就是擁有雄厚的鐵礦資源，但隨著鋼鐵產(chǎn)能的增加，礦山生產(chǎn)能力不足的問(wèn)題已成為制約鞍鋼生產(chǎn)和發(fā)展的瓶頸。預(yù)計(jì)到2015年，鞍鋼鐵產(chǎn)量將達(dá)到2 450萬(wàn)t，如不實(shí)施東部礦區(qū)建設(shè)項(xiàng)目，鞍鋼礦山自產(chǎn)鐵精礦產(chǎn)量到2015年將降到1 200萬(wàn)t，鐵精礦自給率僅為30%左右，鞍鋼的資源優(yōu)勢(shì)將大大削弱，國(guó)內(nèi)外競(jìng)爭(zhēng)力非但得不到提升，反而會(huì)受到極大的損害。因此，通過(guò)五品聯(lián)動(dòng)管理實(shí)踐，加快礦山建設(shè)，保持鐵礦生產(chǎn)能力的穩(wěn)定和提高，是滿足鞍鋼和礦山發(fā)展的重大而緊迫的戰(zhàn)略舉措。

(3)推動(dòng)鞍鋼礦業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展的需要。鞍鋼礦業(yè)是地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱企業(yè)，但“十五”期間，受技術(shù)、成本及外部因素制約，鐵礦山開(kāi)發(fā)建設(shè)滯后，產(chǎn)能迅速下降，連續(xù)10年嚴(yán)重虧損。為盡快扭轉(zhuǎn)局面，鞍鋼礦業(yè)提出“兩步跨越”的資源發(fā)展戰(zhàn)略，制定了國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的礦山總體建設(shè)規(guī)劃，共安排重點(diǎn)礦山建設(shè)項(xiàng)目32項(xiàng)，規(guī)劃目標(biāo):2015年鐵礦石產(chǎn)能超1億t，2020年超2.3億t，控制資源320億t，建設(shè)世界級(jí)鐵礦山企業(yè)，增強(qiáng)與國(guó)際礦業(yè)巨頭抗衡能力，提升鐵礦石定價(jià)主動(dòng)權(quán)。如此龐大的鐵礦山項(xiàng)目集中建設(shè)，必須有一套科學(xué)系統(tǒng)的工程技術(shù)管理方式方法。鞍鋼礦業(yè)通過(guò)推進(jìn)五品聯(lián)動(dòng)礦冶工程管理模式創(chuàng)新，為大規(guī)模礦山建設(shè)提供了可靠的技術(shù)攻關(guān)和工程組織模式，保證了資源發(fā)展戰(zhàn)略的順利實(shí)施。

(4)實(shí)施鞍山東部礦區(qū)建設(shè)的需要。實(shí)施鞍山東部礦區(qū)建設(shè)工程是鞍鋼礦業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的核心內(nèi)容。東部礦區(qū)是世界資源量最大、賦存條件最差、難選礦種類最多的特大型貧鐵礦區(qū)。東部礦區(qū)擁有鐵礦石資源量172億t，礦床發(fā)現(xiàn)80年一直未大規(guī)模開(kāi)發(fā)，主要原因:一是采礦難度大，礦巖互層、多采空區(qū)、鉆爆性差;二是選礦難度大，礦物組成復(fù)雜、嵌布粒度細(xì)、粒度不均勻、礦石品位低、破碎磨礦難;三是工程組織難度大，地形復(fù)雜、礦石類型多、采區(qū)部位散。此類資源國(guó)內(nèi)外尚無(wú)技術(shù)和工程管理經(jīng)驗(yàn)可供借鑒?！笆濉逼陂g鞍山東部礦區(qū)礦石產(chǎn)量徘徊于1 000萬(wàn)t/a，精礦品位63.5%，成本比售價(jià)高30%以上，經(jīng)營(yíng)舉步維艱。鞍鋼礦業(yè)通過(guò)創(chuàng)建五品聯(lián)動(dòng)礦冶工程管理模式，成功解決了鞍山東部礦區(qū)開(kāi)發(fā)利用的技術(shù)問(wèn)題和工程組織難題，實(shí)現(xiàn)了東部礦區(qū)大規(guī)模高效開(kāi)發(fā)，促進(jìn)了鞍鋼資源優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。

2 五品聯(lián)動(dòng)礦冶工程管理模式創(chuàng)新內(nèi)涵

鞍鋼礦業(yè)以復(fù)雜系統(tǒng)理論為指導(dǎo)，以鞍山東部礦區(qū)建設(shè)工程為依托，以實(shí)現(xiàn)整體效益最大化為目標(biāo)，突破“采、選、冶”工藝獨(dú)立優(yōu)化思維定式，將礦山生產(chǎn)勘查、采礦、配礦、選礦、冶煉五大環(huán)節(jié)整體優(yōu)化(圖1)，以提高精礦品位為核心，五品統(tǒng)籌考慮形成了五品聯(lián)動(dòng)礦冶工程管理模式。提出“點(diǎn)突破、線聯(lián)動(dòng)、面拓寬”遞進(jìn)式工程建設(shè)思路:以技術(shù)攻關(guān)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)點(diǎn)突破，確保工序指標(biāo)最佳;以工程管理實(shí)現(xiàn)工序間線聯(lián)動(dòng)，確保系統(tǒng)效率最高;以全礦區(qū)指標(biāo)整體優(yōu)化實(shí)現(xiàn)面拓寬，確保效益最大?；谶@一模式，鞍鋼礦業(yè)組織實(shí)施了鞍山東部礦區(qū)重大技改工程，建成了世界最大貧鐵礦區(qū)，礦山產(chǎn)量規(guī)模、工藝技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益實(shí)現(xiàn)了歷史性突破，成為我國(guó)鐵礦資源開(kāi)發(fā)的典范。

圖1 五品聯(lián)動(dòng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)

3 五品聯(lián)動(dòng)理論模型建立

3.1 研究理論方法

五品聯(lián)動(dòng)管理以系統(tǒng)論為理論依據(jù)，采用系統(tǒng)工程方法，同時(shí)依據(jù)扣除前序費(fèi)用理論和邊際效用理論，采用邊際分析方法和多目標(biāo)決策數(shù)學(xué)方法，編制決策支持系統(tǒng)。

(1)系統(tǒng)工程理論。現(xiàn)代礦山生產(chǎn)涉及多個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，環(huán)環(huán)相扣，構(gòu)成一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。一是復(fù)雜性，包括賦存條件、技術(shù)、工程、經(jīng)濟(jì)、政策等諸多因素;二是動(dòng)態(tài)性，各個(gè)子系統(tǒng)間存在動(dòng)態(tài)聯(lián)系，單個(gè)系統(tǒng)變化引起整個(gè)系統(tǒng)變化;三是開(kāi)放性，受外部條件的影響而變動(dòng)。如礦產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格的變動(dòng)，地質(zhì)、采礦、選礦、球團(tuán)、燒結(jié)等技術(shù)進(jìn)步，都將使系統(tǒng)發(fā)生變動(dòng)。

(2)扣除前序費(fèi)用理論。當(dāng)降低地質(zhì)品位時(shí)，可將表外礦乃至超貧礦劃歸表內(nèi)礦，則要回收利用它們可不再耗費(fèi)鑿巖、爆破等費(fèi)用，因?yàn)榧词共换厥绽盟鼈?，也要把其爆破并運(yùn)到廢石場(chǎng)去。

(3)邊際效用理論。當(dāng)產(chǎn)量不變，單位成本最低，效益最大。當(dāng)產(chǎn)量變動(dòng)時(shí)，按經(jīng)濟(jì)學(xué)的邊際分析方法分析，應(yīng)是邊際成本等于邊際收益時(shí)效益最大。

(4)多目標(biāo)優(yōu)化決策理論。經(jīng)濟(jì)效益最高的方案，不一定是資源回收效益最好的方案。只有通過(guò)多目標(biāo)優(yōu)化決策，兼顧兩者，達(dá)到相對(duì)最佳經(jīng)濟(jì)效益和相對(duì)最佳資源回收效益，才是合理的五品聯(lián)動(dòng)管理。

3.2 模型建立

以地質(zhì)品位、采出品位、入選品位、精礦品位、入爐品位為決策變量，以開(kāi)采、洗選、冶煉過(guò)程總成本(F)控制為目標(biāo)，可以建立用以描述五品聯(lián)動(dòng)管理的數(shù)學(xué)模型

式中，ti為各環(huán)節(jié)產(chǎn)量;fi(pi，pi+1)為各環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的成本，pi為各環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的品位。

4 基于五品聯(lián)動(dòng)理論的創(chuàng)新實(shí)踐

4.1 以技術(shù)攻關(guān)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)點(diǎn)突破

鞍鋼按五品聯(lián)動(dòng)管理思路，針對(duì)東部礦區(qū)開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)，建立三大工程技術(shù)系列。

(1)建立貧磁鐵礦提鐵降硅技術(shù)系列。從2000年開(kāi)始，鞍鋼在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展了“提鐵降硅”攻關(guān)，突破單一鐵品位評(píng)價(jià)模式，把鐵精礦質(zhì)量擴(kuò)展到采選和冶煉大范圍研究，以煉鐵成本最低確定合理品位。從提高入爐品位入手，確定冶煉、選礦、配礦等環(huán)節(jié)工藝參數(shù)，逆推工序至采礦源頭;通過(guò)分采分運(yùn)將采出品位提至28.2%;通過(guò)高效預(yù)選將入選品位提至29%;采用陽(yáng)離子反浮選將精礦品位提至69%，SiO2降至4%;形成貧磁鐵礦提鐵降硅技術(shù)系列，指標(biāo)達(dá)到世界領(lǐng)先水平，開(kāi)創(chuàng)國(guó)內(nèi)磁鐵精礦陽(yáng)離子反浮選提鐵降硅先例，已應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外10余個(gè)大型礦山。

(2)建立“三力場(chǎng)四流程”貧赤鐵礦選礦技術(shù)系列。鞍山東部礦區(qū)資源是公認(rèn)的難選礦。鞍鋼確定了“磁選保收率、反浮選提品位、重選降成本”技術(shù)路線，建立了“三力場(chǎng)四流程”貧赤鐵礦選礦技術(shù)系列。即將重力、磁力、浮力有機(jī)結(jié)合，形成獨(dú)特的多力場(chǎng)聯(lián)合選礦工藝。研發(fā)了“階段磨礦—粗細(xì)分選、極貧赤鐵礦濕式預(yù)選、含碳酸鹽赤鐵礦分步浮選、赤褐鐵礦尾礦再選”四大主體技術(shù)。針對(duì)4類難選礦石，分別開(kāi)發(fā)出“階段磨礦—粗細(xì)分選、重選—磁選—陰離子反浮選”，“自磨—強(qiáng)磁預(yù)選、階段磨礦、重磁浮聯(lián)合分選”，“階段磨礦—粗細(xì)分選、重選—磁選—分步浮選”，“浮尾強(qiáng)磁—再磨—強(qiáng)磁—反浮選”四大選礦工藝流程，攻克了東部礦區(qū)貧赤鐵礦利用技術(shù)瓶頸。

(3)建立露天礦與地下礦協(xié)同開(kāi)采技術(shù)系列。針對(duì)鞍山東部礦區(qū)存在多礦體、多采場(chǎng)、多采區(qū)、多空區(qū)、多中段同時(shí)開(kāi)采及露天轉(zhuǎn)地下過(guò)渡開(kāi)采等問(wèn)題，從礦山開(kāi)采對(duì)巖體破壞與穩(wěn)定的內(nèi)在實(shí)質(zhì)出發(fā)，分析了在復(fù)雜邊界條件下的開(kāi)采擾動(dòng)與巖體溫度場(chǎng)、滲流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、損傷場(chǎng)等相互耦合作用機(jī)理，建立了礦山時(shí)空反演技術(shù)理論，研發(fā)了礦產(chǎn)資源露天與井下協(xié)同開(kāi)采技術(shù)，解決了鞍山東部礦區(qū)復(fù)雜礦體條件下資源開(kāi)采技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了礦山安全、高效、低成本開(kāi)采技術(shù)的突破。

4.2 以工程管理實(shí)現(xiàn)工序間線聯(lián)動(dòng)

鞍山東部礦區(qū)地形復(fù)雜、礦石類型多(4種類型)、采區(qū)部位散(6個(gè)采區(qū)、11個(gè)采礦部位)，工程組織難度異常大。鞍鋼有針對(duì)性地建立了“大區(qū)域開(kāi)采、網(wǎng)絡(luò)化配礦、差異化分選、全員化管理、信息化保證”的新的工程組織模式。

(1)大區(qū)域開(kāi)采。“十五”初期，鞍山東部礦區(qū)呈現(xiàn)單個(gè)礦山小規(guī)模開(kāi)采的局面，造成周邊環(huán)境的嚴(yán)重破環(huán)和資源的極大浪費(fèi)，形成的采空區(qū)給后續(xù)安全開(kāi)采帶來(lái)了重大隱患。鞍鋼制定了東部礦區(qū)總體開(kāi)發(fā)方案，將齊大山、許東溝、啞巴山、西大背、砬子山、關(guān)寶山等6個(gè)采區(qū)統(tǒng)籌規(guī)劃，科學(xué)開(kāi)采，實(shí)現(xiàn)了東部礦區(qū)大規(guī)模區(qū)域化、安全高效開(kāi)采。

(2)網(wǎng)絡(luò)化配礦。根據(jù)礦巖及品位高低分布情況，在采場(chǎng)按區(qū)域采取了分鉆、分穿、分爆、分裝、分運(yùn)的“五分法”生產(chǎn)管理方式，大大提高了礦石回采率和采出品位。按照分類配送的原則，將不同采區(qū)的同類礦石分別送相對(duì)應(yīng)選廠，形成17條礦巖膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)，形成了平面與空間交叉的立體運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了“區(qū)區(qū)相連、采選互通、整體聯(lián)動(dòng)”。

(3)差異化分選。按礦石種類進(jìn)行差異化選礦，大大提升選礦能力和精礦質(zhì)量。調(diào)軍臺(tái)選廠采用“階段磨礦、粗細(xì)分選、重—磁—陰離子反浮選”處理細(xì)粒浸染狀赤鐵礦;齊大山選廠采用“階段磨礦、粗細(xì)分選、重—磁—陰離子反浮選—浮尾再選”工藝處理低品位細(xì)粒赤鐵礦;鞍千選廠采用“濕式預(yù)選—階段磨礦、粗細(xì)分選、重—磁—陰離子反浮選”工藝處理低品位假象赤鐵礦。

(4)全員化管理。建立了科研、設(shè)計(jì)、管理、施工、運(yùn)行五位一體工程組織方式，實(shí)現(xiàn)工程全生命期一體化和集成化管理。工程組織實(shí)施分級(jí)管理。決策層負(fù)責(zé)項(xiàng)目重大和關(guān)鍵問(wèn)題的決策;管理層對(duì)工程項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、試車、驗(yàn)收進(jìn)行全面管理;執(zhí)行層執(zhí)行具體和工程管理與建設(shè)任務(wù)。在職能上，縱向以項(xiàng)目管理為主，橫向以專業(yè)管理為主，形成矩陣式管理架構(gòu)，并通過(guò)項(xiàng)目決策組、技術(shù)創(chuàng)新室、職工攻關(guān)隊(duì)等有效形式發(fā)揮管理人員、專業(yè)技術(shù)人員和一線職工的積極性，實(shí)現(xiàn)了全員管理的目標(biāo)。

(5)信息化保障。鞍鋼高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)推動(dòng)信息化與工程建設(shè)和管理工作的深度融合，先后建設(shè)了GPS智能調(diào)度系統(tǒng)、GIS礦山地質(zhì)信息系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及預(yù)算管理、安全管理、設(shè)備點(diǎn)檢、工程管理等專業(yè)管理系統(tǒng)，形成了鞍鋼礦山管理系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱AMS)。AMS系統(tǒng)為實(shí)施五品聯(lián)動(dòng)管理提供了信息化手段支撐，促進(jìn)了企業(yè)整體效率的革命性提升。

4.3 以全礦區(qū)整體優(yōu)化實(shí)現(xiàn)面拓寬

五品聯(lián)動(dòng)管理將礦山生產(chǎn)地、采、配、選、冶五大環(huán)節(jié)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)整體優(yōu)化，為制定合理的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃、提高技術(shù)管理水平和經(jīng)營(yíng)效益提供有力的決策支持。

通過(guò)持續(xù)攻關(guān)，2012年鞍山東部礦區(qū)采礦能力達(dá)3 300萬(wàn)t，精礦品位提至67.5%，達(dá)到世界一流水平，成本520元/t，低于進(jìn)口礦價(jià)46%，年創(chuàng)效益36億元，成為生產(chǎn)規(guī)模大、產(chǎn)品質(zhì)量高、經(jīng)濟(jì)效益好的世界特大型貧赤鐵礦區(qū)。東部礦區(qū)開(kāi)發(fā)為我國(guó)全面開(kāi)發(fā)貧鐵礦提供了可推廣的技術(shù)與工程管理模式。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)實(shí)現(xiàn)礦山效益最大化，應(yīng)以系統(tǒng)理論和邊際效用理論為指導(dǎo)。將五大環(huán)節(jié)整體動(dòng)態(tài)優(yōu)化，統(tǒng)籌考慮礦石地質(zhì)品位、采出品位、入選品位、精礦品位、入爐品位，實(shí)現(xiàn)以勘促采、以采保選、以選帶采、多選少冶，形成了五品聯(lián)動(dòng)礦冶工程管理模式。

(2)工程是技術(shù)的集合，開(kāi)發(fā)特大型貧鐵礦礦區(qū)的前提是突破技術(shù)瓶頸。鞍鋼礦業(yè)五品聯(lián)動(dòng)管理，建立了三大工程技術(shù)系列，影響最大的是鞍山式貧赤鐵礦技術(shù)攻關(guān)和貧磁鐵礦提鐵降硅技術(shù)攻關(guān)，對(duì)冶金礦山行業(yè)發(fā)展起到了決定性作用。

(3)特大型復(fù)雜礦區(qū)建設(shè)須建立科學(xué)系統(tǒng)的工程組織模式。鞍山東部礦區(qū)“點(diǎn)突破、線聯(lián)動(dòng)、面拓寬”遞進(jìn)式工程建設(shè)思路，以及“大區(qū)域開(kāi)采、網(wǎng)絡(luò)化配礦、差異化分選、全員化管理、信息化保證”的新的工程組織模式，解決了復(fù)雜礦區(qū)工程組織難題。

(4)國(guó)內(nèi)冶金礦山應(yīng)以提高資源自給率為目標(biāo)，在突破技術(shù)和工程組織難題的基礎(chǔ)上，加快自有資源開(kāi)發(fā)，平抑進(jìn)口礦價(jià)格，保障中國(guó)鋼鐵工業(yè)的安全健康發(fā)展。

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