基于Dmine的數(shù)字化礦山生產(chǎn)配礦研究

王 洋 趙明生

(1.河北省建筑材料工業(yè)設(shè)計研究院;2.貴州新聯(lián)爆破工程有限公司)

配礦計劃的制定必需建立在合理的中長期開采計劃的基礎(chǔ)上，礦山中長期開采計劃的編制在遵循“采剝并舉，剝離先行”基本原則下，必須考慮后期的礦石搭配開采問題。數(shù)字化礦山軟件Dmine平臺開發(fā)有制定礦山中長期開采計劃的功能，該計劃的編制是完全建立在礦山原始地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(地質(zhì)勘查程度在詳查以上)三維礦體數(shù)字模型基礎(chǔ)上的，通過計算礦體各化學(xué)成分在三維礦體模型中的空間分布，宏觀把握各化學(xué)成分的空間分布規(guī)律，從而進行合理的采礦設(shè)計、臺段劃分，進而通過數(shù)字化礦山軟件平臺中的采掘順序優(yōu)化功能不斷調(diào)試，最終編制出合理的中長期開采計劃，為日后生產(chǎn)以及配礦搭建良好的平臺。

1 礦山開采三維設(shè)計

目前，常規(guī)的礦山開采設(shè)計一般采用AutoCAD軟件，設(shè)計形式也是二維設(shè)計。數(shù)字化礦山系統(tǒng)則對礦山進行三維建模，開采設(shè)計也將在三維模型上進行。某石灰石礦模型(圖1)建好后，輸入各勘探線上的鉆孔數(shù)據(jù)(圖2)，利用距離冪反比法對礦體進行估值，得出整體或任意臺段的礦石品位或比重(圖3、圖4)，為臺段間配礦創(chuàng)造條件。對于夾層較多，礦石品位相差較大的礦體效果更明顯。

圖1 礦體分布及夾層情況

2 生產(chǎn)配礦

圖2 鉆孔分布

圖3 三維礦體CaO品位分布

圖4 154 m臺段CaO品位分布

配礦的前提條件是必須有2個或2個以上且礦石質(zhì)量高低不一的采礦工作面。該前提條件包含2層意思，一是需要有2個或2個以上的采礦工作面;二是各采礦工作面的礦石質(zhì)量差異較大，既有能滿足生產(chǎn)要求的高品位礦石，又有不能滿足生產(chǎn)要求的低品位礦石。兩個條件缺一不可，否則就不能完成配礦或沒有必要配礦。

生產(chǎn)配礦計劃是直接用于指導(dǎo)礦山生產(chǎn)的短期性生產(chǎn)計劃。由于預(yù)配礦設(shè)計以礦山原始地質(zhì)資料為基礎(chǔ)，而一般情況下水泥灰?guī)r礦山的地質(zhì)勘探工作布孔網(wǎng)密度較大，精度較低，從而可能導(dǎo)致預(yù)配礦結(jié)果精度不高。為了保證生產(chǎn)配礦計劃的精確性，在預(yù)配礦的前提下，以生產(chǎn)勘探數(shù)據(jù)為依據(jù)編制生產(chǎn)配礦計劃。生產(chǎn)勘探數(shù)據(jù)以鉆孔巖粉取樣為主，逐孔取一個樣品，通過化學(xué)分析，得到各樣品的CaO、K2O+Na2O、MgO 的品位值。

將生產(chǎn)勘探數(shù)據(jù)導(dǎo)入生產(chǎn)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，以備生產(chǎn)配礦時調(diào)用。生產(chǎn)配礦計劃的編制以當(dāng)班生產(chǎn)的礦石品位接近所在年度的配礦品位為目標(biāo)，建立均化配礦模型。

在生產(chǎn)勘探數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立配礦模型完成后，根據(jù)預(yù)配礦圈定的爆破區(qū)域，可在該區(qū)域范圍內(nèi)進行生產(chǎn)爆破設(shè)計、爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計及爆破施工表格自動輸出。

接下來就可以根據(jù)生產(chǎn)勘探樣品化驗數(shù)據(jù)，在擬爆破的礦塊上進行精細(xì)配礦計算，其計算原理與預(yù)配礦相同，最終輸出各采礦工作面的出礦比例、各工作面的挖掘機配備數(shù)量及礦車配備比例，再通過調(diào)度系統(tǒng)完成配礦。

生產(chǎn)開始前，計算機根據(jù)配礦結(jié)果將各班次的生產(chǎn)時間、計劃班產(chǎn)量、爆堆的坐標(biāo)等數(shù)據(jù)傳輸給各挖掘機及礦車，并根據(jù)配礦比例計算各個采礦工作面的配礦量，各工作面至卸礦點的運距，自動輸出當(dāng)日生產(chǎn)汽車調(diào)度表，并以此指揮調(diào)度生產(chǎn)。

3 配礦方案的實施

配礦子系統(tǒng)由軟件和硬件2大部分組成。其中軟件部分是指在數(shù)字化礦山軟件平臺上開發(fā)的可以滿足計算機模擬配礦要求的功能模塊，模擬配礦是在合理中長期規(guī)劃的采礦工作面上進行的，通過計算輸出各采區(qū)工作面出礦比例，達到預(yù)配礦的目的，用以指導(dǎo)、實施配礦過程，計算機模擬配礦結(jié)果見表1。硬件部分主要由計算機、礦車、鏟車、γ射線衍射分析檢測儀、GPS、無線網(wǎng)絡(luò)等組成。硬件部分是實現(xiàn)配礦功能的手段以及載體，首先由中心控制站工作人員根據(jù)計算機將配礦方案通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸、GPS定位與導(dǎo)航對現(xiàn)場鏟車、礦車發(fā)號施令，鏟車和礦車將按照配礦要求的工作面出礦比例進行裝載和運輸，礦石破碎后經(jīng)帶式輸送機向水泥生產(chǎn)線輸送，在礦石經(jīng)帶式輸送機輸送的過程中安裝在輸送機上的γ射線衍射分析檢測儀會對礦石中各化學(xué)成分進行檢測并把檢測結(jié)果傳輸至中心控制站進行分析判定。

某石灰石礦使用的開拓系統(tǒng)是公路—平硐溜井—膠帶輸送機聯(lián)合開拓運輸系統(tǒng)，溜井長220 m。破碎機硐室在溜井底部，為了減少溜井底部堵塞和增加貯礦量，在破碎機硐室之上設(shè)計了貯礦倉。這樣，礦石破碎的時間就會滯后，在生產(chǎn)中，即使輸送機上的γ射線衍射分析檢測儀檢測出礦石品位達不到要求，但此時配礦的礦石都已經(jīng)進到貯礦倉，再重新配礦已經(jīng)不可能，只有用礦車在皮帶終端處接下不合品位的礦石，拉回破碎站重新配礦，這樣既耗時耗力也不經(jīng)濟。所以，為了避免這樣的事情發(fā)生，礦石在進溜井前，必須保證配礦的準(zhǔn)確性，這就要求生產(chǎn)配礦時，鉆孔巖粉取樣更全面、化驗更精確，同時原始地質(zhì)資料也要更詳細(xì)，必要時可以增加地質(zhì)鉆孔，使預(yù)配礦更準(zhǔn)確。

表1 某石灰石礦山模擬配礦結(jié)果

該石灰石礦山工作面較多，戰(zhàn)線較長，礦石品位高低不同，各個工作面之間需要協(xié)調(diào)配礦。該石灰石礦是山坡開采，采區(qū)分散，所以配礦應(yīng)當(dāng)盡量在一個采區(qū)內(nèi)進行，其他采區(qū)輔助配礦，這也凸顯了數(shù)字化礦山地礦信息平臺的優(yōu)勢。該系統(tǒng)一旦成功上線，不但可以減少礦山廢石排棄量、節(jié)約礦山排廢費用、降低礦山生產(chǎn)成本、延長礦山服務(wù)年限，甚至可以省掉水泥廠預(yù)均化庫的建設(shè)，節(jié)省大量基建投資，經(jīng)濟效益顯著。

4 結(jié)論

礦產(chǎn)資源作為不可再生資源，一旦失去不可復(fù)得，配礦的更大的意義在于不但可以變“廢”為“礦”，而且在降低礦山生產(chǎn)剝采比，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益的同時，又減少了廢石的排放，降低了環(huán)境污染的程度，對灰?guī)r礦山甚至可以實現(xiàn)“零污染”、“零排放”，這符合國家關(guān)于“節(jié)能減排”、“循環(huán)經(jīng)濟”和“可持續(xù)發(fā)展”的戰(zhàn)略。

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