大型復雜露天鐵礦提高入選礦石質量實踐

李銀霞 吳 磊

(1.包鋼集團礦山研究院有限責任公司；2.內蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司巴潤礦業(yè)分公司)

某大型露天鐵礦山集鐵礦石開采、選別、輸送于一體，年采剝總量約1億t。礦區(qū)特點：①礦區(qū)地層強烈褶皺變質，斷裂發(fā)育，巖漿巖種類繁多，呈多期次侵入，地質條件復雜；②據現(xiàn)有地質資料，礦山開采境界內鐵礦體劃分出11個主礦體，102個附屬礦體，礦體交錯，總體呈條帶狀分布于2-48線采場內的向斜兩翼及核部，礦體賦存復雜；③礦石成分復雜，組成元素多達71種；④礦物組成復雜，礦物種類多達170種；⑤同一爆區(qū)巖石往往有4種以上巖性，礦巖夾雜、交混現(xiàn)象嚴重，爆破難易程度差別大；⑥礦山采用自有大型設備(10～29 m3電鏟)和外委小型設備(2～4 m3挖掘機)分臺階、分爆區(qū)共同生產模式，采剝總量大，作業(yè)設備種類繁多；⑦采用陡幫組合臺階同時開采，作業(yè)爆區(qū)多，巖性、質量差別大，生產工藝復雜。

鑒于上述特點，礦山需要采取有效對策提高入選礦石質量，以保證下游產品質量合格，為采、選系統(tǒng)提質增效。

1 影響入選礦石質量因素

礦山選礦廠對原礦指標的要求有：入選品位和穩(wěn)定率、不同性質的礦石配比、雜質含量和穩(wěn)定率、入選礦石塊度。

1.1 入選品位和穩(wěn)定率

入選品位是礦山經營參數(shù)之一，其合理與否對礦山效益和資源的利用程度有顯著影響[1]。礦山開采設計時，會依據地質資料計算出境界內礦石的平均品位。入選品位一般是選礦廠建設之初，礦山依據資源條件、采選工藝、采選成本、產品售價等因素綜合確定的，且呈動態(tài)變化。為滿足客戶需求和適應市場變化，通常入選品位為一個區(qū)間，如該礦山TFe入選品位為(28±2)%。為完成計劃產量目標，避免超產形成庫存及產量波動造成選礦流程的不必要調整，需要入選品位在設計區(qū)間內相對穩(wěn)定，杜絕出現(xiàn)斷崖式波動。

1.2 不同性質的礦石配比

該礦山礦石按自然類型分為2類，一類為白云石型，另一類為云母閃石型。二者TFe品位基本一致，采用選礦廠現(xiàn)有三段一閉路磁選工藝處理這兩類礦石，在相同磨礦時間單獨進行選礦試驗，結果見表1。

表1 不同類型礦石選礦試驗結果 %

表1表明，云母閃石型礦石精礦TFe品位小于66%，屬不合格產品；兩種類型礦石的選礦比和回收率結果差別也較大。因此為保證鐵精礦產品質量、充分利用云母閃石型礦石資源，入選前需要對兩類礦石進行合理配礦。

1.3 雜質含量和穩(wěn)定率

該礦山鐵礦石中主要有害組分為 S、P、F[2]，目前影響產品質量的雜質主要是S。地表含 S 0.01%～0.20%，深部達 1%～3%，平均 1.403%。礦區(qū)不同TFe品位的鐵礦體S含量見表2。

表2 不同鐵礦體S含量 %

根據產品質量和環(huán)保要求，鐵精礦脫硫工作被列為公司重點攻關項目。生產實踐表明，鐵精礦硫含量與原礦硫含量呈非線性關系，甚至出現(xiàn)反富集現(xiàn)象。目前鐵精礦硫含量最高可達2.6%，且同水平、同礦體的鐵精礦硫含量相差0.2%～2.0%，且無特定規(guī)律。因此，降低并穩(wěn)定鐵精礦硫含量關鍵在于穩(wěn)定入選礦石雜質含量。

1.4 入選礦石塊度

入選礦石塊度是影響選礦廠粗碎作業(yè)破碎效率和后續(xù)選礦能耗的關鍵指標。入選礦石塊度要求：

(1)杜絕超標大塊(≥1 m)。大塊入破時，對破碎機橫梁產生巨大沖擊，容易引起橫梁結構松動，甚至變形脫落。大塊卡在橫梁處，需要用碎石機進行破碎處理，影響入破效率，導致破碎口壓車，且存在安全隱患。入破環(huán)節(jié)需突然中止，破碎系統(tǒng)緊急制動，對整體系統(tǒng)設備形成沖擊。

(2)杜絕合格大塊集中入破。實踐表明，入破塊度均勻(0.6～0.9 m)、集中入破時也會造成粗破碎屯礦，需采用碎石機處理。因此理想的入破塊度應該是<1 m的各粒級礦石均勻入破，且后續(xù)工序如中細碎、磨選處理能力處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，利于設備正常運行，節(jié)約能耗。

通過以上分析，該礦山若想提高入選礦石質量，需做到3點：一是合理配礦；二是加強配礦計劃的執(zhí)行力；三是改善爆破質量，提高爆破破碎度，獲得合適的礦石塊度。

2 提高入選礦石質量措施

2.1 采用科學方法合理配礦

交叉中和配礦的關鍵是爆堆質量的預測和設備的調度[3]。隨著計算機技術的發(fā)展，多數(shù)礦山配礦已由傳統(tǒng)的人工配礦轉變?yōu)橛嬎銠C配礦或智能配礦。智能配礦通常采用線性規(guī)劃或非線性規(guī)劃法列出一系列符合礦山生產的配礦約束條件，求出最優(yōu)解。該礦山在設置約束條件時，借鑒了準時化生產原理，采取流程調研、數(shù)據統(tǒng)計等方法，求出約束條件最優(yōu)值。配礦分3個階段：

(1)配礦預計劃。該計劃是建立在礦山中長期計劃上，用于粗略預測計劃期內的質量指標情況，使用的數(shù)據為礦山原始地質數(shù)據庫[4]。將數(shù)據結果于設計質量指標對比，以及時作出戰(zhàn)略性調整，做好質量戰(zhàn)略規(guī)劃。

(2)配礦年計劃、月計劃?？刹捎玫V山原始地質數(shù)據庫數(shù)據，或礦山生產勘探數(shù)據指導本年、本月的礦石質量均衡。

(3)生產配礦計劃。采用的數(shù)據為即時生產數(shù)據，即生產班計劃，需要提前取穿孔樣進行流程試驗，利用所得結果準確配比。

2.2 加強配礦計劃執(zhí)行力

科學合理的配礦計劃需要真正落實才能發(fā)揮作用。該礦山具有配礦設備種類多、型號多、數(shù)量多、生產臺階跨度大、出礦點多、出礦位置狹窄、爆破質量差別大等特點，配礦計劃執(zhí)行難度大。經多年運行，總結出該礦山執(zhí)行配礦計劃的關鍵過程，即在設置采場外配礦所需礦石堆置場的基礎上，實現(xiàn)生產設備、生產量、生產方式的控制。

2.2.1 生產設備的控制

生產設備控制包括設備效率和設備作業(yè)率兩方面。結合礦山生產經驗，采取粗破碎集中入破的運行模式提高相關設備效率和作業(yè)率。集中入破期間，粗破碎滿系數(shù)入料，設備效率提升，設備運行時間減少，設備磨損和能量消耗降低，利用設備空閑時間進行點檢、項修等工作，消除設備隱患。集中入破方式下，采裝設備1個班次只需切換1次巖性，但需要及時調整作業(yè)位置。為有效解決該問題，需要爆區(qū)生產礦巖具備下列條件：一是礦巖至少有 2種巖性，當生產需要改變時能實現(xiàn)采裝設備就近移位，快速恢復生產；二是注意礦巖交混問題，可采用從爆區(qū)走向方向劃分礦石區(qū)、巖石區(qū)，以利于爆破參數(shù)設計、保證爆破效果、降低混爆程度，方便采裝。

2.2.2 生產量控制

配礦的理想目標為入破的每一時刻質量都能保持一致，這就要求入破計劃要與每一時刻的各類型礦石入破量相匹配，并把握好各設備的入破總量。通常只要做好設備的日常點檢及計劃檢修，即能保證設備效率，完成入破量。

2.2.3 生產方式控制

生產方式的控制是為了控制好每一時刻的入破礦石質量。一是全系統(tǒng)的質量均衡，如某爆區(qū)礦石為云母閃石型，TFe品位低(<25%)，需要該爆區(qū)生產滿足持續(xù)均勻入破的條件。通常做法是按班次固定該爆區(qū)采裝設備配備的運礦車，根據需要固定某幾臺運輸車及時運輸?shù)V石保持破碎作業(yè)順利進行，其余運輸車將多余礦石運輸至礦石堆置場；二是控制單臺設備質量、效率或產量。礦石爆區(qū)可采用網格化作業(yè)，即質檢人員依據炮孔化驗數(shù)據，劃定5 m×5 m的網格，分清網格內的礦巖性質；以作業(yè)票和拍照片的方式記錄并指導設備操作及相關人員明確鏟裝位置礦、巖質量及采裝方式，防止過界生產，能有效降低礦石的損失、貧化。

2.3 提高爆破破碎度

提高爆破破碎度方法有很多，有效、適用的方法有：

(1)采用大孔距、小抵抗線爆破技術。原理是增大爆破漏斗角，形成弧形自由面，為巖石受拉伸破壞創(chuàng)造有利條件，防止爆炸氣體過早泄出，提高炸藥能量利用率，改善巖石破碎效果[5]。

(2)采用逐孔爆破技術，充分利用爆破自由面和最小抵抗線原理增強爆破破碎作用。

(3)實施大規(guī)模爆破。大塊礦石產生部位一般為爆區(qū)前排位置，因前排巖體受前次爆破震動影響出現(xiàn)裂縫，與原巖體的節(jié)理裂隙構成不規(guī)則的網狀。本次爆破時，前排巖體受沖擊力會直接脫落、拋擲，且?guī)r塊間不會有較大的碰撞，造成前排大塊多，所以采用大規(guī)模爆破能有效減少大塊。

(4)炮孔頂部間隔技術。在滿足最小抵抗線原理的規(guī)則下，減小炮孔填塞長度，可利用空氣間隔器代替，能有效減少頂部大塊。

(5)重視采場內大塊礦石的處理。原則是將所有大塊礦石在采場內處理完成，在生產時必須將大塊挑揀出來，單獨擺放，由碎石機集中處理，電鏟或其他鏟裝設備集中鏟運入破。保證處理完爆區(qū)下前方水平范圍內的大塊礦石后再實施爆破。

3 實踐結果

通過上述措施的實施，該礦山入選礦石指標有較大改善，近年入選礦石質量見表3。

表3 近年入選礦石質量 %

從表3可以看出，提高入選礦石質量措施實施后，相關質量指標呈逐年向好趨勢。

4 結 論

針對大型復雜露天鐵礦的采礦特點和選礦要求，確定了影響選礦廠入選礦石質量的因素：入選品位和穩(wěn)定率、不同性質的礦石配比、雜質含量和穩(wěn)定率、入選礦石塊度，并將配礦過程劃分為3個階段，生產過程中要根據各階段要求，編制科學合理的配礦計劃，可通過控制生產設備、生產量、生產方式提高配礦的執(zhí)行力，并結合提高爆破破碎度等措施，提高入選礦石質量。該方法無需增加費用，具有成本低、操作簡便、實用性強、應用范圍廣等諸多優(yōu)點，具有較好的實踐應用價值。