南京梅山鐵礦原礦質(zhì)量控制優(yōu)化初探

劉志佳

（南京寶地梅山產(chǎn)城發(fā)展有限公司礦業(yè)分公司）

梅山鐵礦是寧蕪盆地中典型的地下大型鐵礦，礦山自1961年建礦，至今已近60 a。礦山生產(chǎn)的原礦全部由選礦廠選別成鐵精粉，除部分內(nèi)銷至梅山鋼鐵廠，其余銷往國內(nèi)多個鋼廠。

為了保證主產(chǎn)品鐵精粉的質(zhì)量穩(wěn)定，礦山從投產(chǎn)伊始就嚴(yán)格控制原礦質(zhì)量，并設(shè)立了專門的原礦質(zhì)量管理機(jī)構(gòu)，經(jīng)過多年的積累，已經(jīng)形成了一套相對可靠的原礦質(zhì)量控制系統(tǒng)。近幾年，隨著開采水平的下延，地質(zhì)賦存情況越來越復(fù)雜，礦石品質(zhì)下降明顯。另一方面，更高的產(chǎn)量需求對原礦質(zhì)量的穩(wěn)定提出更高的要求。對原有鐵礦石質(zhì)量控制體系加以改進(jìn)優(yōu)化，有針對性地指導(dǎo)采礦生產(chǎn)，改善礦山三率指標(biāo)，延長礦山服務(wù)年限勢在必行。

1 梅山鐵礦生產(chǎn)現(xiàn)狀

梅山鐵礦自建設(shè)以來，先后完成一期工程、一期延伸工程、二期擴(kuò)建工程及二期延伸工程。目前主生產(chǎn)水平為井下-330~420 m分段，礦山采用無底柱分段崩落法，年產(chǎn)原礦400萬t。

隨著開采分層下降，礦石品位持續(xù)下降，貧礦、混合礦增多。從二期延伸工程完成后，井下現(xiàn)場地質(zhì)賦存情況變得復(fù)雜，礦巖交織的現(xiàn)象普遍存在且礦石品位明顯下降。以采準(zhǔn)掘進(jìn)為例，主要作業(yè)區(qū)域為-318、-330、-348、-366 m 4個分層。2018年11月、12月采準(zhǔn)副產(chǎn)礦的品位尚在40%以上，而2019年1月開始，基本維持在39%以下，全年平均鐵品位為38.58%，品位的先下后上趨于穩(wěn)定的趨勢明顯。具體數(shù)據(jù)見圖1。

采準(zhǔn)、回采出礦方面，隨著采礦大型化設(shè)備的應(yīng)用，多巷道并進(jìn)爆破出礦變?yōu)槌B(tài)化。伴隨著安全要求越來越嚴(yán)格，巷道掘進(jìn)后需要進(jìn)行噴漿支護(hù)作業(yè)，以保障后續(xù)工作的安全性。這樣預(yù)留給地質(zhì)人員的工作空間越來越小，按照傳統(tǒng)方法按部就班的進(jìn)行編錄、刻槽取樣變得不合時宜。必須充分利用有限的資源配置，改進(jìn)工作方法，提高原礦管理的效率和質(zhì)量。

2 原礦質(zhì)量管理流程分析

2.1 主要管理流程

梅山鐵礦的質(zhì)量控制流程按照采礦工序大致可以分為原礦預(yù)測、地質(zhì)信息采集（刻槽取樣、地質(zhì)編錄）、采區(qū)配礦、溜井小循環(huán)配礦以及軌道衡取樣5大部分。具體見圖2。

2.2 流程分析

2.2.1 原礦預(yù)測

礦山地質(zhì)人員根據(jù)勘探大鉆孔切制好水平分層地質(zhì)圖，再利用刻槽取樣數(shù)據(jù)、生產(chǎn)勘探數(shù)據(jù)定期進(jìn)行修圖，形成原礦預(yù)測的基礎(chǔ)資料。初期，地質(zhì)人員只針對上下分層的地質(zhì)界線疊加對比來判斷礦巖情況，富礦、貧礦、廢石的具體預(yù)測數(shù)據(jù)為上下分層刻槽樣的算數(shù)平均值。由于上部礦體體積小，礦石富集，這樣的預(yù)測方式在一定程度上也能滿足當(dāng)時的生產(chǎn)需求。

2.2.2 地質(zhì)信息采集

梅山鐵礦井下地質(zhì)采樣一直采用直線連續(xù)打塊法，以人工錘打的方式采集礦樣。礦化程度相近地段，樣長5 m；礦化程度不均，變化較大地段，樣長2 m。單個樣品質(zhì)量為2.5~3 kg，由人工背樣的方式返回井上，送至地面制樣、化驗。傳統(tǒng)取樣方法的優(yōu)點是數(shù)據(jù)精度高、連續(xù)性和整體性較好，缺點是周期長、效率低下、與實際生產(chǎn)脫節(jié)。

2.2.3 采區(qū)配礦

礦山配備有專業(yè)知識、經(jīng)驗豐富的專職質(zhì)管人員，依據(jù)每周的爆破生產(chǎn)計劃，對每臺設(shè)備的出礦迎頭進(jìn)行巡查，采取爆破迎頭地質(zhì)樣、生產(chǎn)樣和截止樣。同時設(shè)具體控制指標(biāo)要求：2條進(jìn)路配礦率≥60%；3條進(jìn)路配礦率≥30%；截至品位控制在24%≤TFe≤27%。

2.2.4 溜井小循環(huán)配礦

小循環(huán)配礦模式是根據(jù)原礦預(yù)測數(shù)據(jù)、采區(qū)配礦溜井控制指標(biāo)，用Excel編制每口溜井的預(yù)測指標(biāo)，對當(dāng)班生產(chǎn)的溜礦品位按照溜井產(chǎn)量進(jìn)行數(shù)據(jù)加權(quán)，形成每班原礦預(yù)測指標(biāo)。其配礦效果取決于溜井預(yù)測指標(biāo)以及采區(qū)配礦的精度。通常由調(diào)度人員下達(dá)溜井放礦指令，運輸放礦人員負(fù)責(zé)執(zhí)行。

2.2.5 軌道衡取樣

梅山鐵礦在采礦、選礦工序結(jié)合部分別增加軌道衡取樣、-8#皮帶取樣2個控制點，以保證采場輸出的原礦與選廠入選原礦的質(zhì)量穩(wěn)定。軌道衡取樣是礦車經(jīng)過計量秤時放緩運行速度，取樣人員用樣鏟在礦車上進(jìn)行多點取樣，經(jīng)過篩分、現(xiàn)場制樣后再送至地面化驗室化驗。優(yōu)點是取樣工基本能判斷溜井品位波動情況，質(zhì)量波動異常時能夠及時報警，缺點是取制周期較長，數(shù)據(jù)滯后。

3 優(yōu)化改進(jìn)

在上述分析的基礎(chǔ)上，從地質(zhì)信息采集、原礦預(yù)測兩道工序?qū)φ麄€系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。通過重新設(shè)計取樣方法，應(yīng)用新的地質(zhì)管理軟件來提高質(zhì)量預(yù)測精度。

3.1 多點揀塊法應(yīng)用

在井下-366 m水平試用迎頭多點揀塊法，取代連續(xù)直線打塊法。揀塊法取樣過去主要用于爆堆、儲礦場、礦車及商品礦采樣，經(jīng)過布點改良后完全可以應(yīng)用到井下礦山迎頭地質(zhì)樣品采集中。

按照上海梅山冶金公司編制的《礦山地質(zhì)技術(shù)管理規(guī)程》，取樣點數(shù)及樣品質(zhì)量要求見表1。

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3.1.1 取樣點位設(shè)計

-330~-384 m中段礦化程度總體均勻，進(jìn)路斷面設(shè)計規(guī)格為6.0 m×4.1 m（寬×高），取樣點數(shù)n設(shè)計15個，分別為眉線3個、爆堆中部5個、底部7個。每點取樣質(zhì)量f=0.2 kg，迎頭樣總質(zhì)量Q=fn=3 kg。

3.1.2 取樣流程優(yōu)化

原地質(zhì)樣品采集后需要取樣人員升井后集中送至地面化驗室，通過制樣、化驗、數(shù)據(jù)返回，由地質(zhì)技術(shù)人員錄入地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，形成地質(zhì)圖件。流程的弊端十分明顯，一是周期長、成本高，二是不能及時的給與采礦生產(chǎn)數(shù)據(jù)支撐，造成地質(zhì)工作和采礦生產(chǎn)脫節(jié)。

3.2 質(zhì)量預(yù)測

3.2.1 傳統(tǒng)質(zhì)量預(yù)測方法

地下礦山生產(chǎn)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其礦石質(zhì)量控制一直是關(guān)注的難點和熱點問題［1］。梅山鐵礦初期的質(zhì)量預(yù)測方法采用SD克里格法，以礦塊為單位劃分采區(qū)，利用刻槽數(shù)據(jù)和鉆孔數(shù)據(jù)對菱形塊進(jìn)行賦值，并生成預(yù)測Excel表格［2］。質(zhì)量管理人員根據(jù)爆破計劃表和預(yù)測Excel表計算月度原礦質(zhì)量控制指標(biāo)。其缺點是周期長、預(yù)測精度差，當(dāng)爆破計劃執(zhí)行率不高的時候，需要重復(fù)調(diào)整計算。

3.2.2 Surpac實體模型質(zhì)量預(yù)測

梅山鐵礦引進(jìn)并二次開發(fā)Surpac軟件，建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫和礦體實體模型，把礦體按菱形塊（圖3）進(jìn)行分割定義，以空間為參考，賦予每個菱形塊礦量、品位、體積數(shù)值，可以方便地估算出目標(biāo)礦體的質(zhì)量屬性［3］。

采礦爆破計劃在Surpac軟件里制訂完成，將本月爆破的計劃菱形塊組合成目標(biāo)實體，同時生成噸位及礦石質(zhì)量數(shù)據(jù)，計劃變更時只需要增減相應(yīng)的菱形塊。

4 效果評價

4.1 取樣方法優(yōu)化效果評價

（1）降低對采礦工序的影響，提高了操作安全性。傳統(tǒng)取樣方法需要巷道掘進(jìn)足夠的進(jìn)尺并且無支護(hù)噴漿干擾，而采用多點揀塊法，避免了對巷道施工、支護(hù)的影響，取樣方式上舍棄了人工錘擊，采用多點撿拾，更好地降低了勞動強度，保障了取樣人員的操作安全。

（2）緊跟生產(chǎn)進(jìn)度，更好地服務(wù)采礦。傳統(tǒng)取樣方法依據(jù)地質(zhì)人員編錄安排取樣計劃，生成的樣品數(shù)據(jù)主要用于地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的補充，往往容易造成與實際生產(chǎn)進(jìn)度脫節(jié)。而多點揀塊法依據(jù)的是采準(zhǔn)掘進(jìn)計劃，根據(jù)周期內(nèi)作業(yè)的迎頭安排取樣，目的性更強，數(shù)據(jù)對接更直接，在計劃編制、樣品采取、數(shù)據(jù)返回、指導(dǎo)掘進(jìn)4個環(huán)節(jié)形成閉環(huán)。

（3）提高工作效率，縮短取制樣周期。傳統(tǒng)取樣周期通常需要1~2月時間，但就刻槽取樣本身而言，3個取樣工實施75 m單巷道采樣需要1個原班，而采用多點揀塊法可以1個取樣工進(jìn)行多進(jìn)路取樣操作，3個取樣工完全可以勝任1個分層的取樣任務(wù)。

4.2 質(zhì)量預(yù)測方法優(yōu)化效果評價

（1）提高了預(yù)測精度。Surpac實體模型質(zhì)量預(yù)測單元為菱形塊，其參數(shù)采用的是實體噸位、品位，相對于傳統(tǒng)克里格的均值預(yù)測精度明顯提高。菱形塊可以任意組合，對不同對象進(jìn)行質(zhì)量統(tǒng)計，對于邊部礦體、獨立礦體、不規(guī)則礦體的預(yù)測效果更高、更精確［4］。

（2）適應(yīng)采礦實際，實現(xiàn)動態(tài)預(yù)測。受制于井下現(xiàn)場情況影響，采礦計劃變更是常有的，甚至每天都在變化。傳統(tǒng)克里格法當(dāng)計劃變更時需要人工調(diào)整，找到變更的具體數(shù)據(jù)并利用Excel重新計算。而利用Surpac實體模型進(jìn)行質(zhì)量預(yù)測，只需要將變更的菱形塊進(jìn)行替換，能夠?qū)崿F(xiàn)質(zhì)量信息動態(tài)調(diào)整。

4.3 實際運行效果

工序優(yōu)化以來，原礦輸出品位保持穩(wěn)定。2019年原礦含鐵平均品位38.70%，2020年1—8月份為38.46%，見圖4。月度輸出品位在37.5%~39.5%正常波動，提升生產(chǎn)效率的同時，原礦質(zhì)量滿足選礦需求。

5 結(jié)論及建議

（1）建議考慮采用手持式礦石分析儀替代實驗室化驗。樣品送至地面后，地質(zhì)人員直接采用手持式礦石分析儀進(jìn)行樣品檢測，形成當(dāng)日爆破迎頭數(shù)據(jù)統(tǒng)計表，并以Excel的形式直接發(fā)送至采礦人員，更好地服務(wù)于采礦生產(chǎn)。

（2）建議優(yōu)化軌道衡自動化檢測系統(tǒng)［5］，替代人工取樣。一方面節(jié)省取樣化驗成本，另一方面質(zhì)管人員能夠?qū)崟r掌控質(zhì)量波動，更好地指導(dǎo)采區(qū)配礦。