特大型復雜礦區五品聯動礦冶工程管理新模式研究*

邵安林

(鞍鋼集團礦業公司)

鞍鋼集團礦業公司是國內最大的冶金礦山企業。建國以來，累計生產鐵礦石13.8億t，為鞍鋼發展和國民經濟建設做出了重要貢獻。鞍山東部礦區包括齊大山采區、許東溝采區、啞巴山采區、西大背采區、砬子山采區、關寶山采區，關寶山選礦廠(處理砬子山、關寶山礦石)、鞍千選礦廠(處理西大背、啞巴山、許東溝礦石)、調軍臺選廠(處理齊大山、許東溝礦石)、齊大山選廠(處理齊大山礦石)。由于東部礦區地質賦存條件差、礦石性質復雜和難磨難選貧礦多，以及礦山工程組織困難等原因，致使東部礦區采選技術難度較大。為了緩解貧鐵礦開發利用的世界性難題，使過去不能工業利用的資源得以充分利用，鞍鋼礦業創造性地采取五品聯動礦冶工程管理模式，建成了世界特大型貧鐵礦區(鞍山東部礦區)，提高了資源利用率，取得了巨大經濟效益和社會效益，實現了跨越式發展。

1 五品聯動礦冶工程管理模式提出的背景

以提高精礦品位為核心，統籌考慮礦石地質品位、采出品位、入選品位、精礦品位、入爐品位(簡稱五品)，實現以勘促采、以采保選、以選帶采、多選少冶的管理模式，簡稱五品聯動礦冶工程管理模式。

(1)保障國家經濟安全的需要。鐵礦石是工業化最基礎原料之一。中國是世界第4大鐵礦資源國，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%。上世紀末精礦品位62.5%，生產成本高于進口礦價的51%，全國資源利用率僅7.6%，“采礦不如買礦”成為業內主流思路。2000年以來國內鋼鐵需求旺盛，進口鐵礦石量價同步攀升，10年多支出原料成本近2萬億元，導致鋼鐵全行業虧損，嚴重威脅國家經濟安全。鞍鋼集團礦業公司創造性地采取五品聯動礦冶工程管理模式，成功解決貧鐵礦開發利用的世界性難題，使過去不能工業利用的資源得以充分利用，對我國增加自產礦比例，提升鐵礦石談判話語權，抑制進口礦價格具有重大意義。

(2)滿足鞍鋼煉鐵原料自給的需要。鞍鋼最重要的競爭優勢就是擁有雄厚的鐵礦資源，但隨著鋼鐵產能的增加，礦山生產能力不足的問題已成為制約鞍鋼生產和發展的瓶頸。預計到2015年，鞍鋼鐵產量將達到2 450萬t，如不實施東部礦區建設項目，鞍鋼礦山自產鐵精礦產量到2015年將降到1 200萬t，鐵精礦自給率僅為30%左右，鞍鋼的資源優勢將大大削弱，國內外競爭力非但得不到提升，反而會受到極大的損害。因此，通過五品聯動管理實踐，加快礦山建設，保持鐵礦生產能力的穩定和提高，是滿足鞍鋼和礦山發展的重大而緊迫的戰略舉措。

(3)推動鞍鋼礦業戰略發展的需要。鞍鋼礦業是地方經濟發展的支柱企業，但“十五”期間，受技術、成本及外部因素制約，鐵礦山開發建設滯后，產能迅速下降，連續10年嚴重虧損。為盡快扭轉局面，鞍鋼礦業提出“兩步跨越”的資源發展戰略，制定了國內規模最大的礦山總體建設規劃，共安排重點礦山建設項目32項，規劃目標:2015年鐵礦石產能超1億t，2020年超2.3億t，控制資源320億t，建設世界級鐵礦山企業，增強與國際礦業巨頭抗衡能力，提升鐵礦石定價主動權。如此龐大的鐵礦山項目集中建設，必須有一套科學系統的工程技術管理方式方法。鞍鋼礦業通過推進五品聯動礦冶工程管理模式創新，為大規模礦山建設提供了可靠的技術攻關和工程組織模式，保證了資源發展戰略的順利實施。

(4)實施鞍山東部礦區建設的需要。實施鞍山東部礦區建設工程是鞍鋼礦業發展戰略的核心內容。東部礦區是世界資源量最大、賦存條件最差、難選礦種類最多的特大型貧鐵礦區。東部礦區擁有鐵礦石資源量172億t，礦床發現80年一直未大規模開發，主要原因:一是采礦難度大，礦巖互層、多采空區、鉆爆性差;二是選礦難度大，礦物組成復雜、嵌布粒度細、粒度不均勻、礦石品位低、破碎磨礦難;三是工程組織難度大，地形復雜、礦石類型多、采區部位散。此類資源國內外尚無技術和工程管理經驗可供借鑒。“十五”期間鞍山東部礦區礦石產量徘徊于1 000萬t/a，精礦品位63.5%，成本比售價高30%以上，經營舉步維艱。鞍鋼礦業通過創建五品聯動礦冶工程管理模式，成功解決了鞍山東部礦區開發利用的技術問題和工程組織難題，實現了東部礦區大規模高效開發，促進了鞍鋼資源優勢的發揮。

2 五品聯動礦冶工程管理模式創新內涵

鞍鋼礦業以復雜系統理論為指導，以鞍山東部礦區建設工程為依托，以實現整體效益最大化為目標，突破“采、選、冶”工藝獨立優化思維定式，將礦山生產勘查、采礦、配礦、選礦、冶煉五大環節整體優化(圖1)，以提高精礦品位為核心，五品統籌考慮形成了五品聯動礦冶工程管理模式。提出“點突破、線聯動、面拓寬”遞進式工程建設思路:以技術攻關實現關鍵環節點突破，確保工序指標最佳;以工程管理實現工序間線聯動，確保系統效率最高;以全礦區指標整體優化實現面拓寬，確保效益最大。基于這一模式，鞍鋼礦業組織實施了鞍山東部礦區重大技改工程，建成了世界最大貧鐵礦區，礦山產量規模、工藝技術、經濟和社會效益實現了歷史性突破，成為我國鐵礦資源開發的典范。

圖1 五品聯動動態優化系統

3 五品聯動理論模型建立

3.1 研究理論方法

五品聯動管理以系統論為理論依據，采用系統工程方法，同時依據扣除前序費用理論和邊際效用理論，采用邊際分析方法和多目標決策數學方法，編制決策支持系統。

(1)系統工程理論。現代礦山生產涉及多個生產環節，環環相扣，構成一項復雜的系統工程。一是復雜性，包括賦存條件、技術、工程、經濟、政策等諸多因素;二是動態性，各個子系統間存在動態聯系，單個系統變化引起整個系統變化;三是開放性，受外部條件的影響而變動。如礦產品市場價格的變動，地質、采礦、選礦、球團、燒結等技術進步，都將使系統發生變動。

(2)扣除前序費用理論。當降低地質品位時，可將表外礦乃至超貧礦劃歸表內礦，則要回收利用它們可不再耗費鑿巖、爆破等費用，因為即使不回收利用它們，也要把其爆破并運到廢石場去。

(3)邊際效用理論。當產量不變，單位成本最低，效益最大。當產量變動時，按經濟學的邊際分析方法分析，應是邊際成本等于邊際收益時效益最大。

(4)多目標優化決策理論。經濟效益最高的方案，不一定是資源回收效益最好的方案。只有通過多目標優化決策，兼顧兩者，達到相對最佳經濟效益和相對最佳資源回收效益，才是合理的五品聯動管理。

3.2 模型建立

以地質品位、采出品位、入選品位、精礦品位、入爐品位為決策變量，以開采、洗選、冶煉過程總成本(F)控制為目標，可以建立用以描述五品聯動管理的數學模型

式中，ti為各環節產量;fi(pi，pi+1)為各環節對應的成本，pi為各環節對應的品位。

4 基于五品聯動理論的創新實踐

4.1 以技術攻關實現關鍵環節點突破

鞍鋼按五品聯動管理思路，針對東部礦區開展技術攻關，建立三大工程技術系列。

(1)建立貧磁鐵礦提鐵降硅技術系列。從2000年開始，鞍鋼在國內率先開展了“提鐵降硅”攻關，突破單一鐵品位評價模式，把鐵精礦質量擴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、配礦等環節工藝參數，逆推工序至采礦源頭;通過分采分運將采出品位提至28.2%;通過高效預選將入選品位提至29%;采用陽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系列，指標達到世界領先水平，開創國內磁鐵精礦陽離子反浮選提鐵降硅先例，已應用于國內外10余個大型礦山。

(2)建立“三力場四流程”貧赤鐵礦選礦技術系列。鞍山東部礦區資源是公認的難選礦。鞍鋼確定了“磁選保收率、反浮選提品位、重選降成本”技術路線，建立了“三力場四流程”貧赤鐵礦選礦技術系列。即將重力、磁力、浮力有機結合，形成獨特的多力場聯合選礦工藝。研發了“階段磨礦—粗細分選、極貧赤鐵礦濕式預選、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。針對4類難選礦石，分別開發出“階段磨礦—粗細分選、重選—磁選—陰離子反浮選”，“自磨—強磁預選、階段磨礦、重磁浮聯合分選”，“階段磨礦—粗細分選、重選—磁選—分步浮選”，“浮尾強磁—再磨—強磁—反浮選”四大選礦工藝流程，攻克了東部礦區貧赤鐵礦利用技術瓶頸。

(3)建立露天礦與地下礦協同開采技術系列。針對鞍山東部礦區存在多礦體、多采場、多采區、多空區、多中段同時開采及露天轉地下過渡開采等問題，從礦山開采對巖體破壞與穩定的內在實質出發，分析了在復雜邊界條件下的開采擾動與巖體溫度場、滲流場、應力場、損傷場等相互耦合作用機理，建立了礦山時空反演技術理論，研發了礦產資源露天與井下協同開采技術，解決了鞍山東部礦區復雜礦體條件下資源開采技術難題，實現了礦山安全、高效、低成本開采技術的突破。

4.2 以工程管理實現工序間線聯動

鞍山東部礦區地形復雜、礦石類型多(4種類型)、采區部位散(6個采區、11個采礦部位)，工程組織難度異常大。鞍鋼有針對性地建立了“大區域開采、網絡化配礦、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)大區域開采。“十五”初期，鞍山東部礦區呈現單個礦山小規模開采的局面，造成周邊環境的嚴重破環和資源的極大浪費，形成的采空區給后續安全開采帶來了重大隱患。鞍鋼制定了東部礦區總體開發方案，將齊大山、許東溝、啞巴山、西大背、砬子山、關寶山等6個采區統籌規劃，科學開采，實現了東部礦區大規模區域化、安全高效開采。

(2)網絡化配礦。根據礦巖及品位高低分布情況，在采場按區域采取了分鉆、分穿、分爆、分裝、分運的“五分法”生產管理方式，大大提高了礦石回采率和采出品位。按照分類配送的原則，將不同采區的同類礦石分別送相對應選廠，形成17條礦巖膠帶運輸系統，形成了平面與空間交叉的立體運輸網絡，實現了“區區相連、采選互通、整體聯動”。

(3)差異化分選。按礦石種類進行差異化選礦，大大提升選礦能力和精礦質量。調軍臺選廠采用“階段磨礦、粗細分選、重—磁—陰離子反浮選”處理細粒浸染狀赤鐵礦;齊大山選廠采用“階段磨礦、粗細分選、重—磁—陰離子反浮選—浮尾再選”工藝處理低品位細粒赤鐵礦;鞍千選廠采用“濕式預選—階段磨礦、粗細分選、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、設計、管理、施工、運行五位一體工程組織方式，實現工程全生命期一體化和集成化管理。工程組織實施分級管理。決策層負責項目重大和關鍵問題的決策;管理層對工程項目規劃、設計、施工、試車、驗收進行全面管理;執行層執行具體和工程管理與建設任務。在職能上，縱向以項目管理為主，橫向以專業管理為主，形成矩陣式管理架構，并通過項目決策組、技術創新室、職工攻關隊等有效形式發揮管理人員、專業技術人員和一線職工的積極性，實現了全員管理的目標。

(5)信息化保障。鞍鋼高起點、高標準推動信息化與工程建設和管理工作的深度融合，先后建設了GPS智能調度系統、GIS礦山地質信息系統、視頻監控系統以及預算管理、安全管理、設備點檢、工程管理等專業管理系統，形成了鞍鋼礦山管理系統(簡稱AMS)。AMS系統為實施五品聯動管理提供了信息化手段支撐，促進了企業整體效率的革命性提升。

4.3 以全礦區整體優化實現面拓寬

五品聯動管理將礦山生產地、采、配、選、冶五大環節經濟技術指標整體優化，為制定合理的生產經營計劃、提高技術管理水平和經營效益提供有力的決策支持。

通過持續攻關，2012年鞍山東部礦區采礦能力達3 300萬t，精礦品位提至67.5%，達到世界一流水平，成本520元/t，低于進口礦價46%，年創效益36億元，成為生產規模大、產品質量高、經濟效益好的世界特大型貧赤鐵礦區。東部礦區開發為我國全面開發貧鐵礦提供了可推廣的技術與工程管理模式。

5 結語

(1)實現礦山效益最大化，應以系統理論和邊際效用理論為指導。將五大環節整體動態優化，統籌考慮礦石地質品位、采出品位、入選品位、精礦品位、入爐品位，實現以勘促采、以采保選、以選帶采、多選少冶，形成了五品聯動礦冶工程管理模式。

(2)工程是技術的集合，開發特大型貧鐵礦礦區的前提是突破技術瓶頸。鞍鋼礦業五品聯動管理，建立了三大工程技術系列，影響最大的是鞍山式貧赤鐵礦技術攻關和貧磁鐵礦提鐵降硅技術攻關，對冶金礦山行業發展起到了決定性作用。

(3)特大型復雜礦區建設須建立科學系統的工程組織模式。鞍山東部礦區“點突破、線聯動、面拓寬”遞進式工程建設思路，以及“大區域開采、網絡化配礦、差異化分選、全員化管理、信息化保證”的新的工程組織模式，解決了復雜礦區工程組織難題。

(4)國內冶金礦山應以提高資源自給率為目標，在突破技術和工程組織難題的基礎上，加快自有資源開發，平抑進口礦價格，保障中國鋼鐵工業的安全健康發展。

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