鋁土礦“四分”工藝可采決策模型及關鍵技術研究

吳定洪，邵國君，鄧 榮，王曉陽，邰志清，董玉芳

(1.國家電投集團貴州遵義產業發展有限公司， 貴州 遵義市 564305；2.天地(常州)自動化股份有限公司， 江蘇 常州市 213015)

0 引 言

為了保證鋁土礦最大限度地保持礦石的原始特性，降低礦石的貧化率，提出了“四分”工藝開采技術，即按照鋁土礦不同的品位區間進行分采、分運、分裝、分儲，以提高鋁土礦的高效開采。鋁土礦石的品位分為3個區間，其中高品位區AL/SI≥8.0；中間品位8.0>AL/SI≥7.0，7.0>AL/SI≥6.0，6.00>AL/SI≥5.0；低品位區5.0>AL/SI≥3.8，AL/SI<3.8，其中高品位礦石按含硫量分為高品高硫、高品低硫進行分區存儲。

“四分”工藝開采技術是充分利用數字化技術的適時品位檢測、信號傳輸等技術手段實現分采、分運、分裝、分儲等功能，保證礦石原生態，避免了由于無序開采造成礦石混合而導致礦石質量大幅下降。

1 分采概述

“四分”法的核心就是分采，只有實現了不同品位礦石的分采，才能保證礦石的原生狀態，充分利用分運、分裝技術送至氧化鋁場地進行分儲。最后利用數字化配礦模型進行礦石智能化配礦，達到礦石最大化利用，獲取最大效益。

分采的含義是在回采前通過采樣化驗對工作面礦石品位進行確認，并按照不同的品位區間在工作面斜長上劃分為若干開采區段。根據不同品位區間的實際參數調整采礦機等設備的運行參數，制定當期工作面開采方案，回采時對不同品位區間礦石進行分采與控制，實現從回采工作面到地面礦倉聯動運行與控制。在推采過程中利用快速光譜檢測手段適時檢測工作面不同開采區間礦石品位變化情況，并與滴定化驗結果進行比對。若偏差較大時需及時向地面生產調度指揮中心匯報，并及時變更開采方案。

2 分采工藝研究設計

(1) 礦石開采前進行礦石品位采樣分析(采用刻槽取樣或快速品位檢測儀表)，建立礦石采樣分析數據表；

(2) 三維采礦軟件根據采樣分析數據表建立礦石品位三維模型(選擇符合需求的三維采礦軟件)；

(3) 開采前技術人員根據工作面品位三維模型(軟件可對選取范圍加權計算礦石的綜合品位)，并結合工作面實際情況，制定工作面開采方案。開采方案包含文字類說明(技術人員錄入)以及礦石開采品位分段圖，開采方案經總工程師審核后通過平臺發布給管理和作業人員對方案進行學習；同時礦石開采品位分段圖的分段位置、分層位置的相對坐標傳輸至分采監控軟件。

(4) 作業人員在開采前對開采方案進行查驗后操作采礦機進行采礦，分采監控軟件實時讀取采礦機的位置、搖臂高度等相關信息，軟件自動判斷當前開采礦石的品位信息；當采礦機行進至分段區域時，發出采礦機牽引閉鎖命令，一段時間(約30 s，可修正)后解除閉鎖繼續牽引采礦。

3 礦石品位檢測手段研究

實現工作面不同品位礦石的分采首先必須要做好工作面礦石的采樣化驗、分析，準確掌握工作面礦石品位分布情況，并依此制定可行的工作面開采方案。因此，對工作面礦石初始品位的化驗非常重要。結合鋁土礦石物理、化學性質和綜采工藝的特性，采用“刻槽取樣法”進行工作面礦石采樣化驗、分析，最大限度的掌握礦石賦存的品位。并配以“快速光譜檢測手段”進行輔助，確保礦石品位結果的準確性。

3.1 刻槽采樣研究

采樣范圍：采礦前根據采面傾斜長度，在當前工作面中按礦石明顯變化標識劃分若干塊段，按所采樣品的加權平均值作為該段的初始礦石品位。若工作面礦石質量較為均勻或無明顯變化，則按20 m間距均勻布置采樣點進行采樣。

采樣間距：樣品采集在采面分段中進行，按20 m(暫定)間距采取；若分段長度小于10 m，則采取1件樣品。

采樣規格：樣品采集利用機械刻槽，要求槽邊整齊，深度一致，樣槽垂直布置(采礦體鉛厚)，規格為10 cm×5 cm或10 cm×3 cm，如圖1所示。

圖1 刻槽采樣

樣品送檢：工作面刻槽采集的樣品必須立即包裝并貼上明確標識，立即派專人乘坐交通工具送交地面化驗室進行處理。

3.2 快速檢測研究

通過對國內外礦石品位快速檢測技術的初步調研和了解，選取了國外便攜式X熒光分析儀對鋁土礦礦樣進行實驗室分析對比。采集了瓦廠坪鋁土礦、大竹園鋁土礦井下工作面多組不同品位的礦樣，分別用不同的手持儀對鋁土礦樣中的Al2O3、SiO2、Fe2O3、S四種元素含量進行測定。

經過多次實驗，初步取得了較理想的檢測結果，對實驗室加工后礦粉中的Al2O3、SiO2元素含量測定的平均誤差控制在5%左右，對未加工的塊狀礦樣中Al2O3、SiO2元素含量測定的平均誤差控制在10%左右。

礦石品位快速檢測儀所使用的數據格式為Excle/Csv，可通過USB數據線/藍牙/U盤/無線網絡等方式將數據讀取出來。

4 采礦設計軟件功能研究

項目中主要選用較為成熟的三維采礦設計軟件，其具備地質建模、地測數據導入、品位模型、采礦設計、繪圖打印等基本功能，另外需要為鋁土礦的分采進行功能定制開發。

(1) 根據分采工作面的礦石品位化驗結果，生成生產采樣的分析模型。對采樣模型進行分析處理，輔助工程師根據礦石品位最優策略制定開采方案，開采方案以文字、圖形等形式展現。

(2) PC機等辦公工具能根據客戶權限登陸軟件平臺，查看分采方案的相關內容。軟件的塊體模型能顯示相關位置的塊體信息，表達品位變化。

(3) 三維礦業軟件能獲取采礦機位置信息并實現工作面推進情況的聯動展示。具有工作面推進距離人為修訂功能，以便于采掘計劃及開采方案的動態制定。

5 監控軟件主要功能研究

(1) 采集三維采礦軟件的礦石品位分段分層相對位置信息，建立工作面開采模擬圖型界面。

(2) 采集采礦機的運行狀態、運行位置、搖臂高度等相關信息，建立采礦機狀態的組態圖形界面。

(3) 根據采礦機信息、工作面開采模擬圖形界面，判斷得出當前開采礦石的品位信息。

(4) 具有根據位置信息判斷發出閉鎖命令的功能。

(5) 具有采/掘聯動的多種控制策略(見圖2)。

“回采優先”策略：優先采礦機采礦，掘進機等待，當采礦機運行時，實現掘進機閉鎖，確保采礦機運行時礦石的及時運輸。

“掘進優先”策略：優先掘進機掘進，采礦機等待，當掘進機運行時，實現采礦機閉鎖，確保掘進機運行時掘進礦石的及時運輸。

“采掘聯動”策略：兩種設備可同時工作，當采礦機與掘進機所采礦石的品位在可混料范圍內時，允許兩種設備同時工作。

(6) 存檔功能，能夠將現場運行歷史數據、報警信息等存入數據庫，以便于隨時進行歷史數據查詢。

(7) 具有權限管理功能，系統操作方便，使用簡單，對操作員設有權限管理。

(8) 軟件具有標準的信息集成接口及協議，能實現與綜合管控平臺的集成，通過權限發布，可使不同權限的各類管理人員了解分采系統的各類信息。

圖2 采掘策略

6 結 語

對分采工藝方案進行研究，梳理了整個分采方案的工藝流程，可應用采礦機實現鋁土礦石按照品位區間的分段分層開采；礦石品位檢測的研究為分采提供了準確的礦石品位分段、分層數據，為三維建模、技術人員制定方案提供了數據基礎，采礦設計軟件的研究為分采提供了圖形化的工具，通過采礦設計軟件使開采方案的制定，工作面的分段、分層，開采方案的演示更加效率便捷，監控軟件的研究為分采提供了系統之間的集成，實現了采礦機的監測、開采方案集成，多種聯動控制策略的保障，為分采方案的運行提供了全過程的監控。該研究能保障分采方案的執行，實現最大限度的保持礦石的原始特性和降低礦石的貧化率，促進鋁土礦石的最大化利用，同時在鋁土礦山采用四分工藝開采與礦井綜合自動化系統相結合，可顯著提高礦井的生產效率、管理水平，最終實現機械化、自動化的目標。

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