大型復(fù)雜露天鐵礦提高入選礦石質(zhì)量實(shí)踐

李銀霞 吳 磊

(1.包鋼集團(tuán)礦山研究院有限責(zé)任公司；2.內(nèi)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(diǎn)：①礦區(qū)地層強(qiáng)烈褶皺變質(zhì)，斷裂發(fā)育，巖漿巖種類繁多，呈多期次侵入，地質(zhì)條件復(fù)雜；②據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)資料，礦山開采境界內(nèi)鐵礦體劃分出11個(gè)主礦體，102個(gè)附屬礦體，礦體交錯(cuò)，總體呈條帶狀分布于2-48線采場內(nèi)的向斜兩翼及核部，礦體賦存復(fù)雜；③礦石成分復(fù)雜，組成元素多達(dá)71種；④礦物組成復(fù)雜，礦物種類多達(dá)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(yán)重，爆破難易程度差別大；⑥礦山采用自有大型設(shè)備(10～29 m3電鏟)和外委小型設(shè)備(2～4 m3挖掘機(jī))分臺階、分爆區(qū)共同生產(chǎn)模式，采剝總量大，作業(yè)設(shè)備種類繁多；⑦采用陡幫組合臺階同時(shí)開采，作業(yè)爆區(qū)多，巖性、質(zhì)量差別大，生產(chǎn)工藝復(fù)雜。

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

1 影響入選礦石質(zhì)量因素

礦山選礦廠對原礦指標(biāo)的要求有：入選品位和穩(wěn)定率、不同性質(zhì)的礦石配比、雜質(zhì)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(jīng)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(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)依據(jù)地質(zhì)資料計(jì)算出境界內(nèi)礦石的平均品位。入選品位一般是選礦廠建設(shè)之初，礦山依據(jù)資源條件、采選工藝、采選成本、產(chǎn)品售價(jià)等因素綜合確定的，且呈動(dòng)態(tài)變化。為滿足客戶需求和適應(yīng)市場變化，通常入選品位為一個(gè)區(qū)間，如該礦山TFe入選品位為(28±2)%。為完成計(jì)劃產(chǎn)量目標(biāo)，避免超產(chǎn)形成庫存及產(chǎn)量波動(dòng)造成選礦流程的不必要調(diào)整，需要入選品位在設(shè)計(jì)區(qū)間內(nèi)相對穩(wěn)定，杜絕出現(xiàn)斷崖式波動(dòng)。

1.2 不同性質(zhì)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(shí)間單獨(dú)進(jìn)行選礦試驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1 不同類型礦石選礦試驗(yàn)結(jié)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(chǎn)品；兩種類型礦石的選礦比和回收率結(jié)果差別也較大。因此為保證鐵精礦產(chǎn)品質(zhì)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(jìn)行合理配礦。

1.3 雜質(zhì)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(chǎn)品質(zhì)量的雜質(zhì)主要是S。地表含 S 0.01%～0.20%，深部達(dá) 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(jù)產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)保要求，鐵精礦脫硫工作被列為公司重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。生產(chǎn)實(shí)踐表明，鐵精礦硫含量與原礦硫含量呈非線性關(guān)系，甚至出現(xiàn)反富集現(xiàn)象。目前鐵精礦硫含量最高可達(dá)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(guān)鍵在于穩(wěn)定入選礦石雜質(zhì)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(guān)鍵指標(biāo)。入選礦石塊度要求：

(1)杜絕超標(biāo)大塊(≥1 m)。大塊入破時(shí)，對破碎機(jī)橫梁產(chǎn)生巨大沖擊，容易引起橫梁結(jié)構(gòu)松動(dòng)，甚至變形脫落。大塊卡在橫梁處，需要用碎石機(jī)進(jìn)行破碎處理，影響入破效率，導(dǎo)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(dòng)，對整體系統(tǒng)設(shè)備形成沖擊。

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

通過以上分析，該礦山若想提高入選礦石質(zhì)量，需做到3點(diǎn)：一是合理配礦；二是加強(qiáng)配礦計(jì)劃的執(zhí)行力；三是改善爆破質(zhì)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(zhì)量措施

2.1 采用科學(xué)方法合理配礦

交叉中和配礦的關(guān)鍵是爆堆質(zhì)量的預(yù)測和設(shè)備的調(diào)度[3]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，多數(shù)礦山配礦已由傳統(tǒng)的人工配礦轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)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(chǎn)的配礦約束條件，求出最優(yōu)解。該礦山在設(shè)置約束條件時(shí)，借鑒了準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)原理，采取流程調(diào)研、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等方法，求出約束條件最優(yōu)值。配礦分3個(gè)階段：

(1)配礦預(yù)計(jì)劃。該計(jì)劃是建立在礦山中長期計(jì)劃上，用于粗略預(yù)測計(jì)劃期內(nèi)的質(zhì)量指標(biāo)情況，使用的數(shù)據(jù)為礦山原始地質(zhì)數(shù)據(jù)庫[4]。將數(shù)據(jù)結(jié)果于設(shè)計(jì)質(zhì)量指標(biāo)對比，以及時(shí)作出戰(zhàn)略性調(diào)整，做好質(zhì)量戰(zhàn)略規(guī)劃。

(2)配礦年計(jì)劃、月計(jì)劃。可采用礦山原始地質(zhì)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，或礦山生產(chǎn)勘探數(shù)據(jù)指導(dǎo)本年、本月的礦石質(zhì)量均衡。

(3)生產(chǎn)配礦計(jì)劃。采用的數(shù)據(jù)為即時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，即生產(chǎn)班計(jì)劃，需要提前取穿孔樣進(jìn)行流程試驗(yàn)，利用所得結(jié)果準(zhǔn)確配比。

2.2 加強(qiáng)配礦計(jì)劃執(zhí)行力

科學(xué)合理的配礦計(jì)劃需要真正落實(shí)才能發(fā)揮作用。該礦山具有配礦設(shè)備種類多、型號多、數(shù)量多、生產(chǎn)臺階跨度大、出礦點(diǎn)多、出礦位置狹窄、爆破質(zhì)量差別大等特點(diǎn)，配礦計(jì)劃執(zhí)行難度大。經(jīng)多年運(yùn)行，總結(jié)出該礦山執(zhí)行配礦計(jì)劃的關(guān)鍵過程，即在設(shè)置采場外配礦所需礦石堆置場的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)量、生產(chǎn)方式的控制。

2.2.1 生產(chǎn)設(shè)備的控制

生產(chǎn)設(shè)備控制包括設(shè)備效率和設(shè)備作業(yè)率兩方面。結(jié)合礦山生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，采取粗破碎集中入破的運(yùn)行模式提高相關(guān)設(shè)備效率和作業(yè)率。集中入破期間，粗破碎滿系數(shù)入料，設(shè)備效率提升，設(shè)備運(yùn)行時(shí)間減少，設(shè)備磨損和能量消耗降低，利用設(shè)備空閑時(shí)間進(jìn)行點(diǎn)檢、項(xiàng)修等工作，消除設(shè)備隱患。集中入破方式下，采裝設(shè)備1個(gè)班次只需切換1次巖性，但需要及時(shí)調(diào)整作業(yè)位置。為有效解決該問題，需要爆區(qū)生產(chǎn)礦巖具備下列條件：一是礦巖至少有 2種巖性，當(dāng)生產(chǎn)需要改變時(shí)能實(shí)現(xiàn)采裝設(shè)備就近移位，快速恢復(fù)生產(chǎn)；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(shè)計(jì)、保證爆破效果、降低混爆程度，方便采裝。

2.2.2 生產(chǎn)量控制

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

2.2.3 生產(chǎn)方式控制

生產(chǎn)方式的控制是為了控制好每一時(shí)刻的入破礦石質(zhì)量。一是全系統(tǒng)的質(zhì)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(chǎn)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(shè)備配備的運(yùn)礦車，根據(jù)需要固定某幾臺運(yùn)輸車及時(shí)運(yùn)輸?shù)V石保持破碎作業(yè)順利進(jìn)行，其余運(yùn)輸車將多余礦石運(yùn)輸至礦石堆置場；二是控制單臺設(shè)備質(zhì)量、效率或產(chǎn)量。礦石爆區(qū)可采用網(wǎng)格化作業(yè)，即質(zhì)檢人員依據(jù)炮孔化驗(yàn)數(shù)據(jù)，劃定5 m×5 m的網(wǎng)格，分清網(wǎng)格內(nèi)的礦巖性質(zhì)；以作業(yè)票和拍照片的方式記錄并指導(dǎo)設(shè)備操作及相關(guān)人員明確鏟裝位置礦、巖質(zhì)量及采裝方式，防止過界生產(chǎn)，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(shù)。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(shù)，充分利用爆破自由面和最小抵抗線原理增強(qiáng)爆破破碎作用。

(3)實(shí)施大規(guī)模爆破。大塊礦石產(chǎn)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(dòng)影響出現(xiàn)裂縫，與原巖體的節(jié)理裂隙構(gòu)成不規(guī)則的網(wǎng)狀。本次爆破時(shí)，前排巖體受沖擊力會(huì)直接脫落、拋擲，且?guī)r塊間不會(huì)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(shù)。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(nèi)大塊礦石的處理。原則是將所有大塊礦石在采場內(nèi)處理完成，在生產(chǎn)時(shí)必須將大塊挑揀出來，單獨(dú)擺放，由碎石機(jī)集中處理，電鏟或其他鏟裝設(shè)備集中鏟運(yùn)入破。保證處理完爆區(qū)下前方水平范圍內(nèi)的大塊礦石后再實(shí)施爆破。

3 實(shí)踐結(jié)果

通過上述措施的實(shí)施，該礦山入選礦石指標(biāo)有較大改善，近年入選礦石質(zhì)量見表3。

表3 近年入選礦石質(zhì)量 %

從表3可以看出，提高入選礦石質(zhì)量措施實(shí)施后，相關(guān)質(zhì)量指標(biāo)呈逐年向好趨勢。

4 結(jié) 論

針對大型復(fù)雜露天鐵礦的采礦特點(diǎn)和選礦要求，確定了影響選礦廠入選礦石質(zhì)量的因素：入選品位和穩(wěn)定率、不同性質(zhì)的礦石配比、雜質(zhì)含量和穩(wěn)定率、入選礦石塊度，并將配礦過程劃分為3個(gè)階段，生產(chǎn)過程中要根據(jù)各階段要求，編制科學(xué)合理的配礦計(jì)劃，可通過控制生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)量、生產(chǎn)方式提高配礦的執(zhí)行力，并結(jié)合提高爆破破碎度等措施，提高入選礦石質(zhì)量。該方法無需增加費(fèi)用，具有成本低、操作簡便、實(shí)用性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣等諸多優(yōu)點(diǎn)，具有較好的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。