淺談現(xiàn)代礦山選礦廠工程設(shè)計(jì)的理念和方向

馬慶軍

（山西中條山工程設(shè)計(jì)研究有限公司，山西 運(yùn)城 043700）

經(jīng)濟(jì)社會(huì)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)τ诘V產(chǎn)資源的需求量是非常大的，作為國民經(jīng)濟(jì)中的重要產(chǎn)業(yè)，礦山行業(yè)每年為國家貢獻(xiàn)了巨大的財(cái)富。伴隨著我國戰(zhàn)略目標(biāo)的調(diào)整，礦山行業(yè)在長(zhǎng)期的發(fā)展過程中已然突破了傳統(tǒng)發(fā)展的發(fā)展模式限制，新的發(fā)展理念和模式加快了礦山行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。現(xiàn)代礦山發(fā)展中，對(duì)于選礦廠的工程設(shè)計(jì)也提出了新的要求，各個(gè)選礦廠都應(yīng)該充分從自身的實(shí)際情況出發(fā)，加強(qiáng)先進(jìn)機(jī)械設(shè)備的配置，通過科學(xué)的工程設(shè)計(jì)來提高選礦廠的機(jī)電化水平，用機(jī)電化帶動(dòng)現(xiàn)代化。

1 新時(shí)期礦業(yè)選礦工程設(shè)計(jì)理念的轉(zhuǎn)變

在礦產(chǎn)工程項(xiàng)目的實(shí)施過程中，選礦廠工程設(shè)計(jì)是其中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)是否合理將會(huì)關(guān)系到礦產(chǎn)開發(fā)和利用，對(duì)行業(yè)發(fā)展具有重要的意義。近年來，伴隨著技術(shù)的日漸成熟，在礦山行業(yè)中的選礦工藝越來越先進(jìn)，各種功能多樣的選礦設(shè)備已經(jīng)在很多的選礦廠中得到了有效的配置，原礦貧、細(xì)、雜的處理，尾礦、冶煉中間產(chǎn)品再利用等已然取得了一定的發(fā)展成就[1]。但因?yàn)榈V山行業(yè)屬于高污染、高排放的產(chǎn)業(yè)，而國家在近年來的發(fā)展中，對(duì)于排放標(biāo)準(zhǔn)提出了越來越高的要求，再加上環(huán)保政策、安全標(biāo)準(zhǔn)的陸續(xù)出臺(tái)，傳統(tǒng)選礦廠的工程設(shè)計(jì)理念顯然已經(jīng)不適用了，因?yàn)閭鹘y(tǒng)選礦廠的工程設(shè)計(jì)理念相對(duì)落后，選礦廠選礦作業(yè)中的成本支出較大，一些限制性因素的存在嚴(yán)重影響了選礦廠生產(chǎn)效率和效益的提升，而現(xiàn)代化的工程設(shè)計(jì)理念和方法應(yīng)用，完全符合當(dāng)下可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求，推進(jìn)了行業(yè)進(jìn)步。隨著國家政策、行業(yè)規(guī)范的不斷引導(dǎo)，礦山工程設(shè)計(jì)規(guī)范和原則日漸完善和提高，各個(gè)選礦廠都引入了新的設(shè)計(jì)思路，“高效、安全、健康、環(huán)保”是當(dāng)前及未來的主要方向。

在上世紀(jì)八十年代，破碎設(shè)備作為選礦廠中的重要設(shè)備，呈現(xiàn)出大型化的發(fā)展趨勢(shì)，破碎設(shè)備的這一發(fā)展趨勢(shì)使得破碎產(chǎn)品粒度大大減小，磨礦中的電能損耗有所降低，達(dá)到了“多碎少磨”的目標(biāo)。在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下，前蘇聯(lián)使用的是2200mm慣性圓錐破碎機(jī)，美國使用的是2100mm超細(xì)碎圓錐破碎機(jī)，在我國，江西德興銅礦選礦廠采用的是2100mm超重型圓錐破碎機(jī)，處理能力非常高[2]。伴隨著我國工藝的日漸進(jìn)步，我國選礦廠破碎機(jī)的破碎能力有所改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了一定的自動(dòng)化處理，簡(jiǎn)化了破碎處理的流程，整體的處理效率較高，自磨、半自磨、半自磨+球磨工藝都得到了一定的發(fā)展，取得了一定的發(fā)展成就，在一些中大型的選礦項(xiàng)目中，這些工藝都有著一定的應(yīng)用。在重選廠中，窄級(jí)分級(jí)、多段磨礦、流膜選礦工藝、多層搖床等都得到了一定的應(yīng)用，而在浮選設(shè)計(jì)中，串支分流、載體浮選、絮凝浮選等都得到了極為有效的利用。總之，雖然選礦廠中的各種工藝設(shè)計(jì)日漸發(fā)展，但這些工程設(shè)計(jì)并不完全符合當(dāng)下“高效、安全、健康、環(huán)保”的發(fā)展趨勢(shì)。

“高效、安全、健康、環(huán)保”工程設(shè)計(jì)在選礦廠中的應(yīng)用，徹底突破了傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)理念的局限，與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路相比，無論是設(shè)計(jì)內(nèi)容和工藝方面，都更具實(shí)用性和可行性。當(dāng)前的發(fā)展條件下，在項(xiàng)目實(shí)施的初期階段，有關(guān)設(shè)計(jì)人員就將環(huán)保、安全和健康的理念充分融入到了項(xiàng)目全過程中，依據(jù)環(huán)境保護(hù)和安全標(biāo)準(zhǔn)的總體設(shè)計(jì)思路，選礦廠工程設(shè)計(jì)更為合理與科學(xué)，與“高效、安全、健康、環(huán)保”的理念相符合，這些新的設(shè)計(jì)理念下，選礦廠的設(shè)備設(shè)施性能和功能都有所增強(qiáng)，有效減輕了選礦時(shí)對(duì)環(huán)境造成的嚴(yán)重污染，降低了各類選礦設(shè)備的安全風(fēng)險(xiǎn)，具有環(huán)保性和安全性的特點(diǎn)。

2 現(xiàn)代礦山選礦廠工程設(shè)計(jì)理念轉(zhuǎn)變的重要意義

2.1 提高生產(chǎn)效率

隨著信息時(shí)代的到來，各種新型技術(shù)日漸出現(xiàn)且被應(yīng)用在各行各業(yè)中，尤其是在礦山選礦領(lǐng)域，隨著礦山資源需求的增加，各個(gè)礦山選礦廠的生產(chǎn)任務(wù)都有所擴(kuò)大，在選礦任務(wù)日漸艱巨的過程中，傳統(tǒng)選礦廠的工程設(shè)計(jì)弊端逐步暴露，而新工藝和技術(shù)在選礦廠工程設(shè)計(jì)中的利用，提高了選礦廠中的整體生產(chǎn)效率[3]。選礦廠的各項(xiàng)選礦作業(yè)開展中，對(duì)于各種機(jī)電設(shè)備的依賴性非常大，而新的工程設(shè)計(jì)理念下，在選礦廠生產(chǎn)系統(tǒng)中融入了信息技術(shù)，在一些環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化，也就提高了整體的生產(chǎn)效率。選礦廠在最初的出現(xiàn)階段，因?yàn)楣に嚰夹g(shù)比較落后，使得其多以人工選礦為主，而現(xiàn)代化的發(fā)展條件下，機(jī)械化、自動(dòng)化成為了主要的方向，不僅突破了傳統(tǒng)人工作業(yè)的限制，減少了人工工作量，還大大提升了生產(chǎn)效率，為選礦廠創(chuàng)造了更高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2.2 提高生產(chǎn)安全系數(shù)

礦產(chǎn)資源的開發(fā)和利用中，選礦流程尤為重要，這一流程執(zhí)行的過程中同樣伴隨著諸多的安全風(fēng)險(xiǎn)，增大了整個(gè)作業(yè)中的安全事故發(fā)生幾率。因此，現(xiàn)代礦山選礦廠的工程設(shè)計(jì)理念轉(zhuǎn)變，同樣提高了選礦廠的生產(chǎn)安全性，即使是大規(guī)模的選礦作業(yè)，也可以由機(jī)械和人工選礦的有效配合來完成相應(yīng)的目標(biāo)，因?yàn)樵诖诉^程中人員的參與度相對(duì)較低，也就使得其工作量有所減少，生產(chǎn)安全性有所保障[4]。總之，現(xiàn)代礦山選礦廠的工程設(shè)計(jì)中，機(jī)械化和自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的人工作業(yè)模式，為人員創(chuàng)造了相對(duì)安全的選礦環(huán)境和條件，再加上各種監(jiān)控系統(tǒng)和設(shè)備的配備，使得在選礦的過程中可以實(shí)現(xiàn)全過程、全方位的監(jiān)控，也就可以幫助有關(guān)人員快速識(shí)別出選礦過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)向有關(guān)模塊發(fā)送相應(yīng)的安全預(yù)警信息，在接收到安全問題反饋以后，立即根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況來進(jìn)行相應(yīng)的安全處理，在最短的時(shí)間內(nèi)制定了應(yīng)急預(yù)案。

2.3 有效降低環(huán)境污染

礦產(chǎn)資源本身就是一種高能耗、高污染的資源，尤其是在各種礦產(chǎn)資源的選礦和冶煉過程中，都伴隨著一定的污染物質(zhì)排放，造成的環(huán)境污染問題非常嚴(yán)重。現(xiàn)代礦山選礦廠的工程設(shè)計(jì)更新，有效降低了環(huán)境污染，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)過程中采用了環(huán)保節(jié)能的設(shè)計(jì)理念，再加上新型工藝、設(shè)備的使用，有效減弱了選礦廠現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境污染。傳統(tǒng)的選礦廠工程設(shè)計(jì)下，選礦作業(yè)實(shí)施中存在著水污染、空氣污染、地磁輻射污染和噪音污染等諸多的問題，給礦產(chǎn)資源的開發(fā)和利用帶來了極為嚴(yán)重的后果，不利于可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的推進(jìn)[5]。而現(xiàn)代礦山選礦廠工程設(shè)計(jì)理念的改變下，有效緩解和降低了環(huán)境污染。

3 現(xiàn)代礦山選礦廠工程設(shè)計(jì)方法

3.1 CAD技術(shù)

當(dāng)前的現(xiàn)代礦山選礦工程設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)方法存在著效率低下、誤差過大的特點(diǎn)，為符合現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢(shì)，CAD技術(shù)是一種新的、廣受人們青睞的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)技術(shù)。專業(yè)從事選礦廠設(shè)計(jì)的相關(guān)人員，在具體的設(shè)計(jì)過程中，通過專門計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)的利用，就可以結(jié)合選礦廠的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，利用CAD軟件的相關(guān)功能來完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)分析、工程分析、文檔繪圖和制作，有效實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的一體化與模塊化。當(dāng)前，隨著CAD技術(shù)的日漸發(fā)展，一些設(shè)計(jì)人員在CAD技術(shù)的應(yīng)用過程中，還逐步形成了CAPP系統(tǒng)，這一系統(tǒng)應(yīng)用以后，就在整個(gè)的選礦廠設(shè)計(jì)中，通過編程，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)內(nèi)產(chǎn)品模型的直接套用，有效提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

3.2 綠色設(shè)計(jì)理念

選礦廠的選礦作業(yè)進(jìn)行中，一般需借助于專門的機(jī)械設(shè)備方可完成，由于礦產(chǎn)資源的特殊性，伴隨著機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，所產(chǎn)生的污染物質(zhì)也是非常多的，環(huán)境污染問題極為嚴(yán)重，比如，機(jī)械設(shè)備使用時(shí)的噪音、顆粒物。因此，當(dāng)前的可持續(xù)發(fā)展背景下，現(xiàn)代礦山選礦廠工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)理念已然突破了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)局限，綠色設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用成為了主要方向。為達(dá)到綠色設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，需從以下方面來開展：

（1）加強(qiáng)選礦廠工程設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)應(yīng)用，在各種數(shù)據(jù)管理基礎(chǔ)上，有關(guān)設(shè)計(jì)人員可以充分整合和利用全部的數(shù)據(jù)信息，在數(shù)據(jù)共享的基礎(chǔ)做好設(shè)計(jì)的總體和細(xì)節(jié)優(yōu)化。

（2）科學(xué)使用建模與仿真技術(shù)，因?yàn)檫x礦廠的工程設(shè)計(jì)難度較大，在設(shè)計(jì)過程中需要注意的要點(diǎn)非常多，在建模與仿真技術(shù)下，直接通過專有模型的構(gòu)建，就可以在整個(gè)的設(shè)計(jì)過程中直觀呈現(xiàn)出最終的設(shè)計(jì)成果，進(jìn)而快速發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題并有效處理。

（3）加強(qiáng)評(píng)價(jià)技術(shù)的應(yīng)用，在初步設(shè)計(jì)完成以后，經(jīng)由評(píng)價(jià)技術(shù)，就可以有效進(jìn)行工程設(shè)計(jì)方案的綜合評(píng)價(jià)[6]。數(shù)據(jù)管理技術(shù)的中，PDM的應(yīng)用非常多，是一種綠色設(shè)計(jì)技術(shù)，經(jīng)由先進(jìn)的數(shù)據(jù)管理技術(shù)，可以將在選礦廠工程設(shè)計(jì)中的關(guān)于工程規(guī)范、機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)等方面的數(shù)據(jù)信息充分集成起來，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化管理，在最終的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上開展有效的設(shè)計(jì)，提高最終的設(shè)計(jì)質(zhì)量。建模與仿真技術(shù)下，在前期充足的資料收集和數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，也就使得建模更為規(guī)范，仿真與建模的有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)選礦廠工程設(shè)計(jì)的直觀呈現(xiàn)，不斷的細(xì)節(jié)優(yōu)化下，克服了傳統(tǒng)人工設(shè)計(jì)的弊端，不僅提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，還使得設(shè)計(jì)誤差有所減少。

3.3 有限元法

選礦廠的生產(chǎn)流程極為復(fù)雜，其中配備了各種的機(jī)械設(shè)備，在整個(gè)的機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，設(shè)備面臨的各種條件非常復(fù)雜，且運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性都存在著較大的威脅。在選礦廠的傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員一般會(huì)通過人工計(jì)算的方式來進(jìn)行相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行分析，通過人工計(jì)算的方式來使得選礦廠的生產(chǎn)系統(tǒng)保持在最佳的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，因?yàn)椴捎玫娜斯し绞剑瑢?dǎo)致各種機(jī)械設(shè)備中的每個(gè)部件應(yīng)力分布情況并不能完全掌握。而在現(xiàn)代化的工程設(shè)計(jì)思路下，有限元法是十分有效的設(shè)計(jì)方式，這種設(shè)計(jì)方式下的相應(yīng)計(jì)算和模擬具有一定的自動(dòng)化特征，也就實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)改進(jìn)和優(yōu)化，使得各種機(jī)械設(shè)備的性能最佳。

3.4 人機(jī)工程設(shè)計(jì)技術(shù)

人機(jī)工程設(shè)計(jì)技術(shù)同樣是一種新的設(shè)計(jì)技術(shù)，這一設(shè)計(jì)技術(shù)下有效克服了選礦廠工程設(shè)計(jì)的技術(shù)局限，在各種機(jī)械設(shè)備、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中融入了更多的人性化因素，使得機(jī)械設(shè)備與人的交流和互動(dòng)性有所增強(qiáng)，這種交互設(shè)計(jì)方式下，機(jī)械設(shè)備的可靠性更高，也就減少了機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中的安全風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語

近年來，伴隨著國家對(duì)礦山行業(yè)的發(fā)展支持，我國的礦山行業(yè)進(jìn)入了現(xiàn)代化的發(fā)展階段，傳統(tǒng)的發(fā)展模式顯然已經(jīng)難以滿足當(dāng)下的發(fā)展要求，尤其是在選礦廠工程設(shè)計(jì)中，新的設(shè)計(jì)理念和方法的使用，可以有效推進(jìn)選礦廠的工藝變革，提升最終的設(shè)計(jì)水平。