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酒钢西沟矿数字化开采技术研究
2018-12-06
西沟矿露天开采境界内的石灰石资源依据CaO含量和SiO2含量被划分为3种品级的熔剂石灰石、水泥 灰岩BI和水泥灰岩BII。在西沟矿扩能改造完成前,因受产能制约及开采技术条件限制,资源利用率相对较低。近几年,西 沟矿为了满足不同用户对石灰产品的需求,提高市场竞争力,高效利用和节约石灰石资源,开展了数字化开采技术 应用、矿石贫化规律和合理采剥方法的研究,调查了
Series No. 509 金 属 矿 山 总第 509 期 November 2018 METAL MINE 2018 年第 11 期 酒钢西沟矿数字化开采技术研究 许守信 颜威山 齐泽文 (酒钢集团甘肃西沟矿业有限公司,甘肃 嘉峪关 735100) 2 摘 要 西沟矿露天开采境界内的石灰石资源依据 CaO 含量和 SiO 含量被划分为 3种品级的熔剂石灰石、水泥 灰岩BI和水泥灰岩BII。在西沟矿扩能改造完成前,因受产能制约及开采技术条件限制,资源利用率相对较低。近几年,西 沟矿为了满足不同用户对石灰产品的需求,提高市场竞争力,高效利用和节约石灰石资源,开展了数字化开采技术 应用、矿石贫化规律和合理采剥方法的研究,调查了用户对石灰石产品的需求及相关质量标准,建设和完善了生产 工艺系统,制定了石灰石产品质量控制体系。在原有普通熔剂石灰石产品和水泥粉矿产品基础上,成功开发出不锈 钢转炉用高品级石灰石块矿,同时实现了表外低品位矿石的回收利用,使矿石回采率大幅度提高,开采效益明显增 强。 关键词 熔剂石灰石矿 数字化开采 工艺优化 质量控制 资源综合利用 中图分类号 TD985 文献标志码 A 文章编号 1001-1250(2018)-11-171-05 DOI 10.19614/j.cnki.jsks.201811033 Research on Digital Mining Technology in JISCO Xigou Mine Xu Shouxin Yan Weishan Qi Zewen (JISCO Group Gansu Xigou Mining Co.,Ltd.,Jiayuguan 735100,China) Abstract The limestone resources within open-pit mining boundary of Xigou Mine are divided into three grades includ⁃ ing flux limestone,grade BI cement limestone and grade BII cement limestone,according to the contents of CaO and SiO . Be⁃ 2 fore the completion of capacity expansion in Xigou mine,the utilization rate of resources was relatively low due to the capacity constraints and the mining technical conditions. In recent years,in order to meet the needs of different customers on limestone products,improve market competitiveness,and efficiently make use of and save the limestone resources,investigation on the application of the digital mining technology,the rule for the ore dilution and the reasonable caving-stripping method are car⁃ ried out. Through surveying the customer’s demand on limestone products and the relevant quality standards,the complete production process system was established and the quality control system of limestone products was formulated. Based on the original common flux limestone and the cement limestone powder,the high-grade limestone blocks for stainless steel convert⁃ er have been successfully prepared,and meanwhile,low-grade ores can be recovered and utilized,which can greatly in⁃ crease the recovery rate of the ore and significantly improve the mining benefit. Keywords Molten limestone ore,Digital mining,Process optimization,Quality control,Comprehensive utilization of resources 大部分冶金辅料矿山只是提供冶金系统需要的 单一原料品种,熔剂石灰石矿山主要是提供冶金熔 剂,但矿石资源的天然赋存可能不只是满足冶金熔 剂质量标准,同时还可能有低于冶金熔剂标准的水 泥灰岩等资源共同存在,由于合理运距等经济地理 条件和配套产业的布局限制,导致部分资源得不到 有效利用,造成资源的浪费。因此,在钢铁产业发展 的同时,根据资源条件,探索开采新技术,建设资源 综合开发利用的辅助配套产业,是搞好资源综合高 效利用的基础。同时,随着区域经济的发展,不断发 掘区域内资源产品的全品种用户,也是实现资源综 合高效利用的有效途径。2015 年以来,酒钢西沟石 灰石矿为追求效益最大化,实现资源综合高效利用, 通过科技攻关和技术改造,完成了6大方面的系统性 研究工作,产生了可观的经济效益,为矿山的可持续 发展奠定了坚实基础。 收稿日期 2018-08-09 作者简介 许守信(1969—),男,主任工程师,高级工程师。 · 171 · 总第509期 金 属 矿 山 2018年第11期 1 研究步骤 同时实现生产过程的稳定。 (1)资源的赋存情况调查。主要是掌握各品级 (5)研究矿石在开采过程中损失贫化及块矿转 化为粉矿品位变化规律。 矿石在开采境界内的分布情况,建立矿体三维数字 模型及进行境界优化。 (6)研究制定石灰石产品质量控制体系,保证生 产计划的落实,确保产品质量。 (2)调查研究用户对石灰石产品的需求及相关 质量标准,在满足内部需求的基础上,拓展外部市 场,延伸石灰石产业链。 2 关键技术研究 2. 1 资源的赋存情况调查 ( 3)建设和完善生产工艺系统,重点增加分储分 (1)矿体三维数字化模型建立及境界优化设 计。利用矿山地质勘探和生产勘探数据,应用 DI- MINE矿山三维数字化软件,建立矿体三维数字化模 型及境界优化设计,在此基础上分析境界内资源的 运系统,优化破碎、筛分工艺,为各种产品的生产提 供设备保障。 (4)研究合理采剥方法,实现各品种的均衡生产 [1] 和各生产系统的高效运行,在满足用户稳定需求的 分布情况 。西沟矿矿体三维模型见图1。 (2)通过生产勘探,进一步提高矿体三维模型精 为AⅠ(CaO≥52%、SiO 2 ≤1.5%)、AⅡ(CaO≥50%、SiO 2 ≤ 度。采取槽探资料与爆破钻孔取样相结合的生产勘探 方式,进一步修正矿体地质信息,实现储量不断升级, 准确掌握采场品位的分布情况,绘制采场品位分布图, 为采剥计划编制和实施精细化配矿提供可靠依据。 2.0%)和AⅢ(CaO≥50%、SiO 2 ≤4.0%)3个品级,水泥灰岩 划分为BⅠ(48%≤CaO<50%)、BⅡ(45%≤CaO<48%)2个 品级。根据用户需求,石灰石产品分为5大类,详见表1。 (3)根据三维地质模型图,合理编制生产经营计 划、采掘计划与质量方案。分析各采掘区域地质情 况与矿石品级分布情况,确保同期不同品级矿石均 衡配比出矿,避免高品级矿石单独出矿或低品级矿 石不具备回收条件的排弃现象。 当同期熔剂灰岩一级品与水泥灰岩的矿量比介 于 1.8~2.5、熔剂灰岩一级品与熔剂灰岩三级品的矿 量比介于 1.2~1.5 时,方能确保低品级矿石有足够的 高品级矿与之配比回收,且避免高品级矿采出过快 导致采剥失衡的问题。 2 2 . 2 用户对石灰石产品的需求和质量标准 . 2. 1 矿石品级及矿石粒径需求市场调研 根据资源赋存情况,开采境界内熔剂灰岩划分 2 . 2. 2 根据用户需求开发新产品 1)用自产高品级块矿替代外购,节省外购资 金。前期因受产能限制,西沟矿只能生产炼钢用普 ( · 172 · 许守信等:酒钢西沟矿数字化开采技术研究 2018年第11期 通熔剂石灰石,在西沟矿扩能项目投产后,开始生产 不锈钢 VOD 转炉需要的 CaO≥53.5%、AOD 转炉需要 的CaO≥54.0%的全部高品级熔剂块矿,至此,酒钢集 团公司所需的石灰石产品完全实现自给。 2. 4 采剥方法关键技术研究 [3] (1)确定合理的采剥顺序 。根据采场矿岩分 布、开采运输条件等综合因素分析,确定了“横向推 进,纵向辅助”的采剥方法,即在“南北掘沟、东西掘 进”的大原则不变的基础上,局部采用“东西掘沟”, 促使高、低品级原矿完全出露,减少高、低品级矿石 混爆,提高高品级矿石利用效率。矿体走向和推进 方向一致,为分穿分爆及配矿提供了方便。 (2)为大型水泥厂生产 45%~48%的表外低品位 矿石,变废为宝。按照设计,CaO含量<48%的低品位 矿石被划分为岩石,开采过程可以排弃。2016年,西 沟矿了解到周边有一家新型干法水泥生产企业具备 利用 CaO 含量 45%~48%低品位矿石的技术实力,与 其签订战略合作协议,大批量生产、输出低品矿石, 实现了开采区域内BII等低品位矿石的回收利用。 (2)确定同期开采台阶数量。“横向推进,纵向辅 助”的采剥方法,为采场提供了充足的工作线长度和 良好的配矿条件。在编制中长期采剥计划时,为了 保持合理的剥采比,以正常保持2~3个台阶生产为原 则,结束上一个台阶后再开拓下一个新台阶,避免生 产台阶过多而设备不足造成设备频繁调动,致使设 备效率下降。 (3)拟研究建设 1 条重质碳酸钙粉生产线,增加 高品质粉矿的附加值。西沟矿生产高品级块矿时每 年有 20~30 万 t 的 CaO 含量在 53%以上高品质粉矿 作为普通熔剂粉矿销售,产品附加值低,造成优质资 源浪费。酒钢集团公司已批准西沟矿委托专业机构 开展《重质碳酸钙开发利用可行性研究》。 (3)采剥顺序优化。为实现高品质矿石生产顺 行,2016年在原有“南北掘沟、东西掘进”的总体采剥 2 2 . 3 建设和完善生产工艺系统 . 3. 1 分步建设原矿和成品矿分储分运系统 原则基础上,利用DIMINE矿山三维数字化软件再次 # # 对采剥顺序进行优化,南北掘沟至4 溜井和1 溜井贯 通,高品质矿区段提前出露,为高品质石灰石矿持续 生产提供备采矿量,实现高品级石灰石的稳定生 产。采剥顺序优化结果见图2。 (1)增加分储分运设施。为满足各品种矿石的 生产及品种要求,西沟石灰石矿先后建设了2套相对 独立的溜井胶带运输系统,采场溜井由原来的2条增 加到 4 条,年矿石生产能力由原来的 200 万 t 增加到 ( 4)完善细化DIMINE矿山三维数字化模型数据 库,更好地指导服务生产。 5)优化高品级原矿区段爆破方式,提高高品级 5 00万t。成品矿仓在原来 5个200 t矿仓的基础上增 加了8个5 000 t圆筒矿仓。 2)增加破碎筛分系统。在 2 套相对独立的粗、 ( ( 原矿利用率和块矿率。在高品级原矿区段,原矿出 露后爆区按照东西布设,爆区平行(或斜交)于矿体 走向,有效避免不同品级矿石的混爆问题,为高品级 矿石生产储备足够的矿量。对高品级矿石中夹杂的 低品级夹层采用“小炮”剔除法,降低高、低品级矿石 混爆问题。为提高高品级原矿的块矿率,将高品级 原矿区域的爆破方式由排间起爆改变为逐孔起爆, 孔网参数由 5.5 m×7 m 调整为 6 m×7 m,将优质矿 石区段炸药单耗控制在 0.175~0.180 kg/t 范围内,每 孔的装药量由230 kg降为210 kg,同时采用分段装药 结构减小填塞高度。 中破碎及筛分系统基础上,增加了闭路循环支破碎 系统,来满足个性化用户对粒级及品级的需求。 ( 3)建设了相对独立的公路和铁路输出系统,满 足用户不同的运输方式需求。 . 3. 2 优化破碎和筛分工艺 1)在中破碎前加装不同型号的棒条筛,使符合 2 ( 粒度标准的矿石不经过二次破碎,灵活调整成品矿 块矿率。分别制作 80~100 mm 、60~80 mm、45~65 mm的3种梯形口棒条筛,条筛尺寸愈大,对应的块矿 率愈高。 (2)中破碎机锤壁间隙可以从 65~140 mm 调整 到 45~120 mm 的最小尺寸,在不降低生产效率的前 提下,能够改变成品矿块矿率。 2. 5 矿石在贫化及块矿转化为粉矿品位变化规律 2. 5. 1 断层泥对矿石贫化影响 # # (3)调整 PS0185 双齿棍破碎机排矿口尺寸及进 采场 1 、2 溜井南部矿石品级较高,F13 断层破碎 带经过此区域,裂隙发育明显,裂隙中填充有泥质 物,爆破后泥质物分布于粉矿中致使粉矿贫化。爆 破后矿石综合品位较钻孔取样化验数据降低 0.8%, 矿石的贫化对质量的影响相对较小。断层区域矿石 贫化情况见表2。 行齿板齿牙加密改造,提高 20~40 mm 高品级块矿的 产出率和生产效率。 [2] ( 4)在2台振动筛上使用聚氨酯橡塑合金筛板 , 确保块矿含粉率指标可控,便于在生产不同粒径的 矿石时快速实施更换筛板作业。 · 173 · 总第509期 金 属 矿 山 2018年第11期 2 2 . 6 研究制定石灰石产品质量控制体系 . 6. 1 编制精细化采剥计划和质量计划 以市场需求为导向,借助三维数字模块编制采 剥计划和质量计划。充分考虑季节性变化带来的生 产不均衡问题,在冬季水泥生产企业停产期间,以满 足公司内供块矿需求为原则编制生产计划,将富余 的粉矿倒运至临时料场堆存,在需求旺季增加库存 输出力度保证石灰石供需平衡。 2 . 6. 2 制定各环节产品质量控制措施 1)高品质块矿质量控制方法。钻孔取样 CaO [4] ( 2 . 5. 2 低品级矿石区域贫化影响 低品级矿石的贫化对矿石的质量影响较大,采 含量高于54%且具备集中出矿条件的区段,矿石单独 装入某溜井用于生产VOD用高品级块矿。钻孔取样 品位为53%~54%的区段生产AOD用高品级块矿。 (2)普通熔剂矿石生产方案。根据矿石贫化研 究成果,熔剂灰岩三级品、水泥灰岩不具备单独出矿 的条件,通过与熔剂灰岩一级品配比确保生产的块 矿CaO含量达到51%,粉矿达到48%。利用熔剂灰岩 一级品与水泥灰岩、熔剂灰岩三级品的合理配比,加 大了采区低品级矿石的回收利用,在指标范围内有 针对性地降低普通熔剂石灰石的品位,减缓采区高 品级矿的出矿速度。 7 8 场北东部地质情况复杂多变,主要出露O2、O2矿层的 熔剂灰岩一级品、三级品与水泥灰岩,低品级薄层矿 石表层附着炭质薄膜、云母及泥质物,爆破后炭质薄 膜、泥土质、云母等脆性物质多分散于粉矿中,是造 成贫化的主要矿物质。一般情况下,熔剂灰岩一级 区内爆堆矿石品级较钻孔取样化验数据降低 1.3%, 熔剂灰岩三级品与水泥灰岩降低1.8%。 2 . 5. 3 采场西部矿石贫化影响 采场西部自南向北依次出露O2、O2、O2矿层的矿 9 8 7 9 8 石,O2矿层矿石为熔剂灰岩优质矿,O2矿层为中—薄 (3)2条生产系统采用差异化排产方式。A系统 生产 10~65 mm 普通熔剂产品及水泥粉矿,入溜井块 矿CaO品位大于50.5%,低品位水泥灰岩CaO综合品 位控制在 45%~48%。B 系统主要生产 20~40 mm 高 品级块矿,CaO综合品位大于53.5%。 7 层的熔剂灰岩三级品及水泥灰岩,O2矿层为中—薄层 8 7 熔剂灰岩二、三级品,O2、O2矿层表层附着云母、泥质 物及炭质薄膜,该区域又处在矿岩交接区域,爆破后 矿石成块差,粉矿贫化比较严重。 [5] ( 4)采用三级配矿稳定产品质量 。在采场配 一般情况下,熔剂灰岩二级、三级品爆堆实际矿 石品位较钻孔取样化验数据降低 1.5%,熔剂灰岩三 级品部分区域最低可降低2.7%。 矿、溜井配矿后,输出时根据各矿仓内矿石品级再次 进行配矿工作,确保产品实物质量合格稳定,为低品 · 174 · 许守信等:酒钢西沟矿数字化开采技术研究 2018年第11期 级矿石的回收创造有利条件。 参 考 文 献 (5)建设自动取样系统。在转运站皮带上建立 [ 1] 张彤炜.露天开采的境界优化算法研究及应用[J].金属矿山, 自动取样系统,实现自动取样,消除人工取样误差。 根据取样结果,对不同品级矿石进行分运、分输,同 时,根据检验结果追溯溜井质量控制的有效性,及时 指导采场生产。 2 008(2):30-34. Zhang Tongwei.Study on algorithms for open-pit limit optimization and its application[J].Metal Mine,2008(2):30-34. [ 2] 刘锦春.聚氨酯矿用筛板(网)的研制[J].特殊橡胶制品,2002 ( 6):32-36. 3 结 论 Liu Jinchun.Development of polyurthane elastomers for mesh sieve (1)西沟矿《熔剂石灰石矿数字化开采技术》成 screens[J].Special Purpose Rubber Products,2002(6):32-36. 果成功入选《矿产资源节约与综合利用先进适用技 术推广目录(第六批)》,表明该项技术成果具有广泛 的推广和应用价值。 [ 3] 杨世明.露天矿床采剥方法[J].露天采矿技术,2015(1):7-11. Yang Shiming.Open-pit mineral deposit mining and stripping meth- od[J].Opencast Mining Technology,2015(1):7-11. [ 4] 崔 宝.综合开发利用矿山石灰石资源[J].建材技术与应用, 004(5):61-22. Cui Bao.Synthetic exploitation and utilization of the mine limestone J].Research & Application of Building Materials,2004(5):61-62. 5] 许守信.提高西沟矿水泥灰岩回收率的方法探讨[J].现代矿业, 014(5):31-33. ( 2)开展石灰石资源高效利用开采技术研究和 2 应用,要以用户需求为导向,只有通过工艺优化生产 出不同粒径、不同质量的石灰石产品,才能提高矿山 竞争能力和盈利能力。 [ [ (3)数字化开采技术的应用,解决了高品级块矿 2 生产与低品位矿石回收之间的矛盾,使西沟矿矿石 综合回采率由原来 92.50%左右提高至 94.04%,在减 少排岩费用的同时降低了排土场负荷。 Xu Shouxin.Discussion on improvement of Xigou Mine cement limestone recovery rate[J].Modern Mining,2014(5):31-33. (责任编辑 徐志宏) · 175 ·
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