吳定洪，邵國(guó)君，鄧 榮，王曉陽(yáng)，邰志清，董玉芳

(1.國(guó)家電投集團(tuán)貴州遵義產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司， 貴州 遵義市 564305；2.天地(常州)自動(dòng)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(shù)，即按照鋁土礦不同的品位區(qū)間進(jìn)行分采、分運(yùn)、分裝、分儲(chǔ)，以提高鋁土礦的高效開采。鋁土礦石的品位分為3個(gè)區(qū)間，其中高品位區(qū)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(qū)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(jìn)行分區(qū)存儲(chǔ)。

“四分”工藝開采技術(shù)是充分利用數(shù)字化技術(shù)的適時(shí)品位檢測(cè)、信號(hào)傳輸?shù)燃夹g(shù)手段實(shí)現(xiàn)分采、分運(yùn)、分裝、分儲(chǔ)等功能，保證礦石原生態(tài)，避免了由于無(wú)序開采造成礦石混合而導(dǎo)致礦石質(zhì)量大幅下降。

1 分采概述

“四分”法的核心就是分采，只有實(shí)現(xiàn)了不同品位礦石的分采，才能保證礦石的原生狀態(tài)，充分利用分運(yùn)、分裝技術(shù)送至氧化鋁場(chǎng)地進(jìn)行分儲(chǔ)。最后利用數(shù)字化配礦模型進(jìn)行礦石智能化配礦，達(dá)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(guò)采樣化驗(yàn)對(duì)工作面礦石品位進(jìn)行確認(rèn)，并按照不同的品位區(qū)間在工作面斜長(zhǎng)上劃分為若干開采區(qū)段。根據(jù)不同品位區(qū)間的實(shí)際參數(shù)調(diào)整采礦機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，制定當(dāng)期工作面開采方案，回采時(shí)對(duì)不同品位區(qū)間礦石進(jìn)行分采與控制，實(shí)現(xiàn)從回采工作面到地面礦倉(cāng)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行與控制。在推采過(guò)程中利用快速光譜檢測(cè)手段適時(shí)檢測(cè)工作面不同開采區(qū)間礦石品位變化情況，并與滴定化驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。若偏差較大時(shí)需及時(shí)向地面生產(chǎn)調(diào)度指揮中心匯報(bào)，并及時(shí)變更開采方案。

2 分采工藝研究設(shè)計(jì)

(1) 礦石開采前進(jìn)行礦石品位采樣分析(采用刻槽取樣或快速品位檢測(cè)儀表)，建立礦石采樣分析數(shù)據(jù)表；

(2) 三維采礦軟件根據(jù)采樣分析數(shù)據(jù)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(shù)人員根據(jù)工作面品位三維模型(軟件可對(duì)選取范圍加權(quán)計(jì)算礦石的綜合品位)，并結(jié)合工作面實(shí)際情況，制定工作面開采方案。開采方案包含文字類說(shuō)明(技術(shù)人員錄入)以及礦石開采品位分段圖，開采方案經(jīng)總工程師審核后通過(guò)平臺(tái)發(fā)布給管理和作業(yè)人員對(duì)方案進(jìn)行學(xué)習(xí)；同時(shí)礦石開采品位分段圖的分段位置、分層位置的相對(duì)坐標(biāo)傳輸至分采監(jiān)控軟件。

(4) 作業(yè)人員在開采前對(duì)開采方案進(jìn)行查驗(yàn)后操作采礦機(jī)進(jìn)行采礦，分采監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)讀取采礦機(jī)的位置、搖臂高度等相關(guān)信息，軟件自動(dòng)判斷當(dāng)前開采礦石的品位信息；當(dāng)采礦機(jī)行進(jìn)至分段區(qū)域時(shí)，發(fā)出采礦機(jī)牽引閉鎖命令，一段時(shí)間(約30 s，可修正)后解除閉鎖繼續(xù)牽引采礦。

3 礦石品位檢測(cè)手段研究

實(shí)現(xiàn)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(yàn)、分析，準(zhǔn)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(duì)工作面礦石初始品位的化驗(yàn)非常重要。結(jié)合鋁土礦石物理、化學(xué)性質(zhì)和綜采工藝的特性，采用“刻槽取樣法”進(jìn)行工作面礦石采樣化驗(yàn)、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(cè)手段”進(jìn)行輔助，確保礦石品位結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.1 刻槽采樣研究

采樣范圍：采礦前根據(jù)采面傾斜長(zhǎng)度，在當(dāng)前工作面中按礦石明顯變化標(biāo)識(shí)劃分若干塊段，按所采樣品的加權(quán)平均值作為該段的初始礦石品位。若工作面礦石質(zhì)量較為均勻或無(wú)明顯變化，則按20 m間距均勻布置采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣。

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

采樣規(guī)格：樣品采集利用機(jī)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(guī)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(biāo)識(shí)，立即派專人乘坐交通工具送交地面化驗(yàn)室進(jìn)行處理。

3.2 快速檢測(cè)研究

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外礦石品位快速檢測(cè)技術(shù)的初步調(diào)研和了解，選取了國(guó)外便攜式X熒光分析儀對(duì)鋁土礦礦樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析對(duì)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(duì)鋁土礦樣中的Al2O3、SiO2、Fe2O3、S四種元素含量進(jìn)行測(cè)定。

經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，初步取得了較理想的檢測(cè)結(jié)果，對(duì)實(shí)驗(yàn)室加工后礦粉中的Al2O3、SiO2元素含量測(cè)定的平均誤差控制在5%左右，對(duì)未加工的塊狀礦樣中Al2O3、SiO2元素含量測(cè)定的平均誤差控制在10%左右。

礦石品位快速檢測(cè)儀所使用的數(shù)據(jù)格式為Excle/Csv，可通過(guò)USB數(shù)據(jù)線/藍(lán)牙/U盤/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等方式將數(shù)據(jù)讀取出來(lái)。

4 采礦設(shè)計(jì)軟件功能研究

項(xiàng)目中主要選用較為成熟的三維采礦設(shè)計(jì)軟件，其具備地質(zhì)建模、地測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入、品位模型、采礦設(shè)計(jì)、繪圖打印等基本功能，另外需要為鋁土礦的分采進(jìn)行功能定制開發(fā)。

(1) 根據(jù)分采工作面的礦石品位化驗(yàn)結(jié)果，生成生產(chǎn)采樣的分析模型。對(duì)采樣模型進(jìn)行分析處理，輔助工程師根據(jù)礦石品位最優(yōu)策略制定開采方案，開采方案以文字、圖形等形式展現(xiàn)。

(2) PC機(jī)等辦公工具能根據(jù)客戶權(quán)限登陸軟件平臺(tái)，查看分采方案的相關(guān)內(nèi)容。軟件的塊體模型能顯示相關(guān)位置的塊體信息，表達(dá)品位變化。

(3) 三維礦業(yè)軟件能獲取采礦機(jī)位置信息并實(shí)現(xiàn)工作面推進(jìn)情況的聯(lián)動(dòng)展示。具有工作面推進(jìn)距離人為修訂功能，以便于采掘計(jì)劃及開采方案的動(dòng)態(tài)制定。

5 監(jiān)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(duì)位置信息，建立工作面開采模擬圖型界面。

(2) 采集采礦機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行位置、搖臂高度等相關(guān)信息，建立采礦機(jī)狀態(tài)的組態(tài)圖形界面。

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

(4) 具有根據(jù)位置信息判斷發(fā)出閉鎖命令的功能。

(5) 具有采/掘聯(lián)動(dòng)的多種控制策略(見圖2)。

“回采優(yōu)先”策略：優(yōu)先采礦機(jī)采礦，掘進(jìn)機(jī)等待，當(dāng)采礦機(jī)運(yùn)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)閉鎖，確保采礦機(jī)運(yùn)行時(shí)礦石的及時(shí)運(yùn)輸。

“掘進(jìn)優(yōu)先”策略：優(yōu)先掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，采礦機(jī)等待，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)采礦機(jī)閉鎖，確保掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行時(shí)掘進(jìn)礦石的及時(shí)運(yùn)輸。

“采掘聯(lián)動(dòng)”策略：兩種設(shè)備可同時(shí)工作，當(dāng)采礦機(jī)與掘進(jìn)機(jī)所采礦石的品位在可混料范圍內(nèi)時(shí)，允許兩種設(shè)備同時(shí)工作。

(6) 存檔功能，能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警信息等存入數(shù)據(jù)庫(kù)，以便于隨時(shí)進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢。

(7) 具有權(quán)限管理功能，系統(tǒng)操作方便，使用簡(jiǎn)單，對(duì)操作員設(shè)有權(quán)限管理。

(8) 軟件具有標(biāo)準(zhǔn)的信息集成接口及協(xié)議，能實(shí)現(xiàn)與綜合管控平臺(tái)的集成，通過(guò)權(quán)限發(fā)布，可使不同權(quán)限的各類管理人員了解分采系統(tǒng)的各類信息。

圖2 采掘策略

6 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)分采工藝方案進(jìn)行研究，梳理了整個(gè)分采方案的工藝流程，可應(yīng)用采礦機(jī)實(shí)現(xiàn)鋁土礦石按照品位區(qū)間的分段分層開采；礦石品位檢測(cè)的研究為分采提供了準(zhǔn)確的礦石品位分段、分層數(shù)據(jù)，為三維建模、技術(shù)人員制定方案提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，采礦設(shè)計(jì)軟件的研究為分采提供了圖形化的工具，通過(guò)采礦設(shè)計(jì)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(jiān)控軟件的研究為分采提供了系統(tǒng)之間的集成，實(shí)現(xiàn)了采礦機(jī)的監(jiān)測(cè)、開采方案集成，多種聯(lián)動(dòng)控制策略的保障，為分采方案的運(yùn)行提供了全過(guò)程的監(jiān)控。該研究能保障分采方案的執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)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(jìn)鋁土礦石的最大化利用，同時(shí)在鋁土礦山采用四分工藝開采與礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)相結(jié)合，可顯著提高礦井的生產(chǎn)效率、管理水平，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李 昊.中國(guó)鋁土礦資源產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究[D].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，2010.

[2]李宏建.應(yīng)用分層分級(jí)開采技術(shù)控制鋁土礦貧化損失試驗(yàn)研究[D].南昌：江西理工大學(xué)，2011.

[3]文 艦.貴州鋁礦山現(xiàn)狀及發(fā)展對(duì)策[J].輕金屬,2004:05.

[4]郭曉凱.煤礦綜合機(jī)械化采煤工藝淺探[J].才智,2012:20.

[5]羅周全，古德生.地下礦山連續(xù)開采技術(shù)研究進(jìn)展[J].湖南有色金屬,1995:02.

[6]寧 宇.我國(guó)煤礦綜合機(jī)械化開采技術(shù)現(xiàn)狀與思考[J].煤礦開采，2013:01.

[7]張壽濤.3DMine礦業(yè)工程軟件在勝利露天煤礦的應(yīng)用[J].露天采礦技術(shù),2011:04.

[8]郭 強(qiáng).基于3DMine的三維礦山模擬研究[D].太原：太原理工大學(xué),2012.

[9]勞婧華，余東明.礦體三維模擬技術(shù)中的空間數(shù)據(jù)插值方法[J].大眾科技,2008:08.