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個主礦體,102個附屬礦體,礦體交錯,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。
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。
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)計時,會依據(jù)地質(zhì)資料計算出境界內(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)品售價等因素綜合確定的,且呈動態(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區(qū)間,如該礦山TFe入選品位為(28±2)%。為完成計劃產(chǎn)量目標(biāo),避免超產(chǎn)形成庫存及產(chǎn)量波動造成選礦流程的不必要調(diào)整,需要入選品位在設(shè)計區(qū)間內(nèi)相對穩(wěn)定,杜絕出現(xiàn)斷崖式波動。
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。
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。
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,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,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,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)、集中入破時也會造成粗破碎屯礦,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。
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)橛嬎銠C(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,借鑒了準(zhǔn)時化生產(chǎn)原理,采取流程調(diào)研、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等方法,求出約束條件最優(yōu)值。配礦分3個階段:
(1)配礦預(yù)計劃。該計劃是建立在礦山中長期計劃上,用于粗略預(yù)測計劃期內(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)計質(zhì)量指標(biāo)對比,以及時作出戰(zhàn)略性調(diào)整,做好質(zhì)量戰(zhàn)略規(guī)劃。
(2)配礦年計劃、月計劃。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)配礦計劃。采用的數(shù)據(jù)為即時生產(chǎn)數(shù)據(jù),即生產(chǎn)班計劃,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。
科學(xué)合理的配礦計劃需要真正落實(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)行時間減少,設(shè)備磨損和能量消耗降低,利用設(shè)備空閑時間進(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個班次只需切換1次巖性,但需要及時調(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、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)為入破的每一時刻質(zhì)量都能保持一致,這就要求入破計劃要與每一時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。
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,前排巖體受沖擊力會直接脫落、拋擲,且?guī)r塊間不會有較大的碰撞,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。
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)用價值。