吳定洪，邵國君，鄧 榮，王曉陽，邰志清，董玉芳

(1.國家電投集團貴州遵義產(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)間進行分采、分運、分裝、分儲，以提高鋁土礦的高效開采。鋁土礦石的品位分為3個區(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、高品低硫進行分區(qū)存儲。

“四分”工藝開采技術(shù)是充分利用數(shù)字化技術(shù)的適時品位檢測、信號傳輸?shù)燃夹g(shù)手段實現(xiàn)分采、分運、分裝、分儲等功能，保證礦石原生態(tài)，避免了由于無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、分裝技術(shù)送至氧化鋁場地進行分儲。最后利用數(shù)字化配礦模型進行礦石智能化配礦，達到礦石最大化利用，獲取最大效益。

分采的含義是在回采前通過采樣化驗對工作面礦石品位進行確認(rèn)，并按照不同的品位區(qū)間在工作面斜長上劃分為若干開采區(qū)段。根據(jù)不同品位區(qū)間的實際參數(shù)調(diào)整采礦機等設(shè)備的運行參數(shù)，制定當(dāng)期工作面開采方案，回采時對不同品位區(qū)間礦石進行分采與控制，實現(xiàn)從回采工作面到地面礦倉聯(lián)動運行與控制。在推采過程中利用快速光譜檢測手段適時檢測工作面不同開采區(qū)間礦石品位變化情況，并與滴定化驗結(jié)果進行比對。若偏差較大時需及時向地面生產(chǎn)調(diào)度指揮中心匯報，并及時變更開采方案。

2 分采工藝研究設(shè)計

(1) 礦石開采前進行礦石品位采樣分析(采用刻槽取樣或快速品位檢測儀表)，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(軟件可對選取范圍加權(quán)計算礦石的綜合品位)，并結(jié)合工作面實際情況，制定工作面開采方案。開采方案包含文字類說明(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平臺發(fā)布給管理和作業(yè)人員對方案進行學(xué)習(xí)；同時礦石開采品位分段圖的分段位置、分層位置的相對坐標(biāo)傳輸至分采監(jiān)控軟件。

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

3 礦石品位檢測手段研究

實現(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、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，對工作面礦石初始品位的化驗非常重要。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”進行工作面礦石采樣化驗、分析，最大限度的掌握礦石賦存的品位。并配以“快速光譜檢測手段”進行輔助，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)采面傾斜長度，在當(dāng)前工作面中按礦石明顯變化標(biāo)識劃分若干塊段，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)量較為均勻或無明顯變化，則按20 m間距均勻布置采樣點進行采樣。

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

采樣規(guī)格：樣品采集利用機械刻槽，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，立即派專人乘坐交通工具送交地面化驗室進行處理。

3.2 快速檢測研究

通過對國內(nèi)外礦石品位快速檢測技術(shù)的初步調(diào)研和了解，選取了國外便攜式X熒光分析儀對鋁土礦礦樣進行實驗室分析對比。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鋁土礦樣中的Al2O3、SiO2、Fe2O3、S四種元素含量進行測定。

經(jīng)過多次實驗，初步取得了較理想的檢測結(jié)果，對實驗室加工后礦粉中的Al2O3、SiO2元素含量測定的平均誤差控制在5%左右，對未加工的塊狀礦樣中Al2O3、SiO2元素含量測定的平均誤差控制在10%左右。

礦石品位快速檢測儀所使用的數(shù)據(jù)格式為Excle/Csv，可通過USB數(shù)據(jù)線/藍牙/U盤/無線網(wǎng)絡(luò)等方式將數(shù)據(jù)讀取出來。

4 采礦設(shè)計軟件功能研究

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

(1) 根據(jù)分采工作面的礦石品位化驗結(jié)果，生成生產(chǎn)采樣的分析模型。對采樣模型進行分析處理，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機等辦公工具能根據(jù)客戶權(quán)限登陸軟件平臺，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，表達品位變化。

(3) 三維礦業(yè)軟件能獲取采礦機位置信息并實現(xiàn)工作面推進情況的聯(lián)動展示。具有工作面推進距離人為修訂功能，以便于采掘計劃及開采方案的動態(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位置信息，建立工作面開采模擬圖型界面。

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

(3) 根據(jù)采礦機信息、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)動的多種控制策略(見圖2)。

“回采優(yōu)先”策略：優(yōu)先采礦機采礦，掘進機等待，當(dāng)采礦機運行時，實現(xiàn)掘進機閉鎖，確保采礦機運行時礦石的及時運輸。

“掘進優(yōu)先”策略：優(yōu)先掘進機掘進，采礦機等待，當(dāng)掘進機運行時，實現(xiàn)采礦機閉鎖，確保掘進機運行時掘進礦石的及時運輸。

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

(6) 存檔功能，能夠?qū)F(xiàn)場運行歷史數(shù)據(jù)、報警信息等存入數(shù)據(jù)庫，以便于隨時進行歷史數(shù)據(jù)查詢。

(7) 具有權(quán)限管理功能，系統(tǒng)操作方便，使用簡單，對操作員設(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，能實現(xiàn)與綜合管控平臺的集成，通過權(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

對分采工藝方案進行研究，梳理了整個分采方案的工藝流程，可應(yīng)用采礦機實現(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)計軟件的研究為分采提供了圖形化的工具，通過采礦設(shè)計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，實現(xiàn)了采礦機的監(jiān)測、開采方案集成，多種聯(lián)動控制策略的保障，為分采方案的運行提供了全過程的監(jiān)控。該研究能保障分采方案的執(zhí)行，實現(xiàn)最大限度的保持礦石的原始特性和降低礦石的貧化率，促進鋁土礦石的最大化利用，同時在鋁土礦山采用四分工藝開采與礦井綜合自動化系統(tǒng)相結(jié)合，可顯著提高礦井的生產(chǎn)效率、管理水平，最終實現(xiàn)機械化、自動化的目標(biāo)。

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