張陽 趙鵬飛 蔡真印 張端 方成成 宋葉衛(wèi)

（河北鋼鐵集團沙河中關(guān)鐵礦有限公司）

某礦地處河北省邯邢地區(qū)，屬典型的接觸交代矽卡巖型大水鐵礦床，地質(zhì)條件復(fù)雜，礦巖比較破碎，礦體及圍巖富含地下水。雖然前期在礦體四周進行了單排環(huán)形帷幕注漿作業(yè)，但復(fù)雜的水文、地質(zhì)條件仍然給后期井下生產(chǎn)作業(yè)帶來了巨大的困難，受脈石礦物及地下水的影響，井下供礦質(zhì)量很不穩(wěn)定，選礦入磨品位波動在±10%，大大影響了精粉產(chǎn)量。

當(dāng)前，國際鐵精粉價格高位運行，緊抓當(dāng)前有利時機方能贏得效益。對于該礦來說，只有快出礦、多出礦、出好礦，才能為公司實現(xiàn)利益的最大化。面對脈石礦物分布不規(guī)律、礦石含水多、入磨品位波動大等問題，該礦的選礦能力一直未能有效發(fā)揮。

配礦又稱礦石質(zhì)量中和，是將性質(zhì)存在一定差異的礦石按照一定比例混合，給入破碎機，再給入選礦進行選別作業(yè)。作為采礦與選礦工作的銜接，供配礦工作尤為重要，直接影響著選礦最終產(chǎn)品指標(biāo)的好壞［1-3］。因此，做好供配礦工作，對于后續(xù)礦山生產(chǎn)十分重要。

目前，該礦正式進入生產(chǎn)階段，前期隨意出礦和有多少出多少的出礦方式已不能滿足當(dāng)前該鐵礦大型化、規(guī)范化、規(guī)模化生產(chǎn)的要求，亟需進行生產(chǎn)技術(shù)攻關(guān)，運用現(xiàn)代化的科技手段解決目前供配礦方面存在的難題，實現(xiàn)礦山健康、穩(wěn)定、和諧的發(fā)展。目前，礦山一直致力于三維技術(shù)手段的應(yīng)用研究，將其應(yīng)用于矽卡巖礦床供配礦工作，以穩(wěn)定礦石入磨質(zhì)量，為打造“安全、綠色、高效、智慧”的現(xiàn)代化礦山提供助力。

1 基于三維技術(shù)的供配礦模式研究

1.1 三維配礦模型的建立及分析

為了準(zhǔn)確掌握礦區(qū)范圍內(nèi)的礦石質(zhì)量分布情況，本項目共收集了1964 年以來的262 個地質(zhì)孔相關(guān)地質(zhì)勘探資料，包括1964 年的24 個地質(zhì)孔、1970—1975年的90個地質(zhì)孔、1979年的23個地質(zhì)孔、2020年的45個井下加密孔以及2021年的80個井下加密孔，借助3Dmine 礦業(yè)工程軟件，按照定位表、測斜表、品位表、巖性表的固定格式，錄入26 585 個信息，建立了礦區(qū)鉆孔數(shù)據(jù)庫（圖1）。

根據(jù)前期整理的各分層地質(zhì)圖，利用3Dmine 軟件實體模型功能，進行三維空間實體連接，并經(jīng)實體驗證，最終形成三維礦體模型（圖2）。然后，再利用軟件快速提取鉆孔數(shù)據(jù)庫的品位信息，并添加TFe、礦巖類型、礦房號、損失貧化率等屬性信息，最終完成礦區(qū)三維配礦模型的創(chuàng)建（圖3）。

根據(jù)礦區(qū)三維配礦模型，剖析得出：

（1）礦區(qū)內(nèi)各勘探線礦石質(zhì)量以II 線為分界線，II線以北礦石質(zhì)量基本呈中心品位高、邊緣品位低的趨勢和規(guī)律，II線以南礦石質(zhì)量沿礦體向下延伸方向呈逐步升高的趨勢和規(guī)律。

（2）各勘探線平均地質(zhì)品位在橫向上，基本呈中部高、南北低的低的規(guī)律，礦體南側(cè)端部（PP 線以南）礦石品位達(dá)到52%左右。礦體中部以4～3-4 線為分界，南北兩側(cè)礦石質(zhì)量逐漸降低。

由TFe 品位變異系數(shù)統(tǒng)計結(jié)果（圖4）可以看出，礦區(qū)的TFe 平均數(shù)為47.79，標(biāo)準(zhǔn)差為8.36，變異系數(shù)為0.17，變異程度很小，品位相對比較集中。

通過研究礦體的三維配礦模型及TFe 品位變異系數(shù)，可以清楚了解礦區(qū)TFe品位在空間上的分布規(guī)律，準(zhǔn)確掌握每個出礦礦房的礦體空間賦存情況、礦石質(zhì)量分布情況，有利于詳細(xì)地開展分析和預(yù)測。利用3DMine 軟件沿線切割系列剖面的功能，選擇垂直于中深孔排線的線段，按照中深孔排距（小孔徑中深孔1.5 m 間距、大孔徑深孔3 m 間距）一次性切割各排線的剖面（圖5），同時利用剖面切割實體、塊體模型及打印品位信息的功能，快速標(biāo)注各剖面的礦巖位置、品位分布信息（圖6），為后期現(xiàn)場進行供配礦提供準(zhǔn)確可靠的理論依據(jù)。

1.2 供配礦方案的確定

1.2.1 截止品位的確定

三維配礦模型建立以后，考慮到單個采場在出礦過程中爆堆掌子面會出現(xiàn)全是礦、全是巖或者一部分礦一部礦的現(xiàn)象，為了避免從源頭發(fā)生礦巖混雜產(chǎn)生貧化，對于單個礦房的出礦進行了截止品位試驗。

本項目按照工業(yè)品位30%和邊際品位20%，根據(jù)地質(zhì)品位40%、45%、50%，分別按照混巖率30%、40%、50%、60%、70%進行出礦品位測算（表1），計算最大容許的混巖率。

通過測算發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)品位在較集中的40%～45%，對應(yīng)工業(yè)品位30%和邊際品位20%，最大容許混巖率一般不超過30%和50%；地質(zhì)品位在45%～50%，對應(yīng)工業(yè)品位30%和邊際品位20%，最大容許混巖率一般不超過40%和60%。

由此可見，地質(zhì)品位越高，允許混入的巖石越多，同樣可以達(dá)到要求的經(jīng)濟和邊界出礦品位，這也是下步開展現(xiàn)場配礦進行礦石質(zhì)量管理的參考指標(biāo)，考慮到現(xiàn)場的可操作性，一般規(guī)定混巖率不超過50%。

1.2.2 現(xiàn)場供配礦方案

1.2.2.1 供配礦原理

首先利用前期建立的三維配礦模型，借助軟件通過分堆法對出礦礦房進行排列組合，篩選出符合目標(biāo)出礦品位的最優(yōu)配礦方案，然后嚴(yán)格按照配礦方案進行順序出礦。同時，考慮到礦山設(shè)計井下提升采用礦巖混提的生產(chǎn)組織模式，這將不可避免地導(dǎo)致礦石二次貧化［4］。為了將貧化降至最小，供配過程中采用礦巖分溜井倒料，礦石溜井、廢石溜井利用井下電機車分段投入主溜井，盡可能地在主溜井中擴大礦巖分段比例，使礦巖分離最大化。在提升過程中通過控制料位，實現(xiàn)礦巖分提，從而最大程度地降低二次貧化。

1.2.2.2 供配礦方案

井下現(xiàn)場作業(yè)時，以每個礦房為一個單元，按照礦巖分裝的原則，分2 步進行現(xiàn)場生產(chǎn)配礦，最后一步只要正常放礦即可。具體方案如下：

第一步，分裝分倒環(huán)節(jié)。每次礦房按照計劃進行爆破后，現(xiàn)場指揮人員先觀察爆堆掌子面的礦巖分布情況及礦石質(zhì)量情況，然后與日供配礦計劃進行對比分析，若礦料質(zhì)量情況與計劃不一致，及時報告現(xiàn)場值班領(lǐng)導(dǎo)，并進行現(xiàn)場調(diào)整；若礦料質(zhì)量與計劃一致，則立即安排鏟裝作業(yè)，并現(xiàn)場盯辦礦、巖分裝分運，即礦石全部倒入礦溜井，巖石倒入巖溜井。對于礦巖混合的情況，若巖石占比高于50%，則按巖處理，倒入巖溜井；若巖石占比低于50%，按礦處理，倒入礦溜井。

第二步，電機車配礦環(huán)節(jié)?？紤]到該礦提升設(shè)計采用礦巖混提的方式，溜井放料時，本著盡可能避免礦巖混雜的方式，先放空出礦水平所有的礦石溜井，倒入主溜井，再放空巖石溜井，倒入主溜井，依次不停地交替往復(fù)，屆時，在主溜井中會形成一段礦一段巖（圖7），屬于正?，F(xiàn)象，從而最大程度地避免礦巖混雜，減少了礦石二次貧化。

第三步，主井提升時，主溜井按順序正常放礦，箕斗正常提升即可。提升時原料通過1#皮帶，直接進入選廠的磁滑輪進行拋廢工序，從而最大程度地降低礦石二次貧化（表2），達(dá)到礦巖供配礦的最優(yōu)效果。

1.3 注意事項

（1）在礦石全部倒入礦石溜井的過程中，要結(jié)合前期三維配礦模型提供的各礦房礦石質(zhì)量數(shù)據(jù)，按照“貧富搭配，難易兼采”的原則，制定合理的日供配礦計劃，進行礦石搭配出礦，確保采場溜井的礦石品位在40%左右。

（2）在生產(chǎn)過程中，井巷工程副產(chǎn)廢石具備外排條件的必須外排。由于客觀條件限制，廢石確需倒入溜井時，必須向現(xiàn)場管理人員請示，統(tǒng)一調(diào)度。

（3）要及時根據(jù)各礦房和各溜井實際取樣化驗數(shù)據(jù)，及時調(diào)整各階段的配礦計劃。

（4）在利用三維配礦模型進行最佳供配礦方案篩選時，要確定出礦礦房編號，計劃出礦品位，各礦房最大占比、最小占比，各礦房變異系數(shù)等參數(shù)。

2 預(yù)警調(diào)整機制建設(shè)

為了確保供配礦方案有效落實，礦山成立了以地、測、采、選、設(shè)備為單位的礦石質(zhì)量管理小組，負(fù)責(zé)對供配礦過程中的礦石質(zhì)量變化情況進行全方位地跟蹤與反饋，并及時進行預(yù)警和方案調(diào)整。

根據(jù)業(yè)務(wù)能力進行職責(zé)分工，地測人員負(fù)責(zé)配礦方案編制以及礦房取樣分析工作。對當(dāng)月可能發(fā)生的出礦品位波動超過±4%的大致時間段進行預(yù)測，并對品位波動的原因進行仔細(xì)分析。發(fā)現(xiàn)品位波動較大時，提前通知采選技術(shù)人員，制定工藝調(diào)整預(yù)案；采礦人員負(fù)責(zé)編制中深孔爆破計劃、掘進計劃，并落實采礦計劃及現(xiàn)場供配礦方案，確保采場三級礦量均衡，為配礦方案調(diào)整提供有效空間［5］；設(shè)備人員負(fù)責(zé)根據(jù)配礦方案組織電機車裝礦和主井提升作業(yè)，確保嚴(yán)格執(zhí)行；選礦人員負(fù)責(zé)反饋入磨礦石質(zhì)量情況，并根據(jù)提前發(fā)布的礦石質(zhì)量預(yù)警信息及時組織工藝調(diào)整，確保金屬回收率，穩(wěn)定精粉質(zhì)量。

發(fā)生出礦品位大幅波動情況后，由礦石質(zhì)量管理小組組織調(diào)查和分析，在當(dāng)日內(nèi)提交供配礦的調(diào)整方案，并按照配礦調(diào)整結(jié)果對相關(guān)責(zé)任人員進行考核。

3 實施效果評價

經(jīng)過1 a 來井下供配礦試驗，基本證實基于三維技術(shù)的供配礦方案是可行的。從礦房貧化率實施效果對比結(jié)果來看，溜井+電機車配礦基本起到了穩(wěn)定礦石質(zhì)量、提升磨前品位的作用，為該礦帶來可觀的經(jīng)濟效益。同時，礦石質(zhì)量預(yù)警機制也在供配礦過程中多次實現(xiàn)品位波動的預(yù)警與調(diào)整，在選廠及時調(diào)整工藝后，未對精粉質(zhì)量產(chǎn)生影響，并迅速組織分析礦石質(zhì)量波動的原因，協(xié)調(diào)相關(guān)技術(shù)人員進行供配礦調(diào)整，穩(wěn)定出礦品位，貧化率從20%降至13%，選礦回收率也大大提高。

4 結(jié)語

借助三維建模技術(shù)預(yù)測各種不利因素已經(jīng)成為一種趨勢［6］。某矽卡巖型鐵礦面對復(fù)雜的水文、地質(zhì)條件，建立了大水礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)庫和三維配礦模型，開展了三維建模技術(shù)在供配礦方案制定上的應(yīng)用研究，成功解決了工作效率偏低、生產(chǎn)數(shù)據(jù)計算復(fù)雜等問題，大大提高了工作效率，面對復(fù)雜多變的礦巖分布及各類突發(fā)偶然因素，能夠及時應(yīng)對并快速調(diào)整配礦方案，穩(wěn)定礦石質(zhì)量，保證精粉質(zhì)量和產(chǎn)量。同時通過對溜井配礦方案的推行，在不增加工藝流程和物資投入的前提下，最大程度實現(xiàn)礦巖分離，為配礦方案的落實和穩(wěn)定礦石質(zhì)量打下堅實的基礎(chǔ)。這對于從三維技術(shù)角度研究地質(zhì)條件復(fù)雜的類似礦山提高礦石質(zhì)量管理水平、穩(wěn)定出礦品位，具有重要的現(xiàn)實意義和推廣價值。