武钢乌龙泉矿配矿方案研究.pdf
武钢乌龙泉矿配矿方案研究 ① 柯丽华, 何扬扬, 叶义成, 何新增 (武汉科技大学 资源与环境工程学院,湖北 武汉 430081) 摘 要 根据武钢烧结生产所需矿石质量要求,基于充分利用矿产资源的原则,建立了乌龙泉矿配矿数学模型,并提出了保证矿石 配矿质量稳定性的控制程序。 结合矿山月生产计划指标,圈定每月开采计划线。 考虑采场计划线内爆破工作安排,应用 3DMine 矿 山地质品位分布数字模型统计计划线内各爆区矿岩组分含量信息,采用资源高效利用配矿数学模型制定计划配矿方案和调整配矿 实施方案,保证矿石输出质量和数量,资源利用率提高了 16.09%。 关键词 质量中和; 配矿方法; 3DMine; 矿石品位; 资源利用 中图分类号 TD80-9文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2016.06.006 文章编号 0253-6099(2016)06-0022-04 Ore Blending Program for Wulongquan Limestone Open Pit Mine KE Li⁃hua, HE Yang⁃yang, YE Yi⁃cheng, HE Xin⁃zeng (School of Resource and Environmental Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, Hubei, China) Abstract In view of the ore quality requirement in Wugang sintering process, a mathematical model for ore blending was established based on the principle of full utilization of mineral resources, and an ore⁃blending program to ensure quality stability was proposed. Based on the monthly schedule of mining operation, a monthly mining zone was delineated. Based on the consideration of the blasting work arrangement in that monthly mining zone, a digital model of mine geology grade distribution with 3DMine was adopted to summarize the rock constituent contents in each blasting zone. Then, an ore⁃blending program was worked out by using the mathematical model of blending for utilization of resources effectively, and adjusted during the practical implementation to ensure the quality and quantity of ore output, leading to the resource utilization rate up by 16.09%. Key words quality balance; ore blending method; 3DMine; ore grade; resource utilization 按照武钢钢铁生产能力的需要和烧结用白云石指 标的要求,乌龙泉矿应供应白云石 110 万吨/ 年。 但自 武钢提高烧结用白云石 MgO 品位标准后,乌龙泉矿近 年来持续高强开采高品位白云石(MgO 品位高于 19%)。 由于排岩场容量的限制,低品位白云石(MgO 品位为 16% ~19%)和白云石级外品(MgO 品位低于 16%)大量积存于采场,造成东区采场失调,严重限制 了矿山白云石的生产能力,难以满足武钢钢铁生产需 要。 目前,乌龙泉矿面临着生产能力低、排岩困难、优 质矿石压矿、资源利用率低等问题[1]。 根据矿山地质 储量报告,乌龙泉矿采场内白云石级外品共计 3 272.35 万吨,若能将其正常生产输出并加以综合利用,不仅变 废为宝,大大提高矿山资源利用率,而且可以减少矿山 排岩费用和提高矿山经济效益。 可见,提高乌龙泉矿 资源利用率是势在必行的关键工作。 为此,本文针对矿山矿石输出的质量要求,对采场 配矿技术进行研究,提出基于资源高效利用的配矿数 学模型;利用 3DMine 矿山地质品位分布数字模型统 计开采范围内的矿岩品位信息;结合月生产指标和贫 化损失控制要求,建立保证矿石输出质量和配矿方案 有效性的控制程序;结合矿山实际爆堆取样数据实测 值,合理地确定剥离范围及剥离量,并制定配矿方案, 为提高乌龙泉矿生产能力和矿山资源利用率提供有效 方法。 ①收稿日期 2016-06-14 基金项目 国家自然科学基金资助(51204127);湖北省科技支撑计划(2014BCB033) 作者简介 柯丽华(1974-),女,湖北鄂州人,硕士,教授,主要从事采矿工程系统优化教研工作。 通讯作者 叶义成(1960-),男,湖北汉川人,硕士,教授,主要从事采矿工程系统优化教研工作。 第 36 卷第 6 期 2016 年 12 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.36 №6 December 2016 万方数据 1 基于矿石输出质量要求的配矿数学模型 配矿数学模型的建立是矿山配矿工作的核心工作 之一。 矿山企业根据实际工作要求,多采用目标规 划[2-3]、线性规划[4]、整数规划[5]等方法,基于运距或 运输成本最小、配矿后金属量偏差或矿石品位偏差最 小、出矿量最大、矿石的平均收益率或综合利润最大和 运输功最小等不同的目标函数及其约束条件建立配矿 数学模型[6-9]。 由于乌龙泉矿矿床具有白云石和石灰石互层的特 征,白云石级外品的 MgO 品位虽然低于工业品位要 求,但是其 CaO+MgO 合度平均值约为 50%。 武钢烧 结矿生产的试验研究结果显示,烧结所需白云石原矿 的质量要求为白云石(低镁)MgO 品位不低于 15%, SiO2含量不超过 4%,粒度为 10~100 mm;白云石(白 互)MgO 品位为 10%~14%,SiO2含量不超过 4.5%,且 CaO+MgO 合度不低于 50%,粒度为 20~80 mm。 为了最大限度地增加乌龙泉矿低品位白云石和白 云石级外品的使用量,基于武钢烧结生产所需白云石 原矿的质量要求,建立乌龙泉矿配矿数学模型,以有效 提高乌龙泉矿资源利用率 Z = min ∑ m i = 1 Xi+∑ n j = m+1X j ∑ p k = n+1X k (1) ∑ m i =1 (Ai +B i)Xi +∑ n j =m+1(A j +B j)Xj +∑ p k=n+1(A k +B k)Xk ∑ m i =1 Xi+∑ n j =m+1X j +∑ p k=n+1X k ≥α (2) ∑ m i = 1 BiXi+∑ n j = m+1B jXj +∑ p k = n+1B kXk ∑ m i = 1 Xi+∑ n j = m+1X j +∑ p k = n+1X k ≥ β(3) ∑ m i = 1 CiXi+∑ n j = 1 CjXj+∑ p k = 1 CkXk ∑ m i = 1 Xi+∑ n j = m+1X j +∑ p k = n+1X k ≤ γ(4) 0 ≤ Xi≤ Mi 0 ≤ Xj≤ Mj Xk = M k (5) (1 ≤ i ≤ m; m + 1 ≤ j ≤ n; n + 1 ≤ k ≤ p) 式中 Xi,Xj,Xk分别为石灰石、白云石和白云石级外品 等三类矿岩的出矿量;Ai,Aj,Ak分别为石灰石、白云石 和白云石级外品等三类矿岩氧化钙品位;Bi,Bj,Bk分 别为石灰石、白云石和白云石级外品等三类矿岩 MgO 品位;Ci,Cj,Ck分别为石灰石、白云石和白云石级外品 等三类矿岩 SiO2含量;α,β,γ 分别为矿石 CaO+MgO 合度、MgO 品位和 SiO2含量标准值;Mi,Mj,Mk分别为 石灰石、白云石和白云石级外品等三类矿岩的最大出 矿量。 该配矿模型中,基于最少的优质熔剂矿石用量,充 分对低品位白云石和白云石级外品进行配矿,建立目 标函数 Z(式(1))。 由于乌龙泉矿产出矿石质量必须 满足输出矿石 CaO+MgO 合度、MgO 含量和 SiO2含量 要求,故建立 CaO+MgO 合度、MgO 含量和 SiO2含量的 约束条件(式(2) ~(4))。 基于工作面出矿量限制,建 立采场约束条件(式(5))。 考虑矿石贫化的影响,优化 确定配矿数学模型的基本参数为α=52%,β=15.5%~ 17.5%,γ=4.5%(低镁白云石);α=52%,β=11%~14%, γ=4.0%(白互)。 2 配矿质量稳定性和配矿方案有效性 的控制程序 为保证配矿质量的稳定性和完成生产指标,必须 基于准确可靠的矿床地质品位信息和充足的待配矿岩 数量。 因此,建立以下配矿质量控制步骤 1) 根据矿山地质报告和勘探线钻孔信息,建立基 于 3DMine 的矿山地质品位分布数字模型,为配矿工 作提供可靠矿岩品位统计信息。 2) 基于 3DMine 的矿山地质品位分布数字模型, 结合采场月末线和损失贫化控制要求,扩大月生产计 划指标 5%~10%圈定每月拟采范围,保证足够的矿岩 数量以利于配矿需要。 3) 利用 3DMine 矿山地质品位分布数字模型,统 计拟采范围内矿岩中 CaO、MgO、SiO2的含量分布信 息,合理设置矿岩的 MgO 截止品位(一般为 5%),确 定矿岩剥离范围及剥离量,采用基于矿石输出质量要 求的多组分综合品位配矿数学模型制定计划配矿方 案,满足配矿的质量要求和矿山月生产计划指标。 4) 结合采场爆破工作安排,利用 3DMine 矿山地 质品位分布数字模型统计分析每月各爆区内矿岩中 CaO 品位、MgO 品位和 SiO2含量的分布信息,合理调 整矿岩 MgO 的截止品位。 5) 基于矿岩 MgO 的截止品位和炮孔取样实测数 据,确定每一爆堆的矿岩剥离范围及剥离数量;基于各 个爆堆矿石产出情况,采用配矿数学模型调整和优化 采场配矿方案,保证配矿质量要求和白云石(低镁、白 互)的实际产出量符合矿石输出质量要求。 32第 6 期柯丽华等 武钢乌龙泉矿配矿方案研究 万方数据 建立上述实施程序以保证配矿质量稳定性和配矿 方案的有效性。 结合矿山生产计划指标和采场爆破工 作实际情况,制定配矿计划方案和优化调整配矿方案, 可以有效保证熔剂矿石产品质量和数量,提高矿产资 源利用率。 3 配矿方案的制定与优化 3.1 生产计划配矿方案的制定 根据乌龙泉矿 2015 年 6 月底东区采场月末线和 矿山月生产计划指标,该矿 2015 年 7 月东区采场安排 为东区+55 m 水平生产白云石(白互)1 万吨,+43 m 水平生产白云石(低镁)8.5 万吨、白云石(白互)4.5 万 吨。 因此,确定东区采场+55 m 水平开采区域约为 325.0 m2,+43 m 水平开采区域约为 4 120.0 m2。 根据 采场工作线布置情况,矿山 7 月拟定开采计划线如图 1 所示,计划开采范围内矿岩品位统计信息如表 1 所示。 图 1 开采计划线位置及其矿岩 MgO 品位分布 表 1 乌龙泉矿计划线内矿岩组分信息 位置 / m MgO 品位 / % 体积 / m3 矿岩量 / 万吨 含量/ % CaOMgOSiO2CaO+MgO 合度 [5,15)17 2504.6640.99 12.141.0653.13 +43 [15,22)3 262.59.0435.35 17.330.5452.68 小计50 737.513.7037.27 15.560.7252.83 +55 [10,14)4 5501.2337.74 11.727.7449.46 由表 1 可知,乌龙泉矿 2015 年 7 月份计划线内 +55 m水平开采矿岩 1.23 万吨,MgO 品位为 11.72%, SiO2含量 7.74%,属于二氧化硅含量较高的白云石 (白互),需要配矿;+43 m 水平矿岩总量约为 13.70 万 吨,MgO 品位为 15.56%, SiO2含量 0.72%,可作为白 云石(低镁)输出。 根据矿山品位分布模型图,+43 m 水平开采范围内白云石(低镁)与白云石(白互)分布 界线明显,可分别布置爆破区域采出白云石(低镁) 9.04 万吨和白云石(白互)4.66 万吨。 经计划配矿后 (见表 2),按 3 ∶1配矿两个水平产出白云石(低镁) 9.04 万吨,白云石(白互)5.89 万吨(配矿产出白互 4.92 万吨),矿石量共计 14.93 万吨,可以完成 7 月计 划指标。 表 2 乌龙泉矿计划配矿方案 配矿 方案 开采 水平 矿量 / 万吨 矿石品位/ % CaOMgOSiO2CaO+MgO 配矿前 +43E3.69 40.9912.141.06 +55E1.23 37.7411.727.74 配矿后4.9240.1812.042.7352.22 3.2 配矿方案的实施调整与优化 3.2.1 实际爆破区域矿岩组分信息统计 根据乌龙泉矿 2015 年 7 月生产计划制定和实施 爆破方案,7 月开采范围内安排的爆破区域有 56#爆 区、57#爆区、58#爆区、59#爆区、61#爆区、62#爆区和 65# 爆区,分别位于+43 m 水平和+55 m 水平。 根据 MgO 截止品位 5%和实际爆孔取样实测数据,最终确定各爆 破区域的剥离量为 0,各爆破区域内矿石各组分含量分 布信息如表 3 所示,其矿岩 MgO 品位分布见图 2。 表 3 乌龙泉矿计划线内各爆区矿岩组分含量信息 爆堆 编号 矿岩总量 / 万吨 输出量 / 万吨 含量/ % CaOMgOSiO2CaO+MgO 合度 处理意见 56#2.262.2635.25 17.770.5452.52 配矿或输出 白云石(低镁) 57#2.242.2438.02 15.280.6453.30 配矿或输出 白云石(低镁) 58#2.382.3841.69 9.385.7751.07待配利用 59#1.921.9241.26 11.970.9753.23 输出白云石 (白互) 61#3.233.2340.43 13.301.0053.23 配矿或输出 白云石(白互) 62#1.331.3336.77 15.661.0952.43 配矿或输出 白云石(低镁) 65#1.431.4338.95 13.891.8552.84 配矿或输出 白云石(白互) 合计14.7914.79 图 2 乌龙泉矿计划线内各爆区矿岩 MgO 品位分布 可见,乌龙泉矿 2015 年 7 月实际爆破区域内矿岩 42矿 冶 工 程第 36 卷 万方数据 MgO+CaO 平均合度均大于 50%,仅 58#爆堆 SiO2含量 不满足要求。 根据矿山地质品位分布信息和爆孔取样 实测数据可知,除 58#爆堆待配利用外,其余爆堆可以 作为矿石输出或用于配矿。 3.2.2 配矿方案优化和调整 根据计划线内各爆堆矿岩信息及处理方案,结合 采场计划指标,优化和调整配矿方案,具体配矿安排 为实施 56#爆堆和 61#爆堆按 1∶1配矿产出白云石(低 镁),56#爆堆和 65#爆按 1 ∶1堆配矿产出白云石(低 镁),58#爆堆和 61#爆堆按 1 ∶1配矿产出白云石(白 互),各爆堆配矿结果及配比见表 4。 表 4 乌龙泉矿配矿方案优化及调整 阶段 配矿 方案 爆堆 编号 矿量 / 万吨 矿石品位/ % CaOMgOSiO2CaO+MgO 1 配矿前 56#0.8535.2517.770.54 61#0.8540.4313.301.00 配矿后1.7037.8415.540.7752.88 2 配矿前 56#1.4135.2517.770.54 65#1.4338.9513.891.85 配矿后2.8437.1015.831.1652.68 3 配矿前 58#2.3841.699.385.77 61#2.3840.4313.301.00 配矿后4.7641.0611.343.3952.15 经过配矿后,2015 年 7 月乌龙泉矿采场共产出矿 石 14.79 万吨,其中白云石(低镁)8.11 万吨(计划指 标 8.5 万吨),白云石(白互)6.68 万吨(计划指标 5.5 万吨),基本完成 7 月生产计划指标。 计划线内矿岩 MgO 品位分布实际情况与地质资料和数字模型反映 的信息吻合程度较高,与矿床计划线内断层较少的地 质赋存特征相符。 但因计划线内局部矿岩 MgO 平均 品位实际值略有降低,导致白云石(低镁)实际产量略 低于计划指标,白云石(白互)高于计划指标。 采场实 际矿石产出量均满足烧结矿生产矿石需求量,经过配 矿后,58#爆堆(白云石级外品)得到了充分利用,资源 利用率提高了 16.09%,达到了 100%。 4 结 论 1) 根据武钢烧结生产所需白云石原矿的质量要 求,以提高乌龙泉矿矿产资源利用率为目的,基于产出 矿石 CaO+MgO 合度条件,建立了乌龙泉矿配矿数学 模型,并制定了保证矿石配矿质量稳定性的控制程序, 以利于控制矿石输出质量。 2) 充分利用 3DMine 矿山地质品位分布数字模型 的矿岩品位统计功能,对计划线内矿岩组分品位分布 信息进行统计分析,合理确定了开采范围内的剥离范 围和剥离量;综合考虑贫化和损失的影响,利用基于资 源高效利用的多组分综合品位配矿数学模型,制定符 合乌龙泉矿月开采计划要求的配矿方案。 3) 根据计划线内局部矿岩品位变化情况,调整和 优化采场配矿方案56#爆堆和 61#爆堆按 1 ∶1配矿产 出白云石(低镁),56#爆堆和 65#爆堆配按 1 ∶1配矿产 出白云石(低镁),58#爆堆和 61#爆堆按 1 ∶1配矿产出 白云石(白互)。 乌龙泉矿 2015 年 7 月采场共产出矿 石 14.79 万吨,其中白云石(低镁)8.11 万吨(计划指 标 8.5 万吨),白云石(白互)6.68 万吨(计划指标 5.5 万吨,配矿生产白互 4.76 万吨),基本完成月生产计划 指标,满足当月矿石输出要求。 4) 采用本文所建立的配矿数学模型和配矿质量 控制程序,不仅保证了矿石输出质量和产量,而且提高 了配矿效率,也减少矿山资源损失。 乌龙泉矿 2015 年 7 月矿山资源利用率提高了 16.09%,达到 100%。 参考文献 [1] 柯丽华,叶义成. 乌龙泉矿生产问题及对策研究[J]. 化工矿物与 加工, 2014,43(7)37-39. 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