铝土矿“四分”工艺可采决策模型及关键技术研究

吴定洪，邵国君，邓 荣，王晓阳，邰志清，董玉芳

(1.国家电投集团贵州遵义产业发展有限公司， 贵州 遵义市 564305；2.天地(常州)自动化股份有限公司， 江苏 常州市 213015)

0 引 言

为了保证铝土矿最大限度地保持矿石的原始特性，降低矿石的贫化率，提出了“四分”工艺开采技术，即按照铝土矿不同的品位区间进行分采、分运、分装、分储，以提高铝土矿的高效开采。铝土矿石的品位分为3个区间，其中高品位区AL/SI≥8.0；中间品位8.0>AL/SI≥7.0，7.0>AL/SI≥6.0，6.00>AL/SI≥5.0；低品位区5.0>AL/SI≥3.8，AL/SI<3.8，其中高品位矿石按含硫量分为高品高硫、高品低硫进行分区存储。

“四分”工艺开采技术是充分利用数字化技术的适时品位检测、信号传输等技术手段实现分采、分运、分装、分储等功能，保证矿石原生态，避免了由于无序开采造成矿石混合而导致矿石质量大幅下降。

1 分采概述

“四分”法的核心就是分采，只有实现了不同品位矿石的分采，才能保证矿石的原生状态，充分利用分运、分装技术送至氧化铝场地进行分储。最后利用数字化配矿模型进行矿石智能化配矿，达到矿石最大化利用，获取最大效益。

分采的含义是在回采前通过采样化验对工作面矿石品位进行确认，并按照不同的品位区间在工作面斜长上划分为若干开采区段。根据不同品位区间的实际参数调整采矿机等设备的运行参数，制定当期工作面开采方案，回采时对不同品位区间矿石进行分采与控制，实现从回采工作面到地面矿仓联动运行与控制。在推采过程中利用快速光谱检测手段适时检测工作面不同开采区间矿石品位变化情况，并与滴定化验结果进行比对。若偏差较大时需及时向地面生产调度指挥中心汇报，并及时变更开采方案。

2 分采工艺研究设计

(1) 矿石开采前进行矿石品位采样分析(采用刻槽取样或快速品位检测仪表)，建立矿石采样分析数据表；

(2) 三维采矿软件根据采样分析数据表建立矿石品位三维模型(选择符合需求的三维采矿软件)；

(3) 开采前技术人员根据工作面品位三维模型(软件可对选取范围加权计算矿石的综合品位)，并结合工作面实际情况，制定工作面开采方案。开采方案包含文字类说明(技术人员录入)以及矿石开采品位分段图，开采方案经总工程师审核后通过平台发布给管理和作业人员对方案进行学习；同时矿石开采品位分段图的分段位置、分层位置的相对坐标传输至分采监控软件。

(4) 作业人员在开采前对开采方案进行查验后操作采矿机进行采矿，分采监控软件实时读取采矿机的位置、摇臂高度等相关信息，软件自动判断当前开采矿石的品位信息；当采矿机行进至分段区域时，发出采矿机牵引闭锁命令，一段时间(约30 s，可修正)后解除闭锁继续牵引采矿。

3 矿石品位检测手段研究

实现工作面不同品位矿石的分采首先必须要做好工作面矿石的采样化验、分析，准确掌握工作面矿石品位分布情况，并依此制定可行的工作面开采方案。因此，对工作面矿石初始品位的化验非常重要。结合铝土矿石物理、化学性质和综采工艺的特性，采用“刻槽取样法”进行工作面矿石采样化验、分析，最大限度的掌握矿石赋存的品位。并配以“快速光谱检测手段”进行辅助，确保矿石品位结果的准确性。

3.1 刻槽采样研究

采样范围：采矿前根据采面倾斜长度，在当前工作面中按矿石明显变化标识划分若干块段，按所采样品的加权平均值作为该段的初始矿石品位。若工作面矿石质量较为均匀或无明显变化，则按20 m间距均匀布置采样点进行采样。

采样间距：样品采集在采面分段中进行，按20 m(暂定)间距采取；若分段长度小于10 m，则采取1件样品。

采样规格：样品采集利用机械刻槽，要求槽边整齐，深度一致，样槽垂直布置(采矿体铅厚)，规格为10 cm×5 cm或10 cm×3 cm，如图1所示。

图1 刻槽采样

样品送检：工作面刻槽采集的样品必须立即包装并贴上明确标识，立即派专人乘坐交通工具送交地面化验室进行处理。

3.2 快速检测研究

通过对国内外矿石品位快速检测技术的初步调研和了解，选取了国外便携式X荧光分析仪对铝土矿矿样进行实验室分析对比。采集了瓦厂坪铝土矿、大竹园铝土矿井下工作面多组不同品位的矿样，分别用不同的手持仪对铝土矿样中的Al2O3、SiO2、Fe2O3、S四种元素含量进行测定。

经过多次实验，初步取得了较理想的检测结果，对实验室加工后矿粉中的Al2O3、SiO2元素含量测定的平均误差控制在5%左右，对未加工的块状矿样中Al2O3、SiO2元素含量测定的平均误差控制在10%左右。

矿石品位快速检测仪所使用的数据格式为Excle/Csv，可通过USB数据线/蓝牙/U盘/无线网络等方式将数据读取出来。

4 采矿设计软件功能研究

项目中主要选用较为成熟的三维采矿设计软件，其具备地质建模、地测数据导入、品位模型、采矿设计、绘图打印等基本功能，另外需要为铝土矿的分采进行功能定制开发。

(1) 根据分采工作面的矿石品位化验结果，生成生产采样的分析模型。对采样模型进行分析处理，辅助工程师根据矿石品位最优策略制定开采方案，开采方案以文字、图形等形式展现。

(2) PC机等办公工具能根据客户权限登陆软件平台，查看分采方案的相关内容。软件的块体模型能显示相关位置的块体信息，表达品位变化。

(3) 三维矿业软件能获取采矿机位置信息并实现工作面推进情况的联动展示。具有工作面推进距离人为修订功能，以便于采掘计划及开采方案的动态制定。

5 监控软件主要功能研究

(1) 采集三维采矿软件的矿石品位分段分层相对位置信息，建立工作面开采模拟图型界面。

(2) 采集采矿机的运行状态、运行位置、摇臂高度等相关信息，建立采矿机状态的组态图形界面。

(3) 根据采矿机信息、工作面开采模拟图形界面，判断得出当前开采矿石的品位信息。

(4) 具有根据位置信息判断发出闭锁命令的功能。

(5) 具有采/掘联动的多种控制策略(见图2)。

“回采优先”策略：优先采矿机采矿，掘进机等待，当采矿机运行时，实现掘进机闭锁，确保采矿机运行时矿石的及时运输。

“掘进优先”策略：优先掘进机掘进，采矿机等待，当掘进机运行时，实现采矿机闭锁，确保掘进机运行时掘进矿石的及时运输。

“采掘联动”策略：两种设备可同时工作，当采矿机与掘进机所采矿石的品位在可混料范围内时，允许两种设备同时工作。

(6) 存档功能，能够将现场运行历史数据、报警信息等存入数据库，以便于随时进行历史数据查询。

(7) 具有权限管理功能，系统操作方便，使用简单，对操作员设有权限管理。

(8) 软件具有标准的信息集成接口及协议，能实现与综合管控平台的集成，通过权限发布，可使不同权限的各类管理人员了解分采系统的各类信息。

图2 采掘策略

6 结 语

对分采工艺方案进行研究，梳理了整个分采方案的工艺流程，可应用采矿机实现铝土矿石按照品位区间的分段分层开采；矿石品位检测的研究为分采提供了准确的矿石品位分段、分层数据，为三维建模、技术人员制定方案提供了数据基础，采矿设计软件的研究为分采提供了图形化的工具，通过采矿设计软件使开采方案的制定，工作面的分段、分层，开采方案的演示更加效率便捷，监控软件的研究为分采提供了系统之间的集成，实现了采矿机的监测、开采方案集成，多种联动控制策略的保障，为分采方案的运行提供了全过程的监控。该研究能保障分采方案的执行，实现最大限度的保持矿石的原始特性和降低矿石的贫化率，促进铝土矿石的最大化利用，同时在铝土矿山采用四分工艺开采与矿井综合自动化系统相结合，可显著提高矿井的生产效率、管理水平，最终实现机械化、自动化的目标。

参考文献：

[1]李 昊.中国铝土矿资源产业可持续发展研究[D].北京：中国地质大学(北京)，2010.

[2]李宏建.应用分层分级开采技术控制铝土矿贫化损失试验研究[D].南昌：江西理工大学，2011.

[3]文 舰.贵州铝矿山现状及发展对策[J].轻金属,2004:05.

[4]郭晓凯.煤矿综合机械化采煤工艺浅探[J].才智,2012:20.

[5]罗周全，古德生.地下矿山连续开采技术研究进展[J].湖南有色金属,1995:02.

[6]宁 宇.我国煤矿综合机械化开采技术现状与思考[J].煤矿开采，2013:01.

[7]张寿涛.3DMine矿业工程软件在胜利露天煤矿的应用[J].露天采矿技术,2011:04.

[8]郭 强.基于3DMine的三维矿山模拟研究[D].太原：太原理工大学,2012.

[9]劳婧华，余东明.矿体三维模拟技术中的空间数据插值方法[J].大众科技,2008:08.