大宝山矿大均化智能配矿系统研究

陈光木，赵一霏，陈建宏，尹关华，杨珊

(1.大宝山矿业有限公司， 广东 韶关市 512128；2.中南大学 资源与安全工程学院， 湖南 长沙 410083)

0 引言

广东省大宝山矿区是一个以铁、铜矿石为主要材料的大型多金属矿区，褐铁矿体的矿量大致为2000 万t，是矿区上部的主框体；下部地层为大规模的铜硫酸盐矿体，储量2800 余万t，并伴随着钨、钼、金、银等多种珍贵的稀有金属及其他贵金属。大宝山矿业有限公司就是在此地区开采浅部的铁、铜矿石资源，开采方式主要是露采。

在目前的社会主义市场经济中，矿山企业须能够顺应市场，明确并满足客户的需要，开发出优质的矿产品，提高自身的市场竞争力。对于原材料矿，其质量主要表现为可用性与经济效益。配矿工艺就是一种对矿石品质进行规划、管理的技术手段。采用先进的配矿工艺技术来组织各种矿石的生产，可以很好地平衡矿石品位，尽可能多地开采贫矿，取得一定的经济效益[1]。

矿石质量的管理与控制是一个大的、繁复的系统工程，是矿山企业的基础环节，也是控制成本的核心环节，产量和质量的要求都要抓，在可波动的范围内实现矿山企业生产所要求的矿石成份要求目标[2]。配矿是将矿石送去加工之前的必要过程，是指矿山按照计划，根据一定的比例搭配混合同类型不同品级（或品位）的矿石，达到规定要求的矿石质量标准[3−4]。按需要对低品位矿石进行配矿处理并利用，提高一些劣质矿石的品位，这对于矿山企业降低生产成本、增加经济收入，实现矿山的可持续发展有非常重要的意义[5]。

本文提出一种新型智能配矿系统，即大均化联合配矿系统，目标是通过对大宝山各矿区资源分布情况进行分析，开发多矿区联合配矿信息平台。它分为3 个大环节：采场配矿、堆场配矿、选矿均化配矿。大均化联合配矿系统根据矿山的生产计划要求，通过建立和集成配矿相关的各个生产数据管理功能，建立合理的配矿模型以满足出矿量与矿产品质量两方面主要技术指标，在各矿区及存矿点等生产条件的约束下，采用科学的优化算法对配矿模型进行解算，从而生成符合实际的配矿指令单，实现大宝山大均化联合配矿管理的自动化，在充分利用宝贵矿资源的前提下，满足公司矿产品生产的质量要求。

大宝山矿业公司大均化配矿及生产数据集成共享平台是为提高矿山生产和配矿管理水平而开发的企业管理类应用软件系统，将现代计算机科学技术、统计学融入矿山生产管理中，针对矿山生产的多个流程数据进行收集、存储、提炼、传输、汇总以及分析处理，是现代矿山配矿管理和生产管理一体化管理的信息系统。

1 大宝山矿配矿技术分析

1.1 配矿现状

大宝山矿业公司现有的配矿技术方法主要依据采场资源数据进行手工计算，通过堆场进行配矿，如果出现入选品位偏差较大，则进行二次配矿，公司生产技术部控制的入选品位为0.47，要求满足入选品位波动幅度不大于±10%，控制铜精矿品位大于17.5%。技术方法基本上采用人工，工作精度和效率较低，目前，质检化验及地磅等生产数据及指标基本上采用电话、微信或EXCEL 电子表进行传输，经常出现无法确认、跟踪和查询的情况，出现问题追责缺乏依据，手工记录效率低、精度差，因此，迫切需要建立一套可行的大均化配矿及生产数据实时采集、共享生产信息共享平台。

大宝山矿区内矿床的分布广泛，埋藏浅，因此比较适合露天开采，但由于矿体形状复杂，其厚度、含矿率、品位波动较大，因而增加了该类矿床采矿和配矿的难度。均化配矿必须建立在采矿配矿和选矿配矿的基础上才能真正实现对矿石的均化，使供给铜矿品位和矿石量均衡、稳定。

1.2 配矿存在的问题

大宝山矿区在配矿方面存在的问题主要体现在供矿铜矿品位波动较大，如何控制入选铜品位的波动是当前企业的一大难题。从采矿系统的角度来看，只开采或过多优先开采高质量的矿石会导致日后采矿的复杂性，降低矿山寿命，增加投资，提高成本，更重要的是还降低了资源的综合利用率。矿石平均品位波动对企业的影响见图1。因此，应从整个采矿、选矿和冶金生产系统中整体优化，使矿石质量均衡。

图1 矿石品位波动的不利影响

从大宝山整个配矿流程来看，供矿品位的控制可通过采矿配矿、堆场配矿及二次配矿进行控制，同时对短期的采剥计划进行严格控制和管理，包括化验、运输等信息的反馈。采矿配矿和选矿配矿都可以通过构建合理的配矿数学模型，结合计算机的计算能力，得到符合生产要求的供矿品位。总体看来，配矿存在的主要问题如下。

（1）客观条件影响采矿计划，不能均衡出矿。

（2）配矿计划要求高，超出实际，高、中、低分配不均衡。

（3）运输环节影响较大，出车分配不合理，运矿集中无法实现高、中、低均匀卸料。

（4）实际供矿与计划之间差异大、波动大。

（5）卸矿随意性大，无法实现高、中、低矿石均匀下堆；卸矿仓卸料不畅。

（6）堆场库存不足，无法满足入选铜矿质量需求。

（7）取样不完善，不具有代表性，监测结果误导决策。

（8）矿石贫化亏损较大。

1.3 配矿的流程及原则

对于现代化的矿山企业来说，做好生产进度和配矿之间的关系计划是十分重要的。Mark Gershan认为要想使长期生产方案获得最优的结果，只靠短期的配矿方案是不行的，必须要以长期方案为前提，才能确定周或月的生产方案，同时由此提出了生产工作中配矿优化的程序[6]。其原则流程一般如图2 所示。

图2 配矿优化流程

在此基础之上，矿山配矿过程中在细节方面还应遵循以下5 个基本原则。

（1）加入多少低品位矿石的数量是由一定的条件决定的，使由此降低品位的高质量矿石品位仍达到可被使用的规定；

（2）两类矿石当品位和特点差距相当大时，不能搭配进行配矿；

（3）加工利用的方式不同会导致自然、工业类型不相同的矿不能进行配矿；

（4）粒度相差过大的矿石不能配矿；

（5）耐火材料及某些利用其特殊物理性质的矿石，一般不配矿。

1.4 配矿计算方法

为了使不同品位矿石搭配后能满足一定的要求，应进行一定的计算，使品位不一的矿石可以配矿。分情况采用不同的计算方法[7−8]。

1.4.1 不同品级矿石配矿的计算

在采场等场所配矿时，要把几种不同矿石加以搭配，需计算每个采区的配矿能力系数：

式中：Fi为各采区配矿能力系数；Di为各采区计划采矿量；Ci为各采区预计平均品位；C为要求达到的品位指标。

若Fi是正值，可与相应数量低品位矿石进行配矿；若为负值则相反。

务必使各采区配矿能力的系数之和满足以下要求：

（1）当进行有益组分配矿时需满足以下要求：Fi=F1+F2+…+Fn大于等于0；

（2）当进行有害组分配矿时需满足以下要求：Fi=F1'+F2'+…+Fn'小于等于0，满足不了上述条件，则需重新调整其中某一采区的产量。

1.4.2 两种矿石配矿时的计算

可利用式（2）求出所需配矿的低品位矿量：

式中，D为高品位矿石量；C为要求达到的品位指标；C1为高品位矿预计采出的平均品位；C2为低品位矿预计采出的平均品位。

1.4.3 目前在实际工作中的计算

根据各爆堆的矿量和品位情况，在考虑矿石贫化率的基础上，采用各爆堆元素金属量加权平均进行计算，若满足不了指标要求，需调整各爆堆的比例系数（一般爆堆个数不大于6 个）。

1.5 配矿的步骤及所需资料

配矿工作融会贯通于矿石开采输出的全部环节，可以灵活搭配不同质量矿石，使其达到规定要求的质量标准。配矿步骤如图3 所示。

图3 配矿步骤

以露天采矿的配矿步骤加以说明。

（1）地质测量资料的准备：采场的各类地质图件、采矿范围矿石量的计算及品位变化、采场综合平面图、潜孔穿爆块段图、现场工作面分析结果等。

（2）采矿设计和采剥作业计划：首先必须充分了解采场地质资料，并由此设计配矿方案，根据不同的需要安排各台阶、矿块矿石的采矿方向、出矿顺序及产量比例。

（3）矿块爆破时按需要布置爆破范围，选择合理爆破顺序。

（4）出矿时配矿：由各出矿点出矿特征相应安排不同的顺序和数量，可以对矿车进行分组和编号处理，以达到最佳的配矿目的。

（5）堆场倒矿：指挥对不同品级的矿车进行倒矿，尽量使矿石逐层分布均匀。

在此基础之上，矿山在进行配矿前还应收集配矿所需的各类资料，见表1。

表1 配矿所需的资料

1.6 影响配矿工作的因素

矿山配矿工作受各类因素影响，包含地质因素、化验分析测试因素、采矿因素以及配矿管理方面的影响，主要内容见表2。

表2 影响配矿工作的因素

其中，配矿管理方面的因素为主要影响因素，包含3 方面的管理。

（1）采场矿石品位管理。露天采场矿石质量安全管理较为复杂。其主要环节包括爆破块段管理：根据台阶可采矿量水平切面图划分矿岩、矿石品级和类型界线，在现场采用一定标志（小旗、红色塑料袋等）表示其分界线位置，指导分穿、分爆工作；爆堆管理：利用爆破块段矿石质量图，同样在现场设置标志矿岩、矿石品位或类型界线，指导分铲、分装工作；出矿与倒矿管理：按配矿指令，协调运矿车辆、调整爆堆出矿位置、指挥监督矿车倒矿顺序、统计数据等，指导配矿生产。矿石质量检查：及时对爆堆、矿堆进行生产取样与质量检查取样，完成配矿管理台账，做好配矿质量的反馈。

（2）二级矿量的管理.井下矿山：开拓、采准、备采三级；露天矿山：开拓、备采二级；二级矿量保有期的确定。

（3）配矿监督管理。建立配矿监督管理制度；明确各部门所分担的管理工作；明确并严格执行监督考核方案。

2 大均化智能配矿研究的主要内容

通过研究大宝山矿业公司铜矿资源矿量、品位分布、生产能力及回采现状，结合选矿工艺所需质量要求，开发大均化联合配矿计算机管理系统及生产数据集成共享平台。实现大宝山采区及采场均衡出矿，使入选铜品位稳定在0.47，供矿铜品位的波动幅度控制在±10%范围内。技术路线见图4，主要研究内容包括8 个方面。

图4 技术路线

（1）建立矿山生产基础信息数据库，为配矿及矿石质量控制提供可靠的矿石储量和矿山工程基础数据。

（2）结合公司生产经营计划和配矿要求，制定矿山年度、月度生产计划。

（3）根据配矿要求与矿山月度计划，制定各采场月度、旬、日生产计划。

（4）根据各采区日生产计划产量、质量指标要求，按照采场矿体品位、厚度、倾角等赋存状况及回采现状，确定配矿方案，实现采场均衡出矿。在此基础上制定并下达各作业采场出矿指令。

（5）供矿管理方式及配矿现场调度模式研究。包括：现场调度模式、结果预测、配矿供矿过程矿石的均化性控制。

（6）根据生产计划的供矿品位、供矿量、矿堆库存矿品位进行配矿计算，得出现场出矿工作的供矿指令单，实现自动计算及手工调整。自动计算模型中包括定量配矿、最大量配矿、全部加权平均3 种计算模式。

（7）供矿管理模式的计算机实现。配矿管理模块的开发研究，包括：供矿管理模块开发、数据查询模块开发、配矿统计报表模块开发。

（8）实现质检化验、地磅、生产调度信息的实时采集、共享及动态发布。

3 系统特点和功能

3.1 基本功能

系统的目的是通过对矿业公司矿区资源分布情况进行分析，开发多矿区大均化联合配矿信息平台。根据矿山的生产计划要求指标，在各矿区及采场的生产条件约束下，采用科学的优化算法对配矿模型进行解算，从而生成符合实际的年生产计划、月生产计划及日生产计划表，实现矿业公司大矿区均化联合配矿管理的自动化，在充分利用低品位铜矿资源的前提下，满足公司选矿生产的质量要求。系统将根据采场矿体赋存状况及回采现状确定配矿方案，实现采区及采场均衡出矿，满足铜矿供矿品位的稳定与均衡。

系统采用先进的 ASP.NET 开发工具及SQLSERVER 数据库平台，建立大宝山大均化联合配矿管理系统，该系统拥有矿山基本信息数据库、配矿计划管理、生产调度管理等重要功能，为矿山建立了一个快速、便捷的配矿管理平台，便于矿山进行统一的配矿管理。

3.2 技术特点

（1）便于用户掌握软件操作。系统遵循软件设计原则，不仅实现了界面美观明了、操作简单直接，而且容错率较高，用户能在短时间内掌握该 系统。

（2）灵活方便的多种接口形式。随着IT 技术与信息技术的发展，矿业开发了多种计算机系统。为避免各系统的信息成为孤岛，充分发挥信息的整合作用，简化信息工具操作，提高办公效率，灵活方便的接口是系统所必需的。本系统设计提供多种接口，从信息数据的利用，到综合查询、网站资源均提供方便独立的接口，以便日后兼容企业综合管理平台。

（3）强大的分析结果图形展示。信息的处理包括：采集→处理→输出。采集的方便决定了软件操作的方便适用性，处理的性能决定了软件的效率，而输出的展示则直接决定了软件的使用效果。对于分析结果的展示，本系统采用数据表格、各种统计图形、网络展示图表等多种成果展示形式，清晰明了。

（4）适合矿山现状的B/S 开发模式。B/S 结构的优势在于它只需浏览器与数据库交互，而传统的C/S 结构需要专门的服务器提供数据交换服务。从当前的技术手段来看，该结构网络操作简易且成本较低。B/S 开发模式能满足用户复杂的需求，实现不同地点、不同人员，以不同的接入方式访问共同的数据库并进行操作，同时能保证服务器数据库的安全。

（5）基于自主研发和通用组件集成开发平台。本系统自主研发的平台秉持全配置化设计理念，在开发过程中不需要编写额外的特殊代码；具有丰富的配置管理器，实现了服务整合、系统集成；具有一体化的部署与运维体系结构，不再需要每一个系统重复部署，后期维护具备可视化的操作，快速定位异常与性能故障区域。

4 结论

本研究建立了大宝山矿业公司大均化联合配矿管理平台，实现铜矿露天开采配矿的计算机控制，对矿山配矿的信息化技术实现了精准化管理，实现露天采场矿石输出均衡，不论矿石品位高低，均衡持续兼采，堆场均化使供矿平衡波动小。

（1）该矿配矿系统先进，系统的联合性和完整性表现出色，是一套大型完备的生产集成一体化的软硬件系统，主要体现在从资源储量和赋存环境出发，利用信息化技术和智能算法迅速制定出符合矿山供给要求的静、动态开采计划，整个系统覆盖整个采、剥计划和生产作业的各项工作程序；大均化配矿配合生产监控系统保证了选矿生产过程状态的监督和和岗位指挥，严格管控了矿石质量指标，同时搭建反馈预警系统，管理纠正出矿品位超限时的信息以及需调整的原矿品位及数量，让整套采选系统有机协同工作，构建完整的体系。

（2）X 萤光快速分析仪是一种能快速分析矿石品位的先进仪器，大均化智能配矿系统通过数据接口可以直接读取数据并进行准确的统计分析，数据包括精矿石进矿仓储存量、品位等动态参数，优化了对多种配矿方式的选择。

（3）在生产管理平台中嵌入Kriging 算法计算矿山资源储量，建立了不同层级的动态资源库。针对采矿配矿计划模型，引入MOP 规划智能算法，同时加入AutoCAD 的图形技术，实现多种动态资源、计划结果与图形规划之间的快速转换，系统功能强大，人机交互界面操作简单，维护方便。