基于Dmine的數字化礦山生產配礦研究

王 洋 趙明生

(1.河北省建筑材料工業設計研究院;2.貴州新聯爆破工程有限公司)

配礦計劃的制定必需建立在合理的中長期開采計劃的基礎上，礦山中長期開采計劃的編制在遵循“采剝并舉，剝離先行”基本原則下，必須考慮后期的礦石搭配開采問題。數字化礦山軟件Dmine平臺開發有制定礦山中長期開采計劃的功能，該計劃的編制是完全建立在礦山原始地質數據庫(地質勘查程度在詳查以上)三維礦體數字模型基礎上的，通過計算礦體各化學成分在三維礦體模型中的空間分布，宏觀把握各化學成分的空間分布規律，從而進行合理的采礦設計、臺段劃分，進而通過數字化礦山軟件平臺中的采掘順序優化功能不斷調試，最終編制出合理的中長期開采計劃，為日后生產以及配礦搭建良好的平臺。

1 礦山開采三維設計

目前，常規的礦山開采設計一般采用AutoCAD軟件，設計形式也是二維設計。數字化礦山系統則對礦山進行三維建模，開采設計也將在三維模型上進行。某石灰石礦模型(圖1)建好后，輸入各勘探線上的鉆孔數據(圖2)，利用距離冪反比法對礦體進行估值，得出整體或任意臺段的礦石品位或比重(圖3、圖4)，為臺段間配礦創造條件。對于夾層較多，礦石品位相差較大的礦體效果更明顯。

圖1 礦體分布及夾層情況

2 生產配礦

圖2 鉆孔分布

圖3 三維礦體CaO品位分布

圖4 154 m臺段CaO品位分布

配礦的前提條件是必須有2個或2個以上且礦石質量高低不一的采礦工作面。該前提條件包含2層意思，一是需要有2個或2個以上的采礦工作面;二是各采礦工作面的礦石質量差異較大，既有能滿足生產要求的高品位礦石，又有不能滿足生產要求的低品位礦石。兩個條件缺一不可，否則就不能完成配礦或沒有必要配礦。

生產配礦計劃是直接用于指導礦山生產的短期性生產計劃。由于預配礦設計以礦山原始地質資料為基礎，而一般情況下水泥灰巖礦山的地質勘探工作布孔網密度較大，精度較低，從而可能導致預配礦結果精度不高。為了保證生產配礦計劃的精確性，在預配礦的前提下，以生產勘探數據為依據編制生產配礦計劃。生產勘探數據以鉆孔巖粉取樣為主，逐孔取一個樣品，通過化學分析，得到各樣品的CaO、K2O+Na2O、MgO 的品位值。

將生產勘探數據導入生產地質數據庫，以備生產配礦時調用。生產配礦計劃的編制以當班生產的礦石品位接近所在年度的配礦品位為目標，建立均化配礦模型。

在生產勘探數據的基礎上建立配礦模型完成后，根據預配礦圈定的爆破區域，可在該區域范圍內進行生產爆破設計、爆破網絡設計及爆破施工表格自動輸出。

接下來就可以根據生產勘探樣品化驗數據，在擬爆破的礦塊上進行精細配礦計算，其計算原理與預配礦相同，最終輸出各采礦工作面的出礦比例、各工作面的挖掘機配備數量及礦車配備比例，再通過調度系統完成配礦。

生產開始前，計算機根據配礦結果將各班次的生產時間、計劃班產量、爆堆的坐標等數據傳輸給各挖掘機及礦車，并根據配礦比例計算各個采礦工作面的配礦量，各工作面至卸礦點的運距，自動輸出當日生產汽車調度表，并以此指揮調度生產。

3 配礦方案的實施

配礦子系統由軟件和硬件2大部分組成。其中軟件部分是指在數字化礦山軟件平臺上開發的可以滿足計算機模擬配礦要求的功能模塊，模擬配礦是在合理中長期規劃的采礦工作面上進行的，通過計算輸出各采區工作面出礦比例，達到預配礦的目的，用以指導、實施配礦過程，計算機模擬配礦結果見表1。硬件部分主要由計算機、礦車、鏟車、γ射線衍射分析檢測儀、GPS、無線網絡等組成。硬件部分是實現配礦功能的手段以及載體，首先由中心控制站工作人員根據計算機將配礦方案通過無線網絡傳輸、GPS定位與導航對現場鏟車、礦車發號施令，鏟車和礦車將按照配礦要求的工作面出礦比例進行裝載和運輸，礦石破碎后經帶式輸送機向水泥生產線輸送，在礦石經帶式輸送機輸送的過程中安裝在輸送機上的γ射線衍射分析檢測儀會對礦石中各化學成分進行檢測并把檢測結果傳輸至中心控制站進行分析判定。

某石灰石礦使用的開拓系統是公路—平硐溜井—膠帶輸送機聯合開拓運輸系統，溜井長220 m。破碎機硐室在溜井底部，為了減少溜井底部堵塞和增加貯礦量，在破碎機硐室之上設計了貯礦倉。這樣，礦石破碎的時間就會滯后，在生產中，即使輸送機上的γ射線衍射分析檢測儀檢測出礦石品位達不到要求，但此時配礦的礦石都已經進到貯礦倉，再重新配礦已經不可能，只有用礦車在皮帶終端處接下不合品位的礦石，拉回破碎站重新配礦，這樣既耗時耗力也不經濟。所以，為了避免這樣的事情發生，礦石在進溜井前，必須保證配礦的準確性，這就要求生產配礦時，鉆孔巖粉取樣更全面、化驗更精確，同時原始地質資料也要更詳細，必要時可以增加地質鉆孔，使預配礦更準確。

表1 某石灰石礦山模擬配礦結果

該石灰石礦山工作面較多，戰線較長，礦石品位高低不同，各個工作面之間需要協調配礦。該石灰石礦是山坡開采，采區分散，所以配礦應當盡量在一個采區內進行，其他采區輔助配礦，這也凸顯了數字化礦山地礦信息平臺的優勢。該系統一旦成功上線，不但可以減少礦山廢石排棄量、節約礦山排廢費用、降低礦山生產成本、延長礦山服務年限，甚至可以省掉水泥廠預均化庫的建設，節省大量基建投資，經濟效益顯著。

4 結論

礦產資源作為不可再生資源，一旦失去不可復得，配礦的更大的意義在于不但可以變“廢”為“礦”，而且在降低礦山生產剝采比，提高企業的經濟效益的同時，又減少了廢石的排放，降低了環境污染的程度，對灰巖礦山甚至可以實現“零污染”、“零排放”，這符合國家關于“節能減排”、“循環經濟”和“可持續發展”的戰略。

［1］ 吳麗春，王李管，彭平安，等.露天礦配礦優化方法研究［J］.礦冶工程，2012，32(4):8-12.

［2］ 井石滾，盧才武，李發本，等.基于GIS/GPS/GPRS的露天礦配礦動態管理系統［J］.金屬礦山，2009(6):140-144.

［3］ 馬公望.露天礦山搞好配礦工作淺析［J］.中國鉬業，1999，23(5):27-28.

［4］ 張振東，趙英朝，何繼榮.水泥礦山的數字化礦山技術應用與研究［J］.礦業裝備，2012(6):49-53.

［5］ 郝汝鋌，魯承桂，梁 棟.在青藏高原上規劃建設的特大型石灰石礦山［J］.中國水泥，2012(1):80-85.

［6］ 于寶池.高效低碳，大勢趨然——試論水泥礦山發展之路［J］.中國水泥，2011(1):85-87.

［7］ 朱 明，劉鐵亮.唐山三友石灰石礦建設“綠色礦山”示范區初探［J］.化工礦物與加工，2006(8):34-35.

［8］ 劉亞靜.冀東水泥股份有限公司石灰石礦采場裝運設備管理優化［D］.唐山:河北理工學院，2003.