和尚橋采場穩(wěn)產(chǎn)提質(zhì)技術(shù)方案

郎永忠　陳能革

(馬鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司)

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和尚橋采場穩(wěn)產(chǎn)提質(zhì)技術(shù)方案

郎永忠陳能革

(馬鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司)

以國際鐵礦石價格大幅下跌、國內(nèi)鐵礦石市場價格接近礦山生產(chǎn)成本為研究背景，和尚橋鐵礦在動態(tài)市場情況下，建立了礦山動態(tài)經(jīng)濟(jì)采出品位指導(dǎo)模型，通過采取重新編制采剝進(jìn)度計(jì)劃、優(yōu)化采場內(nèi)排方案、提高礦石采出品位、提出貧礦資源綜合利用等技術(shù)措施，制定了經(jīng)濟(jì)可行的和尚橋采場穩(wěn)產(chǎn)提質(zhì)技術(shù)方案，取得了一定的成效，可供類似礦山參考。

穩(wěn)產(chǎn)提質(zhì)采剝進(jìn)度計(jì)劃采出品位指導(dǎo)模型

和尚橋鐵礦是馬鋼集團(tuán)公司重要的鐵礦石生產(chǎn)基地，該礦山為露天開采，設(shè)計(jì)規(guī)模為500萬t/a，目前開采范圍主要為大尾山礦段和馬塘礦段。近期市場普氏62%鐵礦石指數(shù)始終在50美元/t左右波動，根據(jù)預(yù)測，該形勢將持續(xù)相當(dāng)一段時間，而和尚橋鐵精礦累計(jì)制造成本2015年上半年達(dá)48美元/t，礦山經(jīng)營處于虧損邊緣。另外，該礦山在前期建設(shè)過程中因諸多原因，在采場東部及偏南部位(馬塘礦段)臨時設(shè)置了堆土場，和尚橋選廠粗碎站、中碎站也前移至該處，采場今后很長一段時間內(nèi)僅能向西北及西南方向(大尾山礦段)推進(jìn)，與原初步設(shè)計(jì)相比發(fā)生了較大變化，大尾山礦段的礦石品質(zhì)相對全礦床較低，而原初步設(shè)計(jì)是加快采場東南部推進(jìn)。總體來講，和尚橋鐵礦生產(chǎn)經(jīng)營形勢異常嚴(yán)峻，亟需開展采場穩(wěn)產(chǎn)提質(zhì)技術(shù)方案研究。

1　采出品位指導(dǎo)模型

和尚橋采場大尾山、馬塘礦段設(shè)計(jì)開采范圍面積1.23 km2，開采標(biāo)高+38～-96 m，開采范圍內(nèi)利用儲量表內(nèi)礦加表外礦計(jì)16 048.99萬t，平均品位TFe 21.21%，近礦圍巖品位12.78%。采出品位變化能夠引發(fā)選礦回收率變化從而導(dǎo)致噸精礦粉選礦成本發(fā)生變化。在設(shè)計(jì)露天采場境界不發(fā)生改變的前提下，從采礦工藝角度分析，采出品位變化僅能通過調(diào)整所采礦石的邊界品位來實(shí)現(xiàn)，這意味著剝采比若發(fā)生變化，則采礦成本也發(fā)生變化。

1.1采出品位與采礦成本模型

和尚橋采場內(nèi)分0，-12，-24，-36，-48 m共5個生產(chǎn)水平，設(shè)計(jì)露天采場境界內(nèi)剩余礦巖量為14 157.9萬t(礦量6 649.8萬t)。和尚橋磁鐵礦表外礦邊界品位為15%。據(jù)此，采用3DMine軟件[1-3]對開采境界內(nèi)剩余礦石各品位段的礦量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見圖1。

圖1　主要品位區(qū)間與礦量

和尚橋采場境界內(nèi)剩余礦量平均品位為22.05%，由圖1可知：礦量較多的品位區(qū)間為16.5%～27.5%，該區(qū)間礦量約占總礦量的92%。

若需提高采出品位，從采礦工藝方面講，僅能通過提高所采礦石的邊界品位來實(shí)現(xiàn)，即將低品位段礦石作為巖石進(jìn)行剝離剔除。若將和尚橋采場邊界品位由15%提升至15.5%，邊界品位提升后，15%～15.5%品位段的6.89萬t表外礦(平均品位15.22%)即作為巖石增加至巖石量中，由此引起采場剝采比、巖石平均品位、采出品位的一系列變化。根據(jù)開采境界內(nèi)剩余礦石各品位段的分布情況，參照邊界品位為15%時，礦體近礦圍巖及夾石平均品位為12.78%，礦石回采率為95%，廢石混入率為5%，按照0.5%遞增對低品位表外礦進(jìn)行剔除，從而得出回歸擬合采出品位與剝采比的計(jì)算模型：

(1)

式中，y1為剝采比，t/t；x1為采出品位，%。

模型擬合曲線見圖2。由圖2可知：隨著采出品位的提升，剝采比呈上升趨勢。

圖2　采出品位與剝采比的回歸擬合曲線

2015年1—6月，和尚橋采場原礦累計(jì)平均開采成本為29.83元/t，剝采比為0.639 t/t，采場原礦巖采剝成本為18.20元/t。根據(jù)采出品位與剝采比擬合模型計(jì)算，采出品位從20.50%開始，按0.5%遞增，不同采出品位與原礦采剝成本的關(guān)系(圖3)。

圖3　采出品位與原礦采剝成本的關(guān)系

隨著采出品位的提升，更多低品位段礦石將作為巖石進(jìn)行剝離剔除，每采1 t原礦需剝離的巖石量有所增加，采場剝采比也進(jìn)一步增大，從而引起噸原礦采剝成本的增加。

1.2采出品位與選礦成本模型

2014年和尚橋選礦廠單位原礦的實(shí)際生產(chǎn)成本為33.35元/t。根據(jù)近年來和尚橋選礦廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，選取部分原礦全鐵品位為18%～26.5%的數(shù)據(jù)回歸擬合出的采出品位與選礦回收率的模型為

(2)

式中，y2為選礦回收率，%；x2為入選品位，%。

式(2)模型的擬合曲線如圖4所示。

圖4　采出品位與選礦回收率的回歸擬合曲線

和尚橋選礦廠的選礦流程為三段一閉路，破碎產(chǎn)品高壓輥磨超細(xì)碎后通過中場強(qiáng)磁選機(jī)預(yù)先拋尾，采出品位的變化將引起拋尾產(chǎn)率的變化，進(jìn)入磨選系統(tǒng)的礦量將發(fā)生變化，磨選系統(tǒng)、濃縮過濾系統(tǒng)及尾礦運(yùn)輸系統(tǒng)的單位原礦成本均將發(fā)生變化。將和尚橋選礦廠單位原礦生產(chǎn)成本分為破碎系統(tǒng)、超細(xì)碎系統(tǒng)、磨選系統(tǒng)、濃縮過濾系統(tǒng)、尾礦輸送系統(tǒng)、人員工資及附加、制造費(fèi)等7個部分分別進(jìn)行分析，隨著采出品位的變化，磨選系統(tǒng)、濃縮過濾系統(tǒng)及尾礦輸送系統(tǒng)的單位原礦生產(chǎn)成本將發(fā)生變化，從而引起單位原礦總生產(chǎn)成本的變化。采出品位與單位原礦選礦成本的關(guān)系模型可表示為

(3)

式中，y3為原礦選礦成本，元/t；x3為入選品位，%。

式(3)模型的擬合曲線見圖5所示。

圖5　采出品位與單位原礦選礦成本的回歸擬合曲線

根據(jù)式(2)、式(3)模型，計(jì)算了在不同采出品位下的選礦回收率、單位原礦總生產(chǎn)成本及精礦成本，得出了采出品位與精礦選礦成本的關(guān)系(圖6)。

圖6　采出品位與單位精礦選礦成本的回歸擬合曲線

由圖6可知：隨著采出品位的提升，每噸鐵精礦需入選原礦量減少，精礦選礦成本呈降低的趨勢。

1.3采出品位指導(dǎo)模型

綜合考慮采出品位與采礦成本、選礦成本的關(guān)系，根據(jù)式(1)～式(3)模型計(jì)算結(jié)果，和尚橋采場采出品位在20%～24%按0.5%遞增時，采出品位與鐵精礦粉生產(chǎn)成本的關(guān)系模型可表示為

(4)

式中，y4為鐵精礦生產(chǎn)成本，元/t；x4為入選品位，%。

式(4)模型的擬合曲線如圖7所示。

不同采出品位與對應(yīng)的鐵精礦粉生產(chǎn)成本的關(guān)系如圖8所示。

圖7　采出品位與鐵精礦粉生產(chǎn)成本的回歸擬合曲線

圖8　采出品位與鐵精礦粉生產(chǎn)成本的關(guān)系曲線

根據(jù)本研究提出的采出品位指導(dǎo)模型，和尚橋采場若能在實(shí)際生產(chǎn)中嚴(yán)格控制生產(chǎn)剝采比，則可降低礦石單位采剝成本，使鐵精礦粉生產(chǎn)成本低于國際鐵礦石價格。若長期控制生產(chǎn)剝采比，則會影響采場穩(wěn)產(chǎn)，甚至導(dǎo)致采場減產(chǎn)。在和尚橋采場已確定的露天開采最終境界內(nèi)，受選比、剝采比雙重影響，鐵精礦粉生產(chǎn)成本相對較低的采出品位為21.00%～21.50%，采出品位降低或提高，鐵精礦粉的生產(chǎn)成本均會增加。雖然生產(chǎn)成本基本一致，但在相同入選量條件下，采出品位高0.5個百分點(diǎn)可多獲得約4萬t鐵精礦粉，因此，考慮生產(chǎn)任務(wù)，較合適的采出品位為21.50%左右，2015年上半年的入選品位為21.00%，近一段時間內(nèi)采場的采出品位應(yīng)在此基礎(chǔ)上提高0.5個百分點(diǎn)。本研究提出的采出品位指導(dǎo)模型的鐵精礦粉生產(chǎn)成本未考慮期間費(fèi)用，若需與當(dāng)前進(jìn)口礦動態(tài)市場價格進(jìn)行比較，鐵精礦粉的生產(chǎn)成本還需增加一定的期間費(fèi)用，同時進(jìn)口礦也需考慮一定的到廠費(fèi)用。

2　采場后期采剝進(jìn)度計(jì)劃編制

根據(jù)和尚橋礦體特征，隨著露天采場向深部拓展，采出品位呈增高趨勢。在原初步設(shè)計(jì)采剝進(jìn)度計(jì)劃中，采場計(jì)劃在2021年末具備內(nèi)排條件，2022年初開始逐步實(shí)行內(nèi)排。本研究在2015年末采場采剝計(jì)劃圖的基礎(chǔ)上，重新編制采剝進(jìn)度計(jì)劃。

2.1采剝進(jìn)度計(jì)劃編制原則

(1)采場推進(jìn)方向。采場推進(jìn)方向主要集中于采場西北側(cè)的大尾山礦段，以便盡快實(shí)現(xiàn)采場內(nèi)排。

(2)采出品位和產(chǎn)量。2015年和尚橋采場礦石累計(jì)平均采出品位為20.80%，根據(jù)采出品位指導(dǎo)模型的計(jì)算結(jié)果，和尚橋采場較合適的采出品位應(yīng)為21.50%左右，礦石產(chǎn)量500萬t/a，按原初步設(shè)計(jì)剝采比(1.31 t/t)。

(3)內(nèi)排運(yùn)輸系統(tǒng)。利用采場北幫已形成的12～0 m、0～-12 m運(yùn)輸公路，向西側(cè)沿固定幫再新建-12～-60 m開拓運(yùn)輸?shù)缆贰Ｐ陆ǖ谋睅凸潭ㄟ\(yùn)輸系統(tǒng)為提前開采和尚橋采場大尾山端部創(chuàng)造條件，并為臨時排土場堆存巖土的內(nèi)排提供了較合理的運(yùn)輸通道。

2.2采剝進(jìn)度計(jì)劃編制

根據(jù)上述采剝進(jìn)度計(jì)劃編制原則，以2012年12月安徽省化工地質(zhì)勘查總院編制的《安徽省馬鞍山市和尚橋鐵礦第二期生產(chǎn)勘探報(bào)告》建立的礦體模型為基礎(chǔ)，基于3DMine軟件，以2015年12月末的采場狀態(tài)為起始點(diǎn)，對2016—2027年和尚橋采場的采剝進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行編制。

(1)采場提前內(nèi)排方案。和尚橋采場南幫固定破碎站及膠帶空間將于2019年末形成，2020年進(jìn)行采場粗破碎站遷移工作，2020年末基本具備內(nèi)排條件，2021年上半年實(shí)現(xiàn)采場內(nèi)排。

(2)采場生產(chǎn)方案。2016年開始對采場進(jìn)行強(qiáng)化開采，大尾山礦段和馬塘礦段每年安排8個臺階同時生產(chǎn)，另外利用現(xiàn)有的干選廠入選含鐵圍巖，加大采場剝離量，確保采場達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)、提質(zhì)的目的。

3　貧礦資源綜合利用

(1)極貧礦回收利用。目前，馬鞍山鐵礦資源綜合利用國家級示范基地高村項(xiàng)目已建成前期部分設(shè)施，在高村采場建設(shè)的粗破碎站、粗碎干選廠房以及中、細(xì)碎篩分干選開放式極貧礦試驗(yàn)場地，已處于試運(yùn)行階段。由目前試驗(yàn)場地試運(yùn)行結(jié)果可知，中碎干拋后一般可將極貧礦品位提高4個百分點(diǎn)以上，效果較理想，因此，鑒于和尚橋采場、高村采場鐵礦床成礦特點(diǎn)一致，可考慮在和尚橋采場建設(shè)干選站，將和尚橋采場經(jīng)濟(jì)開采品位外的貧礦資源進(jìn)行中、細(xì)碎后進(jìn)行干選，將一定量經(jīng)濟(jì)開采品位外的貧礦資源轉(zhuǎn)化成經(jīng)濟(jì)開采礦石資源，既可降低每年和尚橋采場工業(yè)品位礦石開采量，又可減少采場每年采剝總量，在一定程度上延長礦山穩(wěn)產(chǎn)時間。

(2)圍巖綜合利用。和尚橋采場屬于近城市礦山，近年來，隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展以及政府對石料礦山整頓關(guān)閉工作的陸續(xù)開展，建筑石料的市場需求量逐漸攀升，價格也隨之走高。和尚橋采場圍巖雖含S較高，降低了強(qiáng)度，無法用作建筑石子，但仍可作為公路道碴或土石方填料。

若能將中、細(xì)碎干選后的廢石再進(jìn)行分級篩分，每年即能產(chǎn)出大量一定粒級的石子對外銷售，既滿足了城市建設(shè)發(fā)展的需要，又可提高礦山經(jīng)濟(jì)效益，減少了排土場廢石排放量，延長了排土場服務(wù)年限，可進(jìn)一步確保采場穩(wěn)產(chǎn)及產(chǎn)能的提升。

4　結(jié)　語

針對國際鐵礦石價格處于低位運(yùn)行的態(tài)勢，為進(jìn)一步降低和尚橋鐵礦生產(chǎn)成本，構(gòu)建了礦山動態(tài)經(jīng)濟(jì)采出品位指導(dǎo)模型，在此基礎(chǔ)上，重新編制了和尚橋采場后期采剝進(jìn)度計(jì)劃，并對貧礦資源綜合利用措施進(jìn)行了詳細(xì)分析。上述措施的制定和實(shí)施，對于實(shí)現(xiàn)和尚橋采場提前內(nèi)排、穩(wěn)產(chǎn)500萬t/a以及提高采出品位0.5%的目標(biāo)大有幫助，對于類似礦山也有一定的參考價值。

[1]趙德孝，柳小波.金山店鐵礦入選品位動態(tài)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型建立[J].金屬礦山，2004(4)：10-77.

[2]李克慶，牛京考.白云鄂博鐵礦磁鐵礦石品位指標(biāo)的優(yōu)化[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29(3)：334-337.

[3]江斌.高村采場廢石中極貧礦綜合回收利用的研究[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2009(9)：99-101.

2016-07-12)

郎永忠(1982—)，男，工程師，243000 安徽省馬鞍山市太白大道1899號。