酒钢西沟矿数字化开采技术研究

许守信 颜威山 齐泽文

（酒钢集团甘肃西沟矿业有限公司，甘肃嘉峪关735100）

大部分冶金辅料矿山只是提供冶金系统需要的单一原料品种，熔剂石灰石矿山主要是提供冶金熔剂，但矿石资源的天然赋存可能不只是满足冶金熔剂质量标准，同时还可能有低于冶金熔剂标准的水泥灰岩等资源共同存在，由于合理运距等经济地理条件和配套产业的布局限制，导致部分资源得不到有效利用，造成资源的浪费。因此，在钢铁产业发展的同时，根据资源条件，探索开采新技术，建设资源综合开发利用的辅助配套产业，是搞好资源综合高效利用的基础。同时，随着区域经济的发展，不断发掘区域内资源产品的全品种用户，也是实现资源综合高效利用的有效途径。2015年以来，酒钢西沟石灰石矿为追求效益最大化，实现资源综合高效利用，通过科技攻关和技术改造，完成了6大方面的系统性研究工作，产生了可观的经济效益，为矿山的可持续发展奠定了坚实基础。

1 研究步骤

（1）资源的赋存情况调查。主要是掌握各品级矿石在开采境界内的分布情况，建立矿体三维数字模型及进行境界优化。

（2）调查研究用户对石灰石产品的需求及相关质量标准，在满足内部需求的基础上，拓展外部市场，延伸石灰石产业链。

（3）建设和完善生产工艺系统，重点增加分储分运系统，优化破碎、筛分工艺，为各种产品的生产提供设备保障。

（4）研究合理采剥方法，实现各品种的均衡生产和各生产系统的高效运行，在满足用户稳定需求的同时实现生产过程的稳定。

（5）研究矿石在开采过程中损失贫化及块矿转化为粉矿品位变化规律。

（6）研究制定石灰石产品质量控制体系，保证生产计划的落实，确保产品质量。

2 关键技术研究

2.1 资源的赋存情况调查

（1）矿体三维数字化模型建立及境界优化设计。利用矿山地质勘探和生产勘探数据，应用DIMINE矿山三维数字化软件，建立矿体三维数字化模型及境界优化设计，在此基础上分析境界内资源的分布情况［1］。西沟矿矿体三维模型见图1。

（2）通过生产勘探，进一步提高矿体三维模型精度。采取槽探资料与爆破钻孔取样相结合的生产勘探方式，进一步修正矿体地质信息，实现储量不断升级，准确掌握采场品位的分布情况，绘制采场品位分布图，为采剥计划编制和实施精细化配矿提供可靠依据。

（3）根据三维地质模型图，合理编制生产经营计划、采掘计划与质量方案。分析各采掘区域地质情况与矿石品级分布情况，确保同期不同品级矿石均衡配比出矿，避免高品级矿石单独出矿或低品级矿石不具备回收条件的排弃现象。

当同期熔剂灰岩一级品与水泥灰岩的矿量比介于1.8～2.5、熔剂灰岩一级品与熔剂灰岩三级品的矿量比介于1.2～1.5时，方能确保低品级矿石有足够的高品级矿与之配比回收，且避免高品级矿采出过快导致采剥失衡的问题。

2.2 用户对石灰石产品的需求和质量标准

2.2.1 矿石品级及矿石粒径需求市场调研

根据资源赋存情况，开采境界内熔剂灰岩划分为AⅠ（CaO≥52%、SiO2≤1.5%）、AⅡ（CaO≥50%、SiO2≤2.0%）和AⅢ（CaO≥50%、SiO2≤4.0%）3个品级，水泥灰岩划分为BⅠ（48%≤CaO＜50%）、BⅡ（45%≤CaO＜48%）2个品级。根据用户需求，石灰石产品分为5大类，详见表1。

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2.2.2 根据用户需求开发新产品

（1）用自产高品级块矿替代外购，节省外购资金。前期因受产能限制，西沟矿只能生产炼钢用普通熔剂石灰石，在西沟矿扩能项目投产后，开始生产不锈钢VOD转炉需要的CaO≥53.5%、AOD转炉需要的CaO≥54.0%的全部高品级熔剂块矿，至此，酒钢集团公司所需的石灰石产品完全实现自给。

（2）为大型水泥厂生产45%～48%的表外低品位矿石，变废为宝。按照设计，CaO含量＜48%的低品位矿石被划分为岩石，开采过程可以排弃。2016年，西沟矿了解到周边有一家新型干法水泥生产企业具备利用CaO含量45%～48%低品位矿石的技术实力，与其签订战略合作协议，大批量生产、输出低品矿石，实现了开采区域内BII等低品位矿石的回收利用。

（3）拟研究建设1条重质碳酸钙粉生产线，增加高品质粉矿的附加值。西沟矿生产高品级块矿时每年有20～30万t的CaO含量在53%以上高品质粉矿作为普通熔剂粉矿销售，产品附加值低，造成优质资源浪费。酒钢集团公司已批准西沟矿委托专业机构开展《重质碳酸钙开发利用可行性研究》。

2.3 建设和完善生产工艺系统

2.3.1 分步建设原矿和成品矿分储分运系统

（1）增加分储分运设施。为满足各品种矿石的生产及品种要求，西沟石灰石矿先后建设了2套相对独立的溜井胶带运输系统，采场溜井由原来的2条增加到4条，年矿石生产能力由原来的200万t增加到500万t。成品矿仓在原来5个200 t矿仓的基础上增加了8个5 000 t圆筒矿仓。

（2）增加破碎筛分系统。在2套相对独立的粗、中破碎及筛分系统基础上，增加了闭路循环支破碎系统，来满足个性化用户对粒级及品级的需求。

（3）建设了相对独立的公路和铁路输出系统，满足用户不同的运输方式需求。

2.3.2 优化破碎和筛分工艺

（1）在中破碎前加装不同型号的棒条筛，使符合粒度标准的矿石不经过二次破碎，灵活调整成品矿块矿率。分别制作 80～100 mm 、60～80 mm、45～65 mm的3种梯形口棒条筛，条筛尺寸愈大，对应的块矿率愈高。

（2）中破碎机锤壁间隙可以从65～140 mm调整到45～120 mm的最小尺寸，在不降低生产效率的前提下，能够改变成品矿块矿率。

（3）调整PS0185双齿棍破碎机排矿口尺寸及进行齿板齿牙加密改造，提高20～40 mm高品级块矿的产出率和生产效率。

（4）在2台振动筛上使用聚氨酯橡塑合金筛板［2］，确保块矿含粉率指标可控，便于在生产不同粒径的矿石时快速实施更换筛板作业。

2.4 采剥方法关键技术研究

（1）确定合理的采剥顺序［3］。根据采场矿岩分布、开采运输条件等综合因素分析，确定了“横向推进，纵向辅助”的采剥方法，即在“南北掘沟、东西掘进”的大原则不变的基础上，局部采用“东西掘沟”，促使高、低品级原矿完全出露，减少高、低品级矿石混爆，提高高品级矿石利用效率。矿体走向和推进方向一致，为分穿分爆及配矿提供了方便。

（2）确定同期开采台阶数量。“横向推进，纵向辅助”的采剥方法，为采场提供了充足的工作线长度和良好的配矿条件。在编制中长期采剥计划时，为了保持合理的剥采比，以正常保持2～3个台阶生产为原则，结束上一个台阶后再开拓下一个新台阶，避免生产台阶过多而设备不足造成设备频繁调动，致使设备效率下降。

（3）采剥顺序优化。为实现高品质矿石生产顺行，2016年在原有“南北掘沟、东西掘进”的总体采剥原则基础上，利用DIMINE矿山三维数字化软件再次对采剥顺序进行优化，南北掘沟至4#溜井和1#溜井贯通，高品质矿区段提前出露，为高品质石灰石矿持续生产提供备采矿量，实现高品级石灰石的稳定生产。采剥顺序优化结果见图2。

（4）完善细化DIMINE矿山三维数字化模型数据库，更好地指导服务生产。

（5）优化高品级原矿区段爆破方式，提高高品级原矿利用率和块矿率。在高品级原矿区段，原矿出露后爆区按照东西布设，爆区平行（或斜交）于矿体走向，有效避免不同品级矿石的混爆问题，为高品级矿石生产储备足够的矿量。对高品级矿石中夹杂的低品级夹层采用“小炮”剔除法，降低高、低品级矿石混爆问题。为提高高品级原矿的块矿率，将高品级原矿区域的爆破方式由排间起爆改变为逐孔起爆，孔网参数由5.5 m×7 m调整为6 m×7 m，将优质矿石区段炸药单耗控制在0.175～0.180 kg/t范围内，每孔的装药量由230 kg降为210 kg，同时采用分段装药结构减小填塞高度。

2.5 矿石在贫化及块矿转化为粉矿品位变化规律

2.5.1 断层泥对矿石贫化影响

采场1#、2#溜井南部矿石品级较高，F13断层破碎带经过此区域，裂隙发育明显，裂隙中填充有泥质物，爆破后泥质物分布于粉矿中致使粉矿贫化。爆破后矿石综合品位较钻孔取样化验数据降低0.8%，矿石的贫化对质量的影响相对较小。断层区域矿石贫化情况见表2。

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2.5.2 低品级矿石区域贫化影响

低品级矿石的贫化对矿石的质量影响较大，采场北东部地质情况复杂多变，主要出露矿层的熔剂灰岩一级品、三级品与水泥灰岩，低品级薄层矿石表层附着炭质薄膜、云母及泥质物，爆破后炭质薄膜、泥土质、云母等脆性物质多分散于粉矿中，是造成贫化的主要矿物质。一般情况下，熔剂灰岩一级区内爆堆矿石品级较钻孔取样化验数据降低1.3%，熔剂灰岩三级品与水泥灰岩降低1.8%。

2.5.3 采场西部矿石贫化影响

一般情况下，熔剂灰岩二级、三级品爆堆实际矿石品位较钻孔取样化验数据降低1.5%，熔剂灰岩三级品部分区域最低可降低2.7%。

2.6 研究制定石灰石产品质量控制体系

2.6.1 编制精细化采剥计划和质量计划

以市场需求为导向，借助三维数字模块编制采剥计划和质量计划。充分考虑季节性变化带来的生产不均衡问题，在冬季水泥生产企业停产期间，以满足公司内供块矿需求为原则编制生产计划，将富余的粉矿倒运至临时料场堆存，在需求旺季增加库存输出力度保证石灰石供需平衡。

2.6.2 制定各环节产品质量控制措施

（1）高品质块矿质量控制方法。钻孔取样［4］CaO含量高于54%且具备集中出矿条件的区段，矿石单独装入某溜井用于生产VOD用高品级块矿。钻孔取样品位为53%～54%的区段生产AOD用高品级块矿。

（2）普通熔剂矿石生产方案。根据矿石贫化研究成果，熔剂灰岩三级品、水泥灰岩不具备单独出矿的条件，通过与熔剂灰岩一级品配比确保生产的块矿CaO含量达到51%，粉矿达到48%。利用熔剂灰岩一级品与水泥灰岩、熔剂灰岩三级品的合理配比，加大了采区低品级矿石的回收利用，在指标范围内有针对性地降低普通熔剂石灰石的品位，减缓采区高品级矿的出矿速度。

（3）2条生产系统采用差异化排产方式。A系统生产10～65 mm普通熔剂产品及水泥粉矿，入溜井块矿CaO品位大于50.5%，低品位水泥灰岩CaO综合品位控制在45%～48%。B系统主要生产20～40 mm高品级块矿，CaO综合品位大于53.5%。

（4）采用三级配矿稳定产品质量［5］。在采场配矿、溜井配矿后，输出时根据各矿仓内矿石品级再次进行配矿工作，确保产品实物质量合格稳定，为低品级矿石的回收创造有利条件。

（5）建设自动取样系统。在转运站皮带上建立自动取样系统，实现自动取样，消除人工取样误差。根据取样结果，对不同品级矿石进行分运、分输，同时，根据检验结果追溯溜井质量控制的有效性，及时指导采场生产。

3 结论

（1）西沟矿《熔剂石灰石矿数字化开采技术》成果成功入选《矿产资源节约与综合利用先进适用技术推广目录（第六批）》，表明该项技术成果具有广泛的推广和应用价值。

（2）开展石灰石资源高效利用开采技术研究和应用，要以用户需求为导向，只有通过工艺优化生产出不同粒径、不同质量的石灰石产品，才能提高矿山竞争能力和盈利能力。

（3）数字化开采技术的应用，解决了高品级块矿生产与低品位矿石回收之间的矛盾，使西沟矿矿石综合回采率由原来92.50%左右提高至94.04%，在减少排岩费用的同时降低了排土场负荷。