基于Dmine的数字化矿山生产配矿研究

王 洋 赵明生

(1.河北省建筑材料工业设计研究院;2.贵州新联爆破工程有限公司)

配矿计划的制定必需建立在合理的中长期开采计划的基础上，矿山中长期开采计划的编制在遵循“采剥并举，剥离先行”基本原则下，必须考虑后期的矿石搭配开采问题。数字化矿山软件Dmine平台开发有制定矿山中长期开采计划的功能，该计划的编制是完全建立在矿山原始地质数据库(地质勘查程度在详查以上)三维矿体数字模型基础上的，通过计算矿体各化学成分在三维矿体模型中的空间分布，宏观把握各化学成分的空间分布规律，从而进行合理的采矿设计、台段划分，进而通过数字化矿山软件平台中的采掘顺序优化功能不断调试，最终编制出合理的中长期开采计划，为日后生产以及配矿搭建良好的平台。

1 矿山开采三维设计

目前，常规的矿山开采设计一般采用AutoCAD软件，设计形式也是二维设计。数字化矿山系统则对矿山进行三维建模，开采设计也将在三维模型上进行。某石灰石矿模型(图1)建好后，输入各勘探线上的钻孔数据(图2)，利用距离幂反比法对矿体进行估值，得出整体或任意台段的矿石品位或比重(图3、图4)，为台段间配矿创造条件。对于夹层较多，矿石品位相差较大的矿体效果更明显。

图1 矿体分布及夹层情况

2 生产配矿

图2 钻孔分布

图3 三维矿体CaO品位分布

图4 154 m台段CaO品位分布

配矿的前提条件是必须有2个或2个以上且矿石质量高低不一的采矿工作面。该前提条件包含2层意思，一是需要有2个或2个以上的采矿工作面;二是各采矿工作面的矿石质量差异较大，既有能满足生产要求的高品位矿石，又有不能满足生产要求的低品位矿石。两个条件缺一不可，否则就不能完成配矿或没有必要配矿。

生产配矿计划是直接用于指导矿山生产的短期性生产计划。由于预配矿设计以矿山原始地质资料为基础，而一般情况下水泥灰岩矿山的地质勘探工作布孔网密度较大，精度较低，从而可能导致预配矿结果精度不高。为了保证生产配矿计划的精确性，在预配矿的前提下，以生产勘探数据为依据编制生产配矿计划。生产勘探数据以钻孔岩粉取样为主，逐孔取一个样品，通过化学分析，得到各样品的CaO、K2O+Na2O、MgO 的品位值。

将生产勘探数据导入生产地质数据库，以备生产配矿时调用。生产配矿计划的编制以当班生产的矿石品位接近所在年度的配矿品位为目标，建立均化配矿模型。

在生产勘探数据的基础上建立配矿模型完成后，根据预配矿圈定的爆破区域，可在该区域范围内进行生产爆破设计、爆破网络设计及爆破施工表格自动输出。

接下来就可以根据生产勘探样品化验数据，在拟爆破的矿块上进行精细配矿计算，其计算原理与预配矿相同，最终输出各采矿工作面的出矿比例、各工作面的挖掘机配备数量及矿车配备比例，再通过调度系统完成配矿。

生产开始前，计算机根据配矿结果将各班次的生产时间、计划班产量、爆堆的坐标等数据传输给各挖掘机及矿车，并根据配矿比例计算各个采矿工作面的配矿量，各工作面至卸矿点的运距，自动输出当日生产汽车调度表，并以此指挥调度生产。

3 配矿方案的实施

配矿子系统由软件和硬件2大部分组成。其中软件部分是指在数字化矿山软件平台上开发的可以满足计算机模拟配矿要求的功能模块，模拟配矿是在合理中长期规划的采矿工作面上进行的，通过计算输出各采区工作面出矿比例，达到预配矿的目的，用以指导、实施配矿过程，计算机模拟配矿结果见表1。硬件部分主要由计算机、矿车、铲车、γ射线衍射分析检测仪、GPS、无线网络等组成。硬件部分是实现配矿功能的手段以及载体，首先由中心控制站工作人员根据计算机将配矿方案通过无线网络传输、GPS定位与导航对现场铲车、矿车发号施令，铲车和矿车将按照配矿要求的工作面出矿比例进行装载和运输，矿石破碎后经带式输送机向水泥生产线输送，在矿石经带式输送机输送的过程中安装在输送机上的γ射线衍射分析检测仪会对矿石中各化学成分进行检测并把检测结果传输至中心控制站进行分析判定。

某石灰石矿使用的开拓系统是公路—平硐溜井—胶带输送机联合开拓运输系统，溜井长220 m。破碎机硐室在溜井底部，为了减少溜井底部堵塞和增加贮矿量，在破碎机硐室之上设计了贮矿仓。这样，矿石破碎的时间就会滞后，在生产中，即使输送机上的γ射线衍射分析检测仪检测出矿石品位达不到要求，但此时配矿的矿石都已经进到贮矿仓，再重新配矿已经不可能，只有用矿车在皮带终端处接下不合品位的矿石，拉回破碎站重新配矿，这样既耗时耗力也不经济。所以，为了避免这样的事情发生，矿石在进溜井前，必须保证配矿的准确性，这就要求生产配矿时，钻孔岩粉取样更全面、化验更精确，同时原始地质资料也要更详细，必要时可以增加地质钻孔，使预配矿更准确。

表1 某石灰石矿山模拟配矿结果

该石灰石矿山工作面较多，战线较长，矿石品位高低不同，各个工作面之间需要协调配矿。该石灰石矿是山坡开采，采区分散，所以配矿应当尽量在一个采区内进行，其他采区辅助配矿，这也凸显了数字化矿山地矿信息平台的优势。该系统一旦成功上线，不但可以减少矿山废石排弃量、节约矿山排废费用、降低矿山生产成本、延长矿山服务年限，甚至可以省掉水泥厂预均化库的建设，节省大量基建投资，经济效益显著。

4 结论

矿产资源作为不可再生资源，一旦失去不可复得，配矿的更大的意义在于不但可以变“废”为“矿”，而且在降低矿山生产剥采比，提高企业的经济效益的同时，又减少了废石的排放，降低了环境污染的程度，对灰岩矿山甚至可以实现“零污染”、“零排放”，这符合国家关于“节能减排”、“循环经济”和“可持续发展”的战略。

［1］ 吴丽春，王李管，彭平安，等.露天矿配矿优化方法研究［J］.矿冶工程，2012，32(4):8-12.

［2］ 井石滚，卢才武，李发本，等.基于GIS/GPS/GPRS的露天矿配矿动态管理系统［J］.金属矿山，2009(6):140-144.

［3］ 马公望.露天矿山搞好配矿工作浅析［J］.中国钼业，1999，23(5):27-28.

［4］ 张振东，赵英朝，何继荣.水泥矿山的数字化矿山技术应用与研究［J］.矿业装备，2012(6):49-53.

［5］ 郝汝铤，鲁承桂，梁 栋.在青藏高原上规划建设的特大型石灰石矿山［J］.中国水泥，2012(1):80-85.

［6］ 于宝池.高效低碳，大势趋然——试论水泥矿山发展之路［J］.中国水泥，2011(1):85-87.

［7］ 朱 明，刘铁亮.唐山三友石灰石矿建设“绿色矿山”示范区初探［J］.化工矿物与加工，2006(8):34-35.

［8］ 刘亚静.冀东水泥股份有限公司石灰石矿采场装运设备管理优化［D］.唐山:河北理工学院，2003.