龙门山石灰石矿是氧化铝生产所需辅助原料熔剂灰岩的供应基地。石灰石在氧化铝生产中用于煅烧和配料。大块石灰石(45~100mm)中的sio2、mgo等杂质,煅烧时往往会在石灰炉内生成熔结物(即结瘤),导致炉窑工况恶化,影响正常的生产甚至影响煅烧工序,并降低产出石灰的质量,进而影响氧化铝的稳定生产。配料用小块石灰石(0~20mm)中sio2、mgo等杂质的介入,则会影响料浆的质量,降低去渣能力,增加碱耗,使氧化铝生产成本升高。因此如何提高进厂石灰石的质量,将石灰石中的sio2、mgo等有害组份控制在一个较低水平,一直是石灰石矿矿石生产供应中的首要质量管理任务。
1 矿床地质特征
主矿体赋存于奥陶系中统峰峰组(o2f)二段(o2f3-2)的中厚-厚层状石灰岩层中,呈单斜构造产出,走向ne,倾向nw,倾角平均10°左右,平均铅垂厚度16.13米,物质组份主要为cao、mgo、sio2。矿体内夹层有2~3层,主要为多泥质、镁泥质的豹皮灰岩。区内褶皱多为平缓褶曲,断层相对发育,使得主矿体完整性降低。
2 石灰石供矿质量现状
近年来,石灰石供矿质量见表1。
表1 龙门山石灰石矿近年供矿质量情况
年份 |
进厂矿石品位(%) |
|||||
大块矿石 |
小块矿石 |
|||||
cao |
mgo |
sio2 |
cao |
mgo |
sio2 |
|
2009 |
53.36 |
1.25 |
0.61 |
51.61 |
1.38 |
1.99 |
2010 |
52.88 |
1.48 |
0.80 |
50.67 |
1.53 |
2.52 |
2011 |
53.96 |
0.76 |
0.81 |
53.25 |
0.82 |
1.46 |
2012 |
53.85 |
0.75 |
0.81 |
53.12 |
0.88 |
1.35 |
2013 |
52.85 |
0.87 |
0.9 |
51.8 |
0.96 |
1.75 |
质量标准 |
≥52.50 |
≤1.50 |
≤1.50 |
≥52.50 |
≤1.50 |
≤2.00 |
从表1可以看出,2009~2013年进厂大块矿石质量全部达到了质量指标要求,而小块仅2012年达到了进厂质量指标要求。需说明的是2012年9~12月份在840台阶东部进行整台阶采矿,全年三角采矿负担轻,原矿质量好,矿石质量影响因素少,因此该年度小块矿石质量未超标。
3 矿石质量影响因素分析
地质勘探总结报告认为:本矿床具有规模大,品位高,夹层多,杂质少,构造影响小,层位稳定,开采方便的优越条件,是一个较理想的熔剂灰岩矿基地。但是,在开采过程中,由于影响矿石质量因素较多,尤其是开采三角矿时,供矿质量时常产生波动。下面根据矿体的赋存条件,矿床基本地质特征,对影响矿石质量的因素做如下分析。
3.1 矿体顶板对矿石质量的影响
熔剂灰岩矿的顶板在不同地段有所不同,主要有以下几种情况。
⑴矿体主要直接顶板为一层不够熔剂灰岩矿指标的石灰岩层。该层受本溪组下部的粘土层及山西式铁矿的影响,sio2、mgo含量偏高,层位较为稳定,厚度变化无规律,区内70%以上的地段都存在该层。品位为cao 12.44~53.60%,mgo 0.58~6.33%,sio2 0.21~29.36%,其中75%左右的灰岩量可达到水泥灰岩矿的指标要求,部分灰岩可以与主矿体熔剂灰岩进行矿石搭配使用。
⑵中石炭系底部岩层的矿体顶板,主要为山西式铁矿或粘土页岩。物质组份:cao 0.61~34.56%,mgo 0.27~2.89%,sio2 0.40~37.60%。由于受剥蚀作用的影响,矿体顶板凹凸不平,对该层的清顶难以彻底,采矿贫化高。尤其对小块矿石sio2指标的影响最为突出,下面就以sio2组份为依据,计算该层顶板混入对矿石质量造成的影响程度。
=1.03%
式中:c采、c矿、c顶———采出矿石、矿体、顶板的sio2含量
q矿、q顶———中石炭系顶板混入1%后,采出矿石中矿体、顶板所占比例
该层围岩混入1%,采出矿石sio2升高率为(1.03-0.72)/0.72=43.06%。利用以上关系推算,在忽略其它因素影响下,该层顶板最多可允许混入2.54%。
(3)顶板为第四系黄土。有些地段矿层顶部为黄土直接覆盖,矿层裂隙被泥质充填,在近黄土处较明显,随深度加大矿石贫化程度逐渐变小。
3.2 矿体底板对矿石质量的影响
矿体底板主要为峰峰组一段(o2f3-1)的白云质灰岩及泥质灰岩。物质组份以cao、mgo、sio2为主,含量为cao 3.95~52.90%,mgo 0.21~48.97%,sio2 0.31~36.50%。2002年年底的一次爆破中由于底板过量混入,矿石中sio2、mgo含量严重超标,导致一次较大规模的石灰炉结瘤事故。可见,采下三角矿时,底板的混入对矿石质量造成的影响也是不容忽视的。
3.3 夹层对矿石质量的影响
矿体内的夹层情况见表2。
表2 矿区内含矿序列
层位 |
岩性 |
厚度 |
cao% |
mgo% |
sio2% |
1 |
石 灰 岩 |
0~8.00 |
51.40 |
0.86 |
2.44 |
2 |
豹皮灰岩 |
0~16.48 |
49.40 |
4.54 |
0.44 |
3 |
纯质灰岩 |
0~21.80 |
54.10 |
0.58 |
0.58 |
4 |
豹皮灰岩 |
0~6.85 |
51.00 |
3.46 |
0.42 |
5 |
纯质灰岩 |
0~16.34 |
54.20 |
0.43 |
0.68 |
由含矿序列看出,从上至下,第1、2、4层是熔剂灰岩矿的夹层。多位于矿层的中上部,在垂向上呈多层互层出现,横向上呈交错穿插或相接,使矿石质量控制工作难度加大。
3.4 构造、裂隙对矿石质量的影响
尽管构造没有使矿区主矿体产生大的断层、褶皱,但受此影响而产生的大量轻微错动和断裂,使得主矿体局部挤压破碎,矿层变薄,矿石质量下降。
区内裂隙较为发育,并存在小规模溶洞,溶洞与裂隙中的泥质充填物直接影响到矿石的质量。如在zk805-5钻孔处的矿层中溶洞深达1.56米,形成较大充填物夹层,而在zk905-5钻孔中裂隙泥质充填物厚度达到2.44米。
4 矿石质量的控制
该石灰石矿采用露天开采,汽车运输开拓系统,分台阶自矿体底板向顶板推进,正常台阶高度为12米,采场工作程序为:穿孔→爆破→铲装→运输→排土。主体设备:150型潜孔钻机,4m3电铲及20吨自卸汽车。在生产过程中穿孔、爆破、铲装某一工序对质量控制稍有疏忽,都将给下一工序的质量控制增加困难。因此,加强生产过程中的矿石质量控制显得尤为重要。
4.1 强化三角剥离,确保清顶到
由于矿体顶板凹凸不平,凹陷处推土机清顶不到位,为了减少顶板的混入,对用设备难以彻底清除的该层残岩,要进行人工清顶。
本矿存在大量的三角剥离岩带,三角剥离是矿石质量控制的关键工序。以往习惯于沿矿体倾斜方向布置三角带剥离工作线,沿走向推进(见图1),此种情况下,电铲在一个斜面上作业,当矿体倾角较大时,往往靠近斜坡上部过清,矿石损失率较高,靠近斜坡下部清顶不到位,造成矿石贫化。实践中发现,工作线沿矿体走向布置(见图2),采掘带从上盘向下盘方向推进,在同一个采掘带内,使电铲有条件大致在同一个水平面上作业。另外,沿走向布孔同排孔穿孔深度基本一致,标高易控制,可保证一次到位,有利于控制矿石的损失和贫化。为此,建议矿山将此种三角剥离工艺作为工艺标准加以制度化确认。
4.2 控制矿石贫化,进行质量均衡
矿体中的夹层灰岩分布范围广,数量大。全区境内总夹层量为823.42万砘,其中达到水泥灰岩指标的夹层量为777.35万砘,占94.41%,厚度4.00~20.10米,其组份含量为cao 48.84~53.69%,mgo 0.49~3.38%,sio2 0.36~3.67%。在采矿过程中将其完全剔除十分困难,也显得不太经济。经计算,这部分夹层与熔剂灰岩矿进行合理搭配,是完全可以满足氧化铝生产要求的。但是在不同矿段,不同范围,所允许的搭配量不同,因此应以进厂矿石指标为依据,按开采块段内的矿岩的分布条件,通过均衡计算,最终确定搭配量。允许夹层最大混入量计算公式如下:
(q夹c夹+q矿c矿)/(q夹+q矿)=c标
式中:q夹—允许最大混入夹石量(t)
q矿—开采矿段熔剂灰岩矿石量(t)
c夹—混入夹层的平均品位(%)
c矿—开采矿段熔剂灰岩矿平均品位(%)
c标-进厂矿石要求品位指标(%)
4.3 开采下三角矿时,严格控制孔深,避免底板围岩爆起混入
由于矿体倾斜,在开采下三角矿时,潜孔钻穿孔不易控制。孔深不够,爆破后留有底根给电铲铲装造成困难,回采率降低;孔深超深,必然将底板围岩爆起。因此在穿孔时要严格控制孔深,根据地质资料和采场实际情况,爆破前对于超深孔一定要给予回填,避免与底板混爆。另外,类似于三角剥离,从理论上讲,在开采下三角矿时,工作线沿走向布置的采矿工艺对控制损失贫化也是有效的,亦应予以推行。
4.4 采装及破碎工艺环节中的质量控制
在开采过程中,如果清顶后留存的残岩以及破碎带、裂隙、溶洞内的充填物较多,导致原矿质量较差时,可以将其直接外排或者分采分运供给民砸,避免其进入破碎系统。原矿进入破碎系统后,最为有效的质量控制手段就是进行筛分。在实践中破碎系统专门增设了一条皮带(17#皮带)辅助筛分工序,用于排土。当原矿中混入物较多,不能保证矿石质量时,通过17#皮带将混入物分离外排,从而保证进厂矿石质量。实践证明上述措施是有效的,但应建立严格的皮带开停制度,以保证皮带能适时运行。
5 结束语
矿石质量的控制贯穿于从采场穿爆、铲装、破碎筛分至矿石输出的全过程,质量管理工作要与生产部门紧密配合,认真落实生产过程中所采取的质量保证措施。本文主要对影响矿石质量的客观因素进行了分析并提出了控制措施。但是对各环节的质量控制,人为因素不容忽视,人的因素起着关键性的作用。因此,企业在抓质量管理工作的过程中,要特别注重培养全员的质量意识,把质量形象教育作为企业文化的一项重要内容贯彻始终。
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