特大型复杂矿区五品联动矿冶工程管理新模式研究*

2013-06-26邵安林

金属矿山 2013年10期

邵安林

(鞍钢集团矿业公司)

鞍钢集团矿业公司是国内最大的冶金矿山企业。建国以来，累计生产铁矿石13.8亿t，为鞍钢发展和国民经济建设做出了重要贡献。鞍山东部矿区包括齐大山采区、许东沟采区、哑巴山采区、西大背采区、砬子山采区、关宝山采区，关宝山选矿厂(处理砬子山、关宝山矿石)、鞍千选矿厂(处理西大背、哑巴山、许东沟矿石)、调军台选厂(处理齐大山、许东沟矿石)、齐大山选厂(处理齐大山矿石)。由于东部矿区地质赋存条件差、矿石性质复杂和难磨难选贫矿多，以及矿山工程组织困难等原因，致使东部矿区采选技术难度较大。为了缓解贫铁矿开发利用的世界性难题，使过去不能工业利用的资源得以充分利用，鞍钢矿业创造性地采取五品联动矿冶工程管理模式，建成了世界特大型贫铁矿区(鞍山东部矿区)，提高了资源利用率，取得了巨大经济效益和社会效益，实现了跨越式发展。

1 五品联动矿冶工程管理模式提出的背景

以提高精矿品位为核心，统筹考虑矿石地质品位、采出品位、入选品位、精矿品位、入炉品位(简称五品)，实现以勘促采、以采保选、以选带采、多选少冶的管理模式，简称五品联动矿冶工程管理模式。

(1)保障国家经济安全的需要。铁矿石是工业化最基础原料之一。中国是世界第4大铁矿资源国，资源量744亿t，但贫铁矿占99%，以贫磁铁矿和贫赤铁矿两大类为主，平均品位33%。上世纪末精矿品位62.5%，生产成本高于进口矿价的51%，全国资源利用率仅7.6%，“采矿不如买矿”成为业内主流思路。2000年以来国内钢铁需求旺盛，进口铁矿石量价同步攀升，10年多支出原料成本近2万亿元，导致钢铁全行业亏损，严重威胁国家经济安全。鞍钢集团矿业公司创造性地采取五品联动矿冶工程管理模式，成功解决贫铁矿开发利用的世界性难题，使过去不能工业利用的资源得以充分利用，对我国增加自产矿比例，提升铁矿石谈判话语权，抑制进口矿价格具有重大意义。

(2)满足鞍钢炼铁原料自给的需要。鞍钢最重要的竞争优势就是拥有雄厚的铁矿资源，但随着钢铁产能的增加，矿山生产能力不足的问题已成为制约鞍钢生产和发展的瓶颈。预计到2015年，鞍钢铁产量将达到2 450万t，如不实施东部矿区建设项目，鞍钢矿山自产铁精矿产量到2015年将降到1 200万t，铁精矿自给率仅为30%左右，鞍钢的资源优势将大大削弱，国内外竞争力非但得不到提升，反而会受到极大的损害。因此，通过五品联动管理实践，加快矿山建设，保持铁矿生产能力的稳定和提高，是满足鞍钢和矿山发展的重大而紧迫的战略举措。

(3)推动鞍钢矿业战略发展的需要。鞍钢矿业是地方经济发展的支柱企业，但“十五”期间，受技术、成本及外部因素制约，铁矿山开发建设滞后，产能迅速下降，连续10年严重亏损。为尽快扭转局面，鞍钢矿业提出“两步跨越”的资源发展战略，制定了国内规模最大的矿山总体建设规划，共安排重点矿山建设项目32项，规划目标:2015年铁矿石产能超1亿t，2020年超2.3亿t，控制资源320亿t，建设世界级铁矿山企业，增强与国际矿业巨头抗衡能力，提升铁矿石定价主动权。如此庞大的铁矿山项目集中建设，必须有一套科学系统的工程技术管理方式方法。鞍钢矿业通过推进五品联动矿冶工程管理模式创新，为大规模矿山建设提供了可靠的技术攻关和工程组织模式，保证了资源发展战略的顺利实施。

(4)实施鞍山东部矿区建设的需要。实施鞍山东部矿区建设工程是鞍钢矿业发展战略的核心内容。东部矿区是世界资源量最大、赋存条件最差、难选矿种类最多的特大型贫铁矿区。东部矿区拥有铁矿石资源量172亿t，矿床发现80年一直未大规模开发，主要原因:一是采矿难度大，矿岩互层、多采空区、钻爆性差;二是选矿难度大，矿物组成复杂、嵌布粒度细、粒度不均匀、矿石品位低、破碎磨矿难;三是工程组织难度大，地形复杂、矿石类型多、采区部位散。此类资源国内外尚无技术和工程管理经验可供借鉴。“十五”期间鞍山东部矿区矿石产量徘徊于1 000万t/a，精矿品位63.5%，成本比售价高30%以上，经营举步维艰。鞍钢矿业通过创建五品联动矿冶工程管理模式，成功解决了鞍山东部矿区开发利用的技术问题和工程组织难题，实现了东部矿区大规模高效开发，促进了鞍钢资源优势的发挥。

2 五品联动矿冶工程管理模式创新内涵

鞍钢矿业以复杂系统理论为指导，以鞍山东部矿区建设工程为依托，以实现整体效益最大化为目标，突破“采、选、冶”工艺独立优化思维定式，将矿山生产勘查、采矿、配矿、选矿、冶炼五大环节整体优化(图1)，以提高精矿品位为核心，五品统筹考虑形成了五品联动矿冶工程管理模式。提出“点突破、线联动、面拓宽”递进式工程建设思路:以技术攻关实现关键环节点突破，确保工序指标最佳;以工程管理实现工序间线联动，确保系统效率最高;以全矿区指标整体优化实现面拓宽，确保效益最大。基于这一模式，鞍钢矿业组织实施了鞍山东部矿区重大技改工程，建成了世界最大贫铁矿区，矿山产量规模、工艺技术、经济和社会效益实现了历史性突破，成为我国铁矿资源开发的典范。

图1 五品联动动态优化系统

3 五品联动理论模型建立

3.1 研究理论方法

五品联动管理以系统论为理论依据，采用系统工程方法，同时依据扣除前序费用理论和边际效用理论，采用边际分析方法和多目标决策数学方法，编制决策支持系统。

(1)系统工程理论。现代矿山生产涉及多个生产环节，环环相扣，构成一项复杂的系统工程。一是复杂性，包括赋存条件、技术、工程、经济、政策等诸多因素;二是动态性，各个子系统间存在动态联系，单个系统变化引起整个系统变化;三是开放性，受外部条件的影响而变动。如矿产品市场价格的变动，地质、采矿、选矿、球团、烧结等技术进步，都将使系统发生变动。

(2)扣除前序费用理论。当降低地质品位时，可将表外矿乃至超贫矿划归表内矿，则要回收利用它们可不再耗费凿岩、爆破等费用，因为即使不回收利用它们，也要把其爆破并运到废石场去。

(3)边际效用理论。当产量不变，单位成本最低，效益最大。当产量变动时，按经济学的边际分析方法分析，应是边际成本等于边际收益时效益最大。

(4)多目标优化决策理论。经济效益最高的方案，不一定是资源回收效益最好的方案。只有通过多目标优化决策，兼顾两者，达到相对最佳经济效益和相对最佳资源回收效益，才是合理的五品联动管理。

3.2 模型建立

以地质品位、采出品位、入选品位、精矿品位、入炉品位为决策变量，以开采、洗选、冶炼过程总成本(F)控制为目标，可以建立用以描述五品联动管理的数学模型

式中，ti为各环节产量;fi(pi，pi+1)为各环节对应的成本，pi为各环节对应的品位。

4 基于五品联动理论的创新实践

4.1 以技术攻关实现关键环节点突破

鞍钢按五品联动管理思路，针对东部矿区开展技术攻关，建立三大工程技术系列。

(1)建立贫磁铁矿提铁降硅技术系列。从2000年开始，鞍钢在国内率先开展了“提铁降硅”攻关，突破单一铁品位评价模式，把铁精矿质量扩展到采选和冶炼大范围研究，以炼铁成本最低确定合理品位。从提高入炉品位入手，确定冶炼、选矿、配矿等环节工艺参数，逆推工序至采矿源头;通过分采分运将采出品位提至28.2%;通过高效预选将入选品位提至29%;采用阳离子反浮选将精矿品位提至69%，SiO2降至4%;形成贫磁铁矿提铁降硅技术系列，指标达到世界领先水平，开创国内磁铁精矿阳离子反浮选提铁降硅先例，已应用于国内外10余个大型矿山。

(2)建立“三力场四流程”贫赤铁矿选矿技术系列。鞍山东部矿区资源是公认的难选矿。鞍钢确定了“磁选保收率、反浮选提品位、重选降成本”技术路线，建立了“三力场四流程”贫赤铁矿选矿技术系列。即将重力、磁力、浮力有机结合，形成独特的多力场联合选矿工艺。研发了“阶段磨矿—粗细分选、极贫赤铁矿湿式预选、含碳酸盐赤铁矿分步浮选、赤褐铁矿尾矿再选”四大主体技术。针对4类难选矿石，分别开发出“阶段磨矿—粗细分选、重选—磁选—阴离子反浮选”，“自磨—强磁预选、阶段磨矿、重磁浮联合分选”，“阶段磨矿—粗细分选、重选—磁选—分步浮选”，“浮尾强磁—再磨—强磁—反浮选”四大选矿工艺流程，攻克了东部矿区贫赤铁矿利用技术瓶颈。

(3)建立露天矿与地下矿协同开采技术系列。针对鞍山东部矿区存在多矿体、多采场、多采区、多空区、多中段同时开采及露天转地下过渡开采等问题，从矿山开采对岩体破坏与稳定的内在实质出发，分析了在复杂边界条件下的开采扰动与岩体温度场、渗流场、应力场、损伤场等相互耦合作用机理，建立了矿山时空反演技术理论，研发了矿产资源露天与井下协同开采技术，解决了鞍山东部矿区复杂矿体条件下资源开采技术难题，实现了矿山安全、高效、低成本开采技术的突破。

4.2 以工程管理实现工序间线联动

鞍山东部矿区地形复杂、矿石类型多(4种类型)、采区部位散(6个采区、11个采矿部位)，工程组织难度异常大。鞍钢有针对性地建立了“大区域开采、网络化配矿、差异化分选、全员化管理、信息化保证”的新的工程组织模式。

(1)大区域开采。“十五”初期，鞍山东部矿区呈现单个矿山小规模开采的局面，造成周边环境的严重破环和资源的极大浪费，形成的采空区给后续安全开采带来了重大隐患。鞍钢制定了东部矿区总体开发方案，将齐大山、许东沟、哑巴山、西大背、砬子山、关宝山等6个采区统筹规划，科学开采，实现了东部矿区大规模区域化、安全高效开采。

(2)网络化配矿。根据矿岩及品位高低分布情况，在采场按区域采取了分钻、分穿、分爆、分装、分运的“五分法”生产管理方式，大大提高了矿石回采率和采出品位。按照分类配送的原则，将不同采区的同类矿石分别送相对应选厂，形成17条矿岩胶带运输系统，形成了平面与空间交叉的立体运输网络，实现了“区区相连、采选互通、整体联动”。

(3)差异化分选。按矿石种类进行差异化选矿，大大提升选矿能力和精矿质量。调军台选厂采用“阶段磨矿、粗细分选、重—磁—阴离子反浮选”处理细粒浸染状赤铁矿;齐大山选厂采用“阶段磨矿、粗细分选、重—磁—阴离子反浮选—浮尾再选”工艺处理低品位细粒赤铁矿;鞍千选厂采用“湿式预选—阶段磨矿、粗细分选、重—磁—阴离子反浮选”工艺处理低品位假象赤铁矿。

(4)全员化管理。建立了科研、设计、管理、施工、运行五位一体工程组织方式，实现工程全生命期一体化和集成化管理。工程组织实施分级管理。决策层负责项目重大和关键问题的决策;管理层对工程项目规划、设计、施工、试车、验收进行全面管理;执行层执行具体和工程管理与建设任务。在职能上，纵向以项目管理为主，横向以专业管理为主，形成矩阵式管理架构，并通过项目决策组、技术创新室、职工攻关队等有效形式发挥管理人员、专业技术人员和一线职工的积极性，实现了全员管理的目标。

(5)信息化保障。鞍钢高起点、高标准推动信息化与工程建设和管理工作的深度融合，先后建设了GPS智能调度系统、GIS矿山地质信息系统、视频监控系统以及预算管理、安全管理、设备点检、工程管理等专业管理系统，形成了鞍钢矿山管理系统(简称AMS)。AMS系统为实施五品联动管理提供了信息化手段支撑，促进了企业整体效率的革命性提升。