復(fù)雜條件下千萬噸礦井科技減人提效研究與實踐

胡成軍

(中煤天津地下工程智能研究院，天津 300121)

國家安全生產(chǎn)監(jiān)管總局“安監(jiān)總廳科技〔2017〕8號”文件《關(guān)于印發(fā)<單班入井超千人礦井科技減人工作方案＞的通知》，指出一些單班入井人數(shù)超過千人的礦井（以下簡稱千人礦井）應(yīng)通過深入開展“機械化換人、自動化減人”工作，制定科技減人實施方案，確保單班下井人員減少到千人以內(nèi)，提升安全生產(chǎn)基礎(chǔ)保障能力。我國48座千人礦井大多從降產(chǎn)、改造生產(chǎn)系統(tǒng)、升級技術(shù)裝備、提升管理能力及優(yōu)化崗位配置等方面采取措施來減少單班下井人員數(shù)量，但未系統(tǒng)地梳理礦井各系統(tǒng)存在的問題，實施方案針對性不強，減人效果一般，仍有部分礦井未解決單班入井超千人難題，安全風(fēng)險依然較大。

1 工程概況

劉莊煤礦位于安微省潁上縣，核定生產(chǎn)能力為11.40Mt/a，屬華東兩淮地區(qū)特大型礦井。井田東西走向長度約16km，南北寬度3.5～8.0km，共發(fā)現(xiàn)斷層315條，有13層可采煤層，埋藏最深達1200m，間距小，傾角大，圍巖條件差，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，為煤與瓦斯突出礦井。采煤工作面機械化程度雖達到100%，但自動化水平偏低。巷道地壓較大，巷道支護要求高，綜掘機械化程度僅為68%，支護工序占用時間多，月單進水平低，掘進工作面最多時平均每月32個。巷道失修工程量大，巷修機械化程度低。井下輔助運輸采用防爆蓄電池電機車、滾筒絞車、連續(xù)牽引車等多種方式，轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)多，效率低。井下主運輸系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)及信息化系統(tǒng)點多面廣。防治瓦斯與水害工程量大，鉆機臺效偏低。

2 減人提效關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

2.1 開拓開采設(shè)計優(yōu)化

本井田內(nèi)斷層較多，對井田開拓、采區(qū)劃分、采區(qū)巷道及回采工作面布置影響較大。礦井開拓工程量大，工作面推進長度短，不規(guī)則塊段巷道布置困難。采用了相鄰近距離煤層聯(lián)合布置大巷開拓、利用大巷老巷復(fù)用、加大工作面長度及L型轉(zhuǎn)采等多種優(yōu)化方式，從設(shè)計源頭減少巷道工程量。

2.2 生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化

2.2.1 建立煤矸共運系統(tǒng)

基于運矸系統(tǒng)不完善、煤矸混運主井提升負擔(dān)重、煤質(zhì)差、煤炭洗選量大等問題，采取了以下幾項主要優(yōu)化措施：

（1）各采區(qū)在與大巷連接處施工矸石倉，巖巷掘進工作面在膠帶機頭部設(shè)置矸石窖，臨時儲存矸石。

（2）施工大巷和井底運煤運矸系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)通道鋪設(shè)轉(zhuǎn)載機，在煤倉上口設(shè)置分流裝置，掘進矸石由運煤膠帶運至煤倉上口，通過分流裝置轉(zhuǎn)載至矸石膠帶機，最終通過矸石井提升至地面。

（3）順槽掘進及回采工作面過斷層期間產(chǎn)生的矸石，分割分運，在出矸時間將矸石集中運輸。

（4）統(tǒng)一調(diào)度，制定專門出矸時間段集中運矸。

2.2.2 推廣應(yīng)用采區(qū)單軌吊連續(xù)運輸系統(tǒng)

通過在采區(qū)推廣應(yīng)用單軌吊機車，改造單軌吊機車及吊梁，整體運輸31.5t、35.8t、47.5t重型液壓支架及其他設(shè)備，從而實現(xiàn)井下運輸過程連續(xù)化，減少轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)，提高輔助運輸效率，減少崗位人員。

2.3 采掘布局優(yōu)化

通過加大工作面長度，充分發(fā)揮大功率綜采設(shè)備優(yōu)勢，提高單個工作面生產(chǎn)能力；同時，減少同時生產(chǎn)采區(qū)個數(shù)，以兩個采區(qū)保一條回采作業(yè)線，實現(xiàn)集約化生產(chǎn)。

2.4 生產(chǎn)工藝優(yōu)化

2.4.1 綜采設(shè)備快速回撤工藝及配套裝備

（1）創(chuàng)新性研究應(yīng)用了“單軌吊+無坑木+機械手+柔性掩護式預(yù)留回風(fēng)通道”新型成套回撤工藝，即采用鋼絲繩配合高強聚酯纖維柔性網(wǎng)鋪網(wǎng)，利用采煤機進行回撤通道刷擴收作，原有綜采支架支撐頂板，掩護相鄰支架回撤，使用機械手牽引出架，單軌吊運輸整體支架至吊裝間解體。新型成套回撤工藝流程如圖1所示。

圖1 綜采設(shè)備新型成套回撤工藝流程圖

（2）采用了TYA300型液壓支架調(diào)移裝置快速安裝支架工藝，即采取單軌吊將支架直接運輸至調(diào)移平臺上方，利用裝置中的牽引油缸將液壓支架調(diào)向90°，待調(diào)向完成后使用推移油缸將支架推移至安裝位置。

（3）采用TYH300型液壓支架調(diào)移裝置(俗稱“機械手”)配合掩護支架快速回撤工藝。機械手由左右兩個旋轉(zhuǎn)油缸、一個內(nèi)臂油缸和一個提升油缸組成，通過基座和底梁固定在掩護支架推移梁上。使用時用乳化泵對各油缸加壓，形成推移、旋轉(zhuǎn)和提升動作，從而將待撤支架拉出。最后經(jīng)過絞車配合支架自拉調(diào)向，單軌吊起吊運出支架，極大地提高了支架的撤除進度。

2.4.2 快速巷修工藝及配套裝備

（1）為解決巷道失修嚴重及反復(fù)修護難題，提出了“以注代修”的巷道修護理念，積極探索應(yīng)用深淺孔聯(lián)合注漿工藝，即“淺孔充填注漿+深孔加固注漿”，對軟巖與構(gòu)造破碎層進行加固。

（2）應(yīng)用了具有挖掘水溝、臥底、破巖、清理浮煤等多種功能的WPZ-45/400型煤礦用巷道修復(fù)機。

2.4.3 瓦斯抽采工藝及配套裝備

（1）在瓦斯涌出量較小區(qū)域，每隔80m布置一個高位鉆場，代替高抽巷，減少瓦斯治理巷道工程量。高位鉆場布置如圖2所示。

（2）在瓦斯涌出量較大區(qū)域，采用千米定向鉆機施工長距離大孔徑鉆孔代替高抽巷。

（3）采用鉆進能力更強的履帶式鉆機設(shè)備，提高打鉆、移鉆效率，以提高鉆機臺效。

圖2 高位鉆場布置圖

2.5 推進礦井“四化”建設(shè)

2.5.1 綜采工作面智能化開采

本著“少人”的原則，通過采用綜采工作面智能控制技術(shù)和可視化遠程干預(yù)控制技術(shù)，應(yīng)用電液控制系統(tǒng)并完善配套系統(tǒng)，實現(xiàn)割煤、推溜、運輸?shù)裙に囘^程自動化、智能化，具體如下：

（1）對采煤工作面增加電液控配套在線視頻監(jiān)控系統(tǒng)、智能泵站系統(tǒng)和自動配比裝置監(jiān)控系統(tǒng)。

（2）在采煤機和液壓支架上安裝紅外發(fā)射、接收裝置，定位采煤機的位置，實現(xiàn)采煤機與液壓支架之間的連鎖，從而實現(xiàn)自動移架。

（3）在液壓支架上安裝礦用本安型高清網(wǎng)絡(luò)攝像機，實時了解工作面現(xiàn)場情況。

（4）在順槽設(shè)備列車處設(shè)置礦用網(wǎng)絡(luò)交換機，采集工作面視頻信號、控制信號等信息。

2.5.2 巷道快速掘進及配套裝備

（1）針對綜掘工作面支護工序占用時間多的問題，通過采用全液壓錨桿錨索鉆車，降低工人勞動強度，提高綜掘支護工序效率。

（2）引進以掘錨機為核心的煤巷快速掘進成套系統(tǒng)裝備，實現(xiàn)“掘支運”一體化平行連續(xù)作業(yè)。

2.5.3 主運輸系統(tǒng)智能集控

通過采用智能感知、故障診斷、自動控制等技術(shù)，應(yīng)用輸送機智能保護系統(tǒng)、智能調(diào)速系統(tǒng)，代替固定人員值守，實現(xiàn)主運輸系統(tǒng)的智能集控。

2.5.4 大型固定設(shè)備無人值守

通過采用智能監(jiān)測、自動控制技術(shù)和遠程監(jiān)控信息平臺，對主排水泵增設(shè)綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)，變電所、配電室設(shè)置電力監(jiān)控分站，代替人工井下現(xiàn)場值守，實現(xiàn)主排水泵房無人值守。

2.5.5 信息化系統(tǒng)智能監(jiān)測

通過采用多信息融合、嵌入式實時分析、故障診斷等技術(shù)，應(yīng)用激光型瓦斯傳感器、智能防塵系統(tǒng)、礦壓在線監(jiān)測系統(tǒng)及改造控制網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)設(shè)備、環(huán)境等智能監(jiān)測與管理。

3 實施效果

3.1 礦井萬噸掘進率

通過采取開拓布局、采區(qū)設(shè)計優(yōu)化及加大工作面等技術(shù)手段，大大減少了大巷、石門、采區(qū)巷道、工作面巷道工作量，在保持煤炭產(chǎn)量基本穩(wěn)定的前提下，礦井萬噸掘進率由34.91m/萬t降至16.91m/萬t，減少了18m/萬t。

3.2 煤炭洗選量

建立煤矸共運系統(tǒng)后，從井下源頭對混入煤流系統(tǒng)中的矸石進行分流，提高了源頭煤質(zhì)，煤炭洗選量由560.06萬t降至30.89萬t。

3.3 采掘作業(yè)線

（1）綜采工作面?zhèn)€數(shù)。原安排三條生產(chǎn)線作業(yè)保證礦井11.4Mt/a產(chǎn)量，隨著單面生產(chǎn)能力的提高，生產(chǎn)線降至兩條，實現(xiàn)了復(fù)雜條件下千萬噸礦井“一井兩面”生產(chǎn)布局。

（2）掘進工作面?zhèn)€數(shù)及工程量。隨著年掘進進尺工程量的下降，掘進工作面?zhèn)€數(shù)也逐年減少，共減少了18個。

3.4 綜采設(shè)備安撤效率

（1）在111101、171305等工作面成功推廣應(yīng)用了“單軌吊+無坑木+機械手+柔性掩護式預(yù)留回風(fēng)通道”新型成套回撤工藝，較傳統(tǒng)“慢絞+裝車平臺+點柱、木垛支護回風(fēng)通道”回撤工藝，回撤一架支架節(jié)省了55min，回撤效率是原來的2.2倍。

（2）151103工作面在液壓支架安裝中采用了液壓支架調(diào)移裝置安裝工藝。經(jīng)測算，安裝一臺液壓支架僅需要2.5h，安裝效率是原來的2倍。

3.5 快速巷修工藝及配套裝備

通過全面應(yīng)用“淺孔充填+深孔加固”聯(lián)合注漿修護工藝，有效降低巷道失修率，解決了巷道反復(fù)修護難題，巷道修復(fù)工程量逐年下降，2017年與2013年相比降低了5928m。

3.6 減人總體效果

（1）全礦總?cè)藛T。全礦減員4495人，減幅46.96%。其中井下減員4289人，減幅達52.32%；地面減員206人，減幅16.95%。

（2）單班入井人員。全天入井總?cè)藬?shù)2742人，單班最大入井人數(shù)979人，全天入井總?cè)藬?shù)減少2522人，單班最大入井人員減少1221人。

4 經(jīng)濟效益分析

全員工效提高了3.2t/工·d，原煤直接生產(chǎn)成本降低了106.45元/t，已累計降低成本16.78億元，增加凈利潤13.93億元，今后每年利潤總額增加4.83億元，年凈利潤增加3.62億元，經(jīng)濟效益十分顯著。

5 結(jié) 論

劉莊煤礦采區(qū)向遠部、深部延伸，需人更多，在維持產(chǎn)量穩(wěn)定的情況下，依靠科技創(chuàng)新，多措并舉，實現(xiàn)全礦總?cè)藬?shù)、單班入井人數(shù)不增反減，解決了復(fù)雜條件下千萬噸礦井單班入井超千人的難題，化解了井下人員多伴生的安全風(fēng)險，提升了企業(yè)安全生產(chǎn)基礎(chǔ)保障能力，實現(xiàn)了減人、增效、強安多重功效。