小煤礦如何進行機械化改造

廣西百色百礦集團東懷煤礦，作為國家安全監(jiān)管總局小煤礦機械化改造試點示范礦井，用實踐證明，地質(zhì)條件復(fù)雜的中小煤礦是可以實現(xiàn)“機械化換人、自動化減人”的。

百色百礦集團有限公司是百色市屬國有企業(yè)，是廣西最大且影響全國的褐煤生產(chǎn)基地、全國重要的碳酸錳基地、國家級綠色礦山試點單位、全國中小型標桿煤礦。目前，集團全資和控股企業(yè)28家，資產(chǎn)總額131億元，職工5 000余人，煤炭和錳礦生產(chǎn)能力500萬t/a。企業(yè)核心產(chǎn)業(yè)為煤電鋁一體化、生態(tài)錳產(chǎn)業(yè)一體化、錳礦、煤炭物流、煤機制造、建材地產(chǎn)以及煤礦專業(yè)工程技術(shù)服務(wù)等行業(yè)。

長期以來，我國南方煤礦普遍存在地下水發(fā)育，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、煤層不穩(wěn)定等情況。一直以來，百色百礦集團東懷煤礦在工作面回采、巷道掘進方面采用傳統(tǒng)的炮采、炮掘工藝，存在井下用工人數(shù)多、頂板事故多、產(chǎn)量及效率低、工人勞動強度大，職業(yè)健康危害大等缺點。原來使用炮采、炮掘年產(chǎn)15萬t煤炭時，回采和掘進一線隊伍用工有270多人，運輸系統(tǒng)采用的是礦車運輸、串車提升方式，造成了為一線服務(wù)的二線輔助工種人員數(shù)量無法減少，導(dǎo)致整個礦井人數(shù)龐大，最多時整個礦井有1 000多人。

改造的主要內(nèi)容

百礦集團領(lǐng)導(dǎo)班子認為，東懷煤礦資源條件相對較好，有實力率先嘗試實施以“綜掘綜采一體化、綜掘錨噴一體化、煤礦安全管理信息化”為目標的全面技術(shù)改造。

2005年初，百色百礦集團對東懷煤礦進行“綜掘綜采一體化、綜掘錨噴一體化、煤礦安全管理信息化”技術(shù)改造。一次性引進4套綜合機械化掘進機組，全部淘汰了打眼放炮的傳統(tǒng)掘進工藝，在廣西率先實現(xiàn)了掘進機械化，效率比人工炮掘提高了近10倍。2006年6月，東懷煤礦投入試運行第一套綜合機械化采煤成套設(shè)備，隨后，又陸續(xù)對運輸、通風、供電系統(tǒng)進行改造。通過實現(xiàn)采掘機械化、主要運輸皮帶化、支護錨噴化，全礦淘汰了炮掘、炮采和棚架支護等落后的生產(chǎn)工藝，做到了全過程的機械化生產(chǎn)。2007年，東懷煤礦機械化開采技改項目通過廣西壯族自治區(qū)驗收正式投產(chǎn)，礦井原煤生產(chǎn)能力由15萬t/a迅速提升到90萬t/a。

綜采技術(shù)改造

在南方軟巖工作面使用綜采，一直是煤炭行業(yè)面臨的難題。而且，東懷煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層多，井田斷層間走向長度較短。為此，東懷煤礦投入5 000多萬元，完成了采煤工作面全部生產(chǎn)過程機械化升級改造工作，包括采煤工作面破煤、裝煤、運煤、支護等過程機械化作業(yè)。

第一，綜采工作面采用掩護式液壓支架，對軟弱巖層頂、底板進行安全有效的支護，避免了使用單體液壓支柱支護時，因支護面積小而鉆底，及頂板破碎而造成工作面漏頂、冒頂事故。東懷煤礦示范總結(jié)整理了《中小煤礦液壓支架安全技術(shù)規(guī)范》，對中小煤礦綜采液壓支架設(shè)備選型、設(shè)計、工況分析檢測及液壓支架安全運行、維護檢修技術(shù)進一步規(guī)范。

第二，東懷煤礦井下采煤工作面地質(zhì)條件復(fù)雜，構(gòu)造多，煤層賦存在軟巖地層中，頂板破碎易漏、底板松軟易鼓，巷道側(cè)壓嚴重，容易造成皮帶運輸巷轉(zhuǎn)載機巷道段設(shè)備擁擠，行人困難的情況。為此，東懷煤礦選擇了較適合的轉(zhuǎn)載設(shè)備，使之在滿足生產(chǎn)能力的同時，盡可能縮小設(shè)備尺寸，從而達到機械化生產(chǎn)的目的。此項改造后，該礦總結(jié)了《中小煤礦轉(zhuǎn)載機安全技術(shù)規(guī)范》。

同時，針對薄煤層，東懷煤礦還采用小型40型刮板機代替與工作面匹配的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)載機，通過以雙電機帶動、加密刮板和加高擋煤板，解決了綜采設(shè)備大型化難以適應(yīng)薄煤層，巷道變形嚴重的復(fù)雜地質(zhì)條件。

第三，針對中小煤礦煤層薄、煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、煤層產(chǎn)狀變化大的特點，為充分發(fā)揮機械化生產(chǎn)能力，選擇了結(jié)構(gòu)緊湊、功率合適、適應(yīng)不同坡度、不同硬度煤層條件的采煤機。此項改造總結(jié)整理了《中小煤礦采煤機安全技術(shù)規(guī)范》。

第四，對刮板運輸機進行小改革。中小煤礦煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，部分夾矸為泥巖，遇水后，溶化成團狀膠結(jié)于中部槽或底槽，或破碎頂板落入工作面刮板運輸機，從而容易造成卡鏈，影響正常生產(chǎn)。東懷煤礦選用適合型號高強度中雙鏈刮板運輸機，較好地解決了這個問題，并總結(jié)了《中小煤礦刮板輸送機安全技術(shù)規(guī)范》。

第五，積極開展礦壓觀測研究，在各種巷道中布置礦壓觀測站，綜掘巷道使用激光定向掘進，礦井軟巖頂?shù)装骞芾韺崿F(xiàn)了主動式管理，使綜合機械化掘進巷道實現(xiàn)了安全質(zhì)量標準化。

其他技術(shù)改造

東懷煤礦首先完成了綜合機械化掘進技術(shù)改造工作。投入1 000多萬元，完成了巷道掘進機械化操作，改變了原來放炮作業(yè)工序間斷，掘進效率低，巷道圍巖受破壞，掘進斷面不規(guī)整，作業(yè)環(huán)境差，施工不安全等情況，實現(xiàn)了連續(xù)切割、裝運作業(yè)，大幅度提高了掘進速度和工效，改善了現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境。

第二，為解決機械化綜采的運輸問題，東懷煤礦改造采用大長度膠帶運輸機，井上下運輸提升全程實現(xiàn)皮帶機運輸，淘汰了礦車提升運輸煤炭的落后技術(shù)。同時，在軟底板條件下，順槽膠帶運輸機機尾容易下沉，該礦設(shè)計加工了船形機尾架，不僅避免了機尾架下沉，而且加快了收縮膠帶時間。

此外，東懷煤礦完成膠帶輸送機控制系統(tǒng)改造工作。該礦投入140多萬元，完成對礦所有主要膠帶輸送機控制系統(tǒng)集中控制改造工作，改變了原來9臺主膠帶輸送機獨立控制、用人多的局面，實現(xiàn)了井下膠帶輸送機各崗位無人值守運行。

第三，完成無極繩絞車運輸系統(tǒng)應(yīng)用工作。東懷煤礦投入45萬元，完成了井下輔助運輸方面的升級改造，改變了三采區(qū)軌道運輸平巷運輸設(shè)備多、人員多的缺點。實現(xiàn)一次性把井下運輸大巷的材料，直接運到三采區(qū)軌道運輸平巷尾，中間無需轉(zhuǎn)車，提高了運輸效率，減少運輸設(shè)備、操作人員以及操作工序。

第四，完成單軌吊車應(yīng)用工作。東懷煤礦投入310萬元，完成了井下大型設(shè)備輔助運輸升級改造，改變了大型設(shè)備使用小絞車、回柱絞車、柴油機車，在普通軌道上牽引礦車或平板車運輸?shù)姆绞?，裝載則是利用手動葫蘆或撬棍，甚至人推肩扛的局面，實現(xiàn)了直接將綜采支架運到采煤工作面上，提高了綜采工作面搬家時設(shè)備轉(zhuǎn)運的速度和效率，以及運輸過程中的安全性。

第五，完成電力監(jiān)控防越級跳閘系統(tǒng)的應(yīng)用工作。東懷煤礦投入108萬元，完成了井下2個水平的中央變電所39臺高壓防爆開關(guān)的綜合保護器升級改造，安裝了內(nèi)置短路電流采集模塊的專用智能綜合保護器或加裝短路閉鎖模塊。電力監(jiān)控防越級跳閘系統(tǒng)的應(yīng)用，改變了礦井供電系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)短路、漏電故障而頻繁跳閘停電的局面，實現(xiàn)井下兩個水平的中央變電所無人值守。

第六，完成礦井排水自動化改造項目。東懷煤礦投入80萬元，完成了兩個水平中央泵房排水系統(tǒng)的集中控制箱、就地控制箱、傳感器、電動閥門升級改造工作。改變了原來人工灌水，操作繁瑣，泵房必須有人24 h值守的局面，實現(xiàn)兩個水平的中央泵房排水系統(tǒng)自動化排水，地面調(diào)度中心的遠程操控和無人值守。

第七，完成架空人車自動控制的改造。東懷煤礦投入30萬元，完成了兩臺架空人車無人值守的電控技術(shù)升級改造工作，將采用傳統(tǒng)的繼電器回路，升級改造成使用PLC控制器控制，穩(wěn)定、可靠、保護齊全、功能強的控制系統(tǒng)。同時，改造后，該礦實現(xiàn)了架空人車不需專門操作司機，實現(xiàn)無人值守運行和遠程智能監(jiān)控運行等多種運行狀態(tài)。

效果分析

總結(jié)東懷煤礦換人減人的效果，見表1。

從成本效益分析看，通過實現(xiàn)采掘機械化、運輸皮帶化、支護錨噴化，做到了全過程的機械化生產(chǎn)。礦井原煤生產(chǎn)能力由15萬t/a迅速提升到90萬t/a，平均回采工效由原來的2 t/工提高到60 t/工，用工人數(shù)由原來的近1 000人減少到500人，安全生產(chǎn)系數(shù)進一步提高。

從安全保障提升情況看：一是安全可靠性提高。大幅度減少了人員的現(xiàn)場操作，各作業(yè)地點生產(chǎn)時，操作人員通過遠程控制對設(shè)備進行開停，實現(xiàn)少人作業(yè)，實現(xiàn)少人則安。

二是井下設(shè)備自動化系統(tǒng)對系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備的各項參數(shù)，均能嚴密監(jiān)控，并自動采取報警、規(guī)避、制止等各種措施，大大減少機電設(shè)備不安全狀態(tài)導(dǎo)致的安全問題。

三是自動化系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備按編制好的程序、步驟自動控制、協(xié)調(diào)操作，因此大大減少了各工種人員自身的不安全行為導(dǎo)致的安全問題。

四是工作質(zhì)量和效率得到很大提高。由于皮帶、無極繩絞車、架空人車、排水等生產(chǎn)工藝實現(xiàn)自動化控制，減少人為操作失誤帶來的影響，效率更高。

五是隊伍精簡化。各種設(shè)備都可以進行遠程控制，減少人工操作帶來的差錯。由于各種設(shè)備、系統(tǒng)更加復(fù)雜，在安裝、調(diào)試、使用和維護的過程中，促使機電技術(shù)工人、機電管理人員等素質(zhì)的提高。

六是將原來手動操作的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變成自動、集中、遠程的控制模式，提升裝備整體智能化水平，推進煤礦朝機械化、自動化、信息化、智能化方向邁進。

組織 資金保障

百色百礦集團通過組織技術(shù)骨干及相關(guān)管理人員，多次到全國各類機械化采煤的煤礦學習考察，反復(fù)與裝備生產(chǎn)廠家及科研單位研討論證后，首先成立了機械化改造領(lǐng)導(dǎo)機構(gòu)，設(shè)立了技術(shù)攻關(guān)小組。在此基礎(chǔ)上，集團領(lǐng)導(dǎo)班子組織全體干部職工開展“解放思想，要不要上機械化謀發(fā)展”的大討論，統(tǒng)一了干部職工的思想認識。

機械化改造初期，在集團層面設(shè)置機械化改造領(lǐng)導(dǎo)指揮部，集團主要負責人擔任領(lǐng)導(dǎo)指揮部總指揮，技術(shù)負責人，分管生產(chǎn)、安全的副職為主要成員，全面協(xié)調(diào)和解決技術(shù)改造過程中碰到的問題。東懷煤礦設(shè)置機械化改造實施組織機構(gòu)，負責改造實施過程全面工作。同時，為加強對綜采隊的技術(shù)指導(dǎo)和組織領(lǐng)導(dǎo)，首個綜采隊指派1名曾擔任過礦技術(shù)負責人、現(xiàn)場工作經(jīng)驗豐富的礦領(lǐng)導(dǎo)擔任。還配備專門的采礦、機電技術(shù)人員到綜采隊擔任副隊長和技術(shù)員，提高了綜采隊伍的級別和技術(shù)素質(zhì)。

在資金投入方面，礦山資源量小，融資困難，很難依靠自身資金進行機械化技術(shù)改造。東懷煤礦自2006年起進行綜合機械化改造，局領(lǐng)導(dǎo)班子堅持在改革中變思路、找出路。一是利用優(yōu)勢資源，加大對外招商引資力度。吸引外部資金合股成立二級公司，合作進行機械化改造開采煤炭資源，成功地引進外部資金近億元人民幣，參與礦井綜合機械化改造。二是與設(shè)備廠家洽談，采取分期支付設(shè)備款、設(shè)備投產(chǎn)后逐漸還款的辦法，以較少的現(xiàn)金投入就完成了整個項目的設(shè)備采購活動，為項目推進提供了可靠的設(shè)備保障。

編輯 包冬冬