麻地梁煤礦綜放設(shè)備全生命周期管理研究與實(shí)踐

吳勁松，徐 輝，闞 磊，周宗業(yè)，周 圓

(內(nèi)蒙古智能煤炭有限責(zé)任公司麻地梁煤礦，內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市，017000)

我國(guó)以煤炭為主體的能源結(jié)構(gòu)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)難以改變[1]。近年來(lái)，我國(guó)煤炭開采技術(shù)日趨成熟，煤炭開采信息化和智能化程度不斷提高。采煤設(shè)備通過(guò)與自動(dòng)控制、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)深度融合，智能感知、智能決策和智能控制的智能化開采已成為煤炭安全高效開采的發(fā)展方向[2-5]。

大型智能綜放設(shè)備(以下簡(jiǎn)稱“綜放設(shè)備”)在煤礦的應(yīng)用大大提升了煤礦開采效率，然而，大多數(shù)煤礦企業(yè)在綜放設(shè)備的管理上仍然采用較為傳統(tǒng)的管理模式，設(shè)備全生命周期管理的理念[6]還沒(méi)有形成，具體表現(xiàn)為綜放設(shè)備在使用到一定周期后反復(fù)維修、故障率居高不下、出現(xiàn)安全隱患等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了企業(yè)的生產(chǎn)效率，增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本。針對(duì)這些問(wèn)題，提出了綜放設(shè)備全生命周期管理的理念，并在麻地梁煤礦進(jìn)行了具體實(shí)踐。同時(shí)，建立了以煤礦設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)的管理體系，構(gòu)建了“管數(shù)據(jù)就是管設(shè)備、管設(shè)備就是管生產(chǎn)、管設(shè)備就是管安全”的管理模式[7]。

1 綜放設(shè)備傳統(tǒng)管理模式存在的問(wèn)題及全生命周期管理理念的提出

1.1 綜放設(shè)備傳統(tǒng)管理模式存在的問(wèn)題

在采用綜放開采工藝正?；夭赏戤呉粋€(gè)綜放工作面后，綜放設(shè)備需要升井大修，大修1次的成本約為新購(gòu)置設(shè)備成本的35%，大修2次的成本總和接近新購(gòu)置1套嶄新的綜放設(shè)備。綜放設(shè)備傳統(tǒng)管理模式以追求產(chǎn)量為目標(biāo)，管理方式較為粗獷。綜放設(shè)備入井后，操作人員存在憑借經(jīng)驗(yàn)使用和維護(hù)設(shè)備，且在使用和維護(hù)設(shè)備時(shí)存在操作不恰當(dāng)、不規(guī)范等現(xiàn)象；在保養(yǎng)設(shè)備時(shí)，存在目標(biāo)性、針對(duì)性不強(qiáng)等問(wèn)題，并且設(shè)備靜態(tài)交接時(shí)的隱患難以被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。綜放設(shè)備傳統(tǒng)管理模式最終導(dǎo)致檢修班工作量較大，但是設(shè)備故障率卻依然居高不下。此外，綜放設(shè)備傳統(tǒng)管理模式還使得礦井設(shè)備庫(kù)存儲(chǔ)了大量設(shè)備及備配件，導(dǎo)致庫(kù)存資金的大量占用。

1.2 綜放設(shè)備全生命周期管理理念的提出

綜放設(shè)備全生命周期管理即對(duì)綜放設(shè)備及備配件、易損耗材等進(jìn)行全生命周期的數(shù)據(jù)分析，通過(guò)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，在設(shè)備、備配件、易損耗材的生命周期到期后，采取“以換代修”的方式對(duì)其進(jìn)行主動(dòng)更換。該管理模式能夠保障綜放設(shè)備具備完好的運(yùn)行工況，降低設(shè)備故障率，規(guī)避礦井正常生產(chǎn)期間由于設(shè)備搶修帶來(lái)的生產(chǎn)中斷與安全隱患。

傳感技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、數(shù)據(jù)治理技術(shù)等在煤礦的廣泛應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)綜放設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和使用壽命的全過(guò)程監(jiān)控。利用大量傳感器對(duì)綜放設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)數(shù)據(jù)分析對(duì)綜放設(shè)備進(jìn)行可靠性和安全性評(píng)估，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綜放設(shè)備全生命周期管理，最大限度地減少設(shè)備無(wú)目的保養(yǎng)維護(hù)的檢修狀態(tài)，從而提高綜放設(shè)備的工作效率，為取消檢修班創(chuàng)造條件。

2 綜放設(shè)備全生命周期管理的實(shí)施路徑

2.1 數(shù)字化技術(shù)路徑

當(dāng)前信息技術(shù)的發(fā)展為礦井綜放設(shè)備數(shù)字化監(jiān)控與數(shù)據(jù)傳輸提供了技術(shù)路徑，也開啟了麻地梁煤礦綜放設(shè)備全生命周期管理理念的實(shí)踐探索。

2.1.1 數(shù)據(jù)采集是關(guān)鍵

麻地梁煤礦在綜放設(shè)備采購(gòu)招標(biāo)時(shí)，就在采購(gòu)合同及技術(shù)協(xié)議中對(duì)綜放設(shè)備底層數(shù)據(jù)采集傳感器、控制系統(tǒng)上傳接口協(xié)議、設(shè)備與備配件全生命周期清單等提出明確要求，為下一步綜放設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)上傳以及全生命周期管理打下基礎(chǔ)。

2.1.2 智能檢修系統(tǒng)

傳感器對(duì)綜放設(shè)備的運(yùn)行工況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將采集到的數(shù)據(jù)上傳至綜放設(shè)備智能檢修系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以實(shí)現(xiàn)如下功能。

(1)預(yù)警檢修。當(dāng)綜放設(shè)備運(yùn)行參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，智能檢修系統(tǒng)自動(dòng)將預(yù)警信息推送至巡檢工和生產(chǎn)單位班隊(duì)長(zhǎng)，確保及時(shí)對(duì)設(shè)備異常狀態(tài)進(jìn)行排查和處理。

(2)定期檢修。對(duì)于綜放設(shè)備周期性的保養(yǎng)工作，智能檢修系統(tǒng)能夠提前向生產(chǎn)單位班隊(duì)長(zhǎng)進(jìn)行信息推送和提醒，若到期未對(duì)綜放設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)，則向上一級(jí)相關(guān)負(fù)責(zé)人繼續(xù)推送通知。

(3)設(shè)備及備配件更換?；诩矣棉I車4S保養(yǎng)管理模式，當(dāng)鏈輪、油脂、密封件、銷軸、濾芯等設(shè)備及備配件即將達(dá)到規(guī)定的使用壽命時(shí)，及時(shí)對(duì)設(shè)備及備配件進(jìn)行更換，以換代修，避免綜放設(shè)備“帶病”運(yùn)行和過(guò)度運(yùn)行造成的中斷生產(chǎn)及安全隱患。比如刮板輸送機(jī)的主要部件鏈輪和鏈條，假設(shè)鏈輪的設(shè)計(jì)使用壽命為3 500 h，通過(guò)數(shù)據(jù)監(jiān)控，在鏈輪運(yùn)行至3 300 h后，及時(shí)對(duì)其進(jìn)行更換。假設(shè)鏈條的使用壽命為600萬(wàn)t過(guò)煤量，在達(dá)到580萬(wàn)t煤量時(shí)，也要對(duì)鏈條進(jìn)行更換。

2.1.3 遠(yuǎn)程“會(huì)診”系統(tǒng)

當(dāng)綜放設(shè)備突然出現(xiàn)故障時(shí)，若現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員無(wú)法及時(shí)排查處理，可以立即啟動(dòng)由礦方技術(shù)員、礦方設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)維修人員、設(shè)備廠家技術(shù)專家組成三方遠(yuǎn)程“會(huì)診”系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、歷史曲線、后臺(tái)程序等進(jìn)行遠(yuǎn)程判斷和問(wèn)題解決。

2.2 設(shè)備維修、維護(hù)管理和考核機(jī)制創(chuàng)新路徑

2.2.1 檢修機(jī)制創(chuàng)新

數(shù)字化技術(shù)路徑保障了綜放設(shè)備檢修的精準(zhǔn)性和設(shè)備保養(yǎng)的可靠性，麻地梁煤礦實(shí)現(xiàn)了取消檢修班和實(shí)行動(dòng)態(tài)交接班的檢修機(jī)制創(chuàng)新。

(1)取消檢修班。按照“人人都是檢修工”的管理思路，將檢修班人員融入生產(chǎn)班。在生產(chǎn)過(guò)程中，以綜放設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，同步對(duì)綜放設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)巡檢、預(yù)報(bào)預(yù)警、定期檢修等精準(zhǔn)檢修工作，不僅能夠有效提高檢修效率，而且能夠規(guī)避傳統(tǒng)檢修班靜態(tài)檢修帶來(lái)的弊端。

(2)動(dòng)態(tài)交接班。交接班由傳統(tǒng)的系統(tǒng)停車、靜態(tài)交接方式變革為數(shù)字確認(rèn)、動(dòng)態(tài)交接、不間斷生產(chǎn)的方式，有效避免了原煤生產(chǎn)系統(tǒng)“一停、一啟”帶來(lái)的生產(chǎn)間斷，保障了綜放設(shè)備開機(jī)率。

2.2.2 管理機(jī)制創(chuàng)新

麻地梁煤礦對(duì)交接班進(jìn)行管理機(jī)制創(chuàng)新，淡化單班產(chǎn)量和進(jìn)尺考核，以綜放設(shè)備完好(數(shù)據(jù)指標(biāo))作為交接班主要標(biāo)準(zhǔn)，不僅極大地提高了生產(chǎn)班隊(duì)對(duì)綜放設(shè)備保養(yǎng)和維護(hù)的重視程度，還有效地降低了綜放設(shè)備的故障率。

2.2.3 考核機(jī)制創(chuàng)新

綜放設(shè)備全生命周期管理必須依靠超前的管理理念和先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)雙輪驅(qū)動(dòng)方可實(shí)現(xiàn)。

(1)把綜放設(shè)備運(yùn)行效益提高的紅利讓利于基層職工，將傳統(tǒng)的生產(chǎn)任務(wù)指標(biāo)完成與工資掛鉤的考核模式，變?yōu)樵O(shè)備完好率與工資掛鉤的考核模式。

(2)在綜放設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，要求生產(chǎn)單位立即停止生產(chǎn)，并及時(shí)對(duì)綜放設(shè)備進(jìn)行檢修處理，減少或取消了班中設(shè)備故障對(duì)生產(chǎn)影響的處罰，增強(qiáng)了基層管理干部職工維護(hù)設(shè)備的主動(dòng)性與責(zé)任心。

3 綜放設(shè)備全生命周期管理的應(yīng)用實(shí)踐

3.1 綜放設(shè)備全生命周期管理歷程

麻地梁煤礦綜放設(shè)備全生命周期管理的探索實(shí)踐是一個(gè)循序漸進(jìn)、逐步完善的過(guò)程。

(1)2015年，麻地梁煤礦借鑒汽車工業(yè)“4S”的管理理念，開始實(shí)施對(duì)大型設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)檢修，實(shí)行菜單式檢修和周期性臺(tái)賬管理，避免無(wú)計(jì)劃?rùn)z修造成的人力和材料浪費(fèi)。

(2)2017年，麻地梁煤礦結(jié)合最前沿的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，通過(guò)優(yōu)化礦井的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，建成了萬(wàn)兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)，形成了覆蓋礦區(qū)井上下的信息高速公路，為設(shè)備數(shù)據(jù)集成、傳輸打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(3)2018年，麻地梁煤礦在綜放設(shè)備采購(gòu)前期便將綜放設(shè)備全生命周期管理理念融入招標(biāo)中。與鄭州煤礦機(jī)械集團(tuán)股份有限公司、中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司、天地科技股份有限公司上海分公司等國(guó)內(nèi)知名綜放設(shè)備生產(chǎn)廠商合作，進(jìn)行了綜放設(shè)備數(shù)字化升級(jí)改造，建成了綜放設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)。

(4)2019年，麻地梁煤礦建成了綜放設(shè)備全生命周期管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)綜放設(shè)備數(shù)據(jù)的采集、歸類、分析、提取和應(yīng)用。

(5)2020年，麻地梁煤礦實(shí)現(xiàn)了智能預(yù)警、遠(yuǎn)程“會(huì)診”、設(shè)備及備配件的全生命周期管理。

3.2 綜放設(shè)備全生命周期管理應(yīng)用效果

麻地梁煤礦經(jīng)過(guò)近3 a對(duì)綜放設(shè)備全生命周期的管理實(shí)踐，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和管理效益。

(1)經(jīng)濟(jì)效益。月度庫(kù)存資金為600萬(wàn)～1 000萬(wàn)元，是周邊同規(guī)模礦井的1/10，極大地減少了資金的占用。綜放設(shè)備的備配件每年采購(gòu)為600萬(wàn)～700萬(wàn)元，是周邊同規(guī)模礦井的1/8。實(shí)現(xiàn)了設(shè)備“到期”更換代替設(shè)備的搶修和維修，最大限度地提高了設(shè)備的完好率和開機(jī)率，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

(2)管理效益。首先，綜放設(shè)備全生命周期管理為礦井取消固定檢修班提供了技術(shù)支撐，進(jìn)而為后期的取消夜班提供了保障。不僅減少了人員投入，而且讓檢修工回歸了正常的作息時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了“尊重勞動(dòng)者、以人為本、體面工作”的管理模式。 其次，綜放設(shè)備全生命周期管理將傳統(tǒng)的依靠“資金維持”再生產(chǎn)升級(jí)為“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”再生產(chǎn)，變貨幣投入為數(shù)據(jù)賦能，減少了設(shè)備及備配件的庫(kù)存量。第三，實(shí)現(xiàn)了煤礦生產(chǎn)的管理變革，探索出“管數(shù)據(jù)就是管設(shè)備，管設(shè)備就是管生產(chǎn)”的全新管理方式。第四，通過(guò)數(shù)據(jù)治理，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備制造廠家與使用單位同步共管設(shè)備的良好管理生態(tài)，在全國(guó)率先實(shí)現(xiàn)了設(shè)備制造專家對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程“會(huì)診”。

4 綜放設(shè)備兩種管理模式對(duì)比分析

麻地梁煤礦首套綜放設(shè)備通過(guò)設(shè)備全生命周期管理，已經(jīng)在井下安全高效運(yùn)行超過(guò)30個(gè)月，生產(chǎn)原煤1 300余萬(wàn)t，各種數(shù)據(jù)顯示設(shè)備處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。現(xiàn)以產(chǎn)量為500萬(wàn)t/a的現(xiàn)代化礦井為例，對(duì)綜放設(shè)備傳統(tǒng)管理模式和綜放設(shè)備全生命周期管理模式進(jìn)行比較分析，以綜放工作面使用的液壓支架為例，設(shè)備設(shè)計(jì)使用壽命一般為10 a，因此以10 a為一個(gè)生產(chǎn)時(shí)間段，按照回采5個(gè)綜放工作面計(jì)算，對(duì)2種綜放設(shè)備管理模式的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析。

4.1 傳統(tǒng)管理模式經(jīng)濟(jì)效益分析

采用2套綜放設(shè)備保障礦井一礦一面不間斷生產(chǎn)，在10 a生產(chǎn)周期內(nèi)產(chǎn)生以下費(fèi)用：安裝費(fèi)用。一次外委隊(duì)伍安裝費(fèi)用約950萬(wàn)元，10 a(5次)安裝共計(jì)費(fèi)用約4 750萬(wàn)元。拆除費(fèi)用。一次外委隊(duì)伍拆除費(fèi)用約850萬(wàn)元，施工回撤聯(lián)巷250 m產(chǎn)生費(fèi)用約275萬(wàn)元，10 a(5次)拆除費(fèi)用約5 625萬(wàn)元。其他費(fèi)用。為了保障安全回撤綜采支架，每個(gè)綜放工作面影響45 m不放頂煤(頂煤厚8.5 m)，少回收煤炭資源12萬(wàn)t。5個(gè)綜放工作面影響的煤炭資源以近年煤炭平均價(jià)約255元/t計(jì)算，總價(jià)值約15 300萬(wàn)元。上述3項(xiàng)相關(guān)經(jīng)濟(jì)費(fèi)用10 a累計(jì)約為25 675萬(wàn)元。

4.2 綜放設(shè)備全生命周期管理模式經(jīng)濟(jì)效益分析

采用3套綜放設(shè)備保障礦井一礦一面不間斷生產(chǎn)，在10 a生產(chǎn)周期內(nèi)產(chǎn)生以下費(fèi)用：安裝費(fèi)用。一次外委隊(duì)伍安裝費(fèi)用約為950萬(wàn)元，10 a(3次)安裝費(fèi)用約為2 850萬(wàn)元。拆除費(fèi)用。一次外委隊(duì)伍拆除費(fèi)用約為850萬(wàn)元，施工回撤聯(lián)巷250 m產(chǎn)生費(fèi)用約為275萬(wàn)元，10 a(2次)拆除費(fèi)用約為2 250萬(wàn)元。其他費(fèi)用。為保障安全回撤綜采支架，每個(gè)綜放工作面影響45 m不放頂煤(頂煤厚8.5 m)，少回收煤炭資源12萬(wàn)t。2個(gè)綜放工作面影響的煤炭資源以近年煤炭坑口平均價(jià)255元/t計(jì)算，總價(jià)值約為6 120萬(wàn)元。上述3項(xiàng)費(fèi)用10 a累計(jì)約為11 220萬(wàn)元，綜放設(shè)備全生命周期管理模式10 a生產(chǎn)費(fèi)用比綜放設(shè)備傳統(tǒng)管理模式產(chǎn)生的費(fèi)用節(jié)省約1.45億元。同時(shí)，綜放設(shè)備不需要大修節(jié)省的資金用于購(gòu)置新設(shè)備，有利于綜放設(shè)備更新?lián)Q代，促進(jìn)煤礦智能化建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展。

下一步創(chuàng)新設(shè)想：1套完整的綜放設(shè)備達(dá)到全生命周期中的壽命后，設(shè)備將不再升井，就地封閉。目前晉陜蒙地區(qū)大型現(xiàn)代化高產(chǎn)高效放頂煤礦井帶來(lái)的安全問(wèn)題尤為突出，如果實(shí)施就地封閉，一是可以避免井下有限空間作業(yè)下可能產(chǎn)生的安全隱患；二是可以減少綜放工作面綜放設(shè)備回撤而產(chǎn)生的近千萬(wàn)費(fèi)用；三是可以設(shè)備殘?bào)w換取煤炭資源(可多開采因傳統(tǒng)綜放工作面在回收作業(yè)前30 m采用“只采不放”回采工藝損失的約11.8萬(wàn)t煤炭資源)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)具體的研究和實(shí)踐，認(rèn)為在我國(guó)晉陜蒙大型現(xiàn)代化高產(chǎn)高效煤礦推廣綜放設(shè)備全生命周期管理模式有效可行，既有利于礦井的安全生產(chǎn)和降低煤礦的生產(chǎn)成本，又有利于提高煤炭資源的采出率。應(yīng)加大綜放設(shè)備全生命周期管理模式的應(yīng)用，不斷探索和完善。