小煤矿如何进行机械化改造

　　广西百色百矿集团东怀煤矿，作为国家安全监管总局小煤矿机械化改造试点示范矿井，用实践证明，地质条件复杂的中小煤矿是可以实现机械化换人、自动化减人的。
　　百色百矿集团有限公司是百色市属国有企业，是广西最大且影响全国的褐煤生产基地、全国重要的碳酸锰基地、国家级绿色矿山试点单位、全国中小型标杆煤矿。目前，集团全资和控股企业28家，资产总额131亿元，职工5000余人，煤炭和锰矿生产能力500万ta。企业核心产业为煤电铝一体化、生态锰产业一体化、锰矿、煤炭物流、煤机制造、建材地产以及煤矿专业工程技术服务等行业。
　　长期以来，我国南方煤矿普遍存在地下水发育，地质结构复杂、煤层不稳定等情况。一直以来，百色百矿集团东怀煤矿在工作面回采、巷道掘进方面采用传统的炮采、炮掘工艺，存在井下用工人数多、顶板事故多、产量及效率低、工人劳动强度大，职业健康危害大等缺点。原来使用炮采、炮掘年产15万t煤炭时，回采和掘进一线队伍用工有270多人，运输系统采用的是矿车运输、串车提升方式，造成了为一线服务的二线辅助工种人员数量无法减少，导致整个矿井人数庞大，最多时整个矿井有1000多人。
　　改造的主要内容
　　百矿集团领导班子认为，东怀煤矿资源条件相对较好，有实力率先尝试实施以综掘综采一体化、综掘锚喷一体化、煤矿安全管理信息化为目标的全面技术改造。
　　2005年初，百色百矿集团对东怀煤矿进行综掘综采一体化、综掘锚喷一体化、煤矿安全管理信息化技术改造。一次性引进4套综合机械化掘进机组，全部淘汰了打眼放炮的传统掘进工艺，在广西率先实现了掘进机械化，效率比人工炮掘提高了近10倍。2006年6月，东怀煤矿投入试运行第一套综合机械化采煤成套设备，随后，又陆续对运输、通风、供电系统进行改造。通过实现采掘机械化、主要运输皮带化、支护锚喷化，全矿淘汰了炮掘、炮采和棚架支护等落后的生产工艺，做到了全过程的机械化生产。2007年，东怀煤矿机械化开采技改项目通过广西壮族自治区验收正式投产，矿井原煤生产能力由15万ta迅速提升到90万ta。
　　综采技术改造
　　在南方软岩工作面使用综采，一直是煤炭行业面临的难题。而且，东怀煤矿地质条件复杂，断层多，井田断层间走向长度较短。为此，东怀煤矿投入5000多万元，完成了采煤工作面全部生产过程机械化升级改造工作，包括采煤工作面破煤、装煤、运煤、支护等过程机械化作业。
　　第一，综采工作面采用掩护式液压支架，对软弱岩层顶、底板进行安全有效的支护，避免了使用单体液压支柱支护时，因支护面积小而钻底，及顶板破碎而造成工作面漏顶、冒顶事故。东怀煤矿示范总结整理了《中小煤矿液压支架安全技术规范》，对中小煤矿综采液压支架设备选型、设计、工况分析检测及液压支架安全运行、维护检修技术进一步规范。
　　第二，东怀煤矿井下采煤工作面地质条件复杂，构造多，煤层赋存在软岩地层中，顶板破碎易漏、底板松软易鼓，巷道侧压严重，容易造成皮带运输巷转载机巷道段设备拥挤，行人困难的情况。为此，东怀煤矿选择了较适合的转载设备，使之在满足生产能力的同时，尽可能缩小设备尺寸，从而达到机械化生产的目的。此项改造后，该矿总结了《中小煤矿转载机安全技术规范》。
　　同时，针对薄煤层，东怀煤矿还采用小型40型刮板机代替与工作面匹配的传统转载机，通过以双电机带动、加密刮板和加高挡煤板，解决了综采设备大型化难以适应薄煤层，巷道变形严重的复杂地质条件。
　　第三，针对中小煤矿煤层薄、煤层结构复杂、煤层产状变化大的特点，为充分发挥机械化生产能力，选择了结构紧凑、功率合适、适应不同坡度、不同硬度煤层条件的采煤机。此项改造总结整理了《中小煤矿采煤机安全技术规范》。
　　第四，对刮板运输机进行小改革。中小煤矿煤层结构复杂，部分夹矸为泥岩，遇水后，溶化成团状胶结于中部槽或底槽，或破碎顶板落入工作面刮板运输机，从而容易造成卡链，影响正常生产。东怀煤矿选用适合型号高强度中双链刮板运输机，较好地解决了这个问题，并总结了《中小煤矿刮板输送机安全技术规范》。
　　第五，积极开展矿压观测研究，在各种巷道中布置矿压观测站，综掘巷道使用激光定向掘进，矿井软岩顶底板管理实现了主动式管理，使综合机械化掘进巷道实现了安全质量标准化。
　　其他技术改造
　　东怀煤矿首先完成了综合机械化掘进技术改造工作。投入1000多萬元，完成了巷道掘进机械化操作，改变了原来放炮作业工序间断，掘进效率低，巷道围岩受破坏，掘进断面不规整，作业环境差，施工不安全等情况，实现了连续切割、装运作业，大幅度提高了掘进速度和工效，改善了现场作业环境。
　　第二，为解决机械化综采的运输问题，东怀煤矿改造采用大长度胶带运输机，井上下运输提升全程实现皮带机运输，淘汰了矿车提升运输煤炭的落后技术。同时，在软底板条件下，顺槽胶带运输机机尾容易下沉，该矿设计加工了船形机尾架，不仅避免了机尾架下沉，而且加快了收缩胶带时间。
　　此外，东怀煤矿完成胶带输送机控制系统改造工作。该矿投入140多万元，完成对矿所有主要胶带输送机控制系统集中控制改造工作，改变了原来9台主胶带输送机独立控制、用人多的局面，实现了井下胶带输送机各岗位无人值守运行。
　　第三，完成无极绳绞车运输系统应用工作。东怀煤矿投入45万元，完成了井下辅助运输方面的升级改造，改变了三采区轨道运输平巷运输设备多、人员多的缺点。实现一次性把井下运输大巷的材料，直接运到三采区轨道运输平巷尾，中间无需转车，提高了运输效率，减少运输设备、操作人员以及操作工序。
　　第四，完成单轨吊车应用工作。东怀煤矿投入310万元，完成了井下大型设备辅助运输升级改造，改变了大型设备使用小绞车、回柱绞车、柴油机车，在普通轨道上牵引矿车或平板车运输的方式，装载则是利用手动葫芦或撬棍，甚至人推肩扛的局面，实现了直接将综采支架运到采煤工作面上，提高了综采工作面搬家时设备转运的速度和效率，以及运输过程中的安全性。
　　第五，完成电力监控防越级跳闸系统的应用工作。东怀煤矿投入108万元，完成了井下2个水平的中央变电所39台高压防爆开关的综合保护器升级改造，安装了内置短路电流采集模块的专用智能综合保护器或加装短路闭锁模块。电力监控防越级跳闸系统的应用，改变了矿井供电系统经常出现短路、漏电故障而频繁跳闸停电的局面，实现井下两个水平的中央变电所无人值守。
　　第六，完成矿井排水自动化改造项目。东怀煤矿投入80万元，完成了两个水平中央泵房排水系统的集中控制箱、就地控制箱、传感器、电动阀门升级改造工作。改变了原来人工灌水，操作繁琐，泵房必须有人24h值守的局面，实现两个水平的中央泵房排水系统自动化排水，地面调度中心的远程操控和无人值守。
　　第七，完成架空人車自动控制的改造。东怀煤矿投入30万元，完成了两台架空人车无人值守的电控技术升级改造工作，将采用传统的继电器回路，升级改造成使用PLC控制器控制，稳定、可靠、保护齐全、功能强的控制系统。同时，改造后，该矿实现了架空人车不需专门操作司机，实现无人值守运行和远程智能监控运行等多种运行状态。
　　效果分析
　　总结东怀煤矿换人减人的效果，见表1。
　　从成本效益分析看，通过实现采掘机械化、运输皮带化、支护锚喷化，做到了全过程的机械化生产。矿井原煤生产能力由15万ta迅速提升到90万ta，平均回采工效由原来的2t工提高到60t工，用工人数由原来的近1000人减少到500人，安全生产系数进一步提高。
　　从安全保障提升情况看：一是安全可靠性提高。大幅度减少了人员的现场操作，各作业地点生产时，操作人员通过远程控制对设备进行开停，实现少人作业，实现少人则安。
　　二是井下设备自动化系统对系统内所有设备的各项参数，均能严密监控，并自动采取报警、规避、制止等各种措施，大大减少机电设备不安全状态导致的安全问题。
　　三是自动化系统内各设备按编制好的程序、步骤自动控制、协调操作，因此大大减少了各工种人员自身的不安全行为导致的安全问题。
　　四是工作质量和效率得到很大提高。由于皮带、无极绳绞车、架空人车、排水等生产工艺实现自动化控制，减少人为操作失误带来的影响，效率更高。
　　五是队伍精简化。各种设备都可以进行远程控制，减少人工操作带来的差错。由于各种设备、系统更加复杂，在安装、调试、使用和维护的过程中，促使机电技术工人、机电管理人员等素质的提高。
　　六是将原来手动操作的生产方式转变成自动、集中、远程的控制模式，提升装备整体智能化水平，推进煤矿朝机械化、自动化、信息化、智能化方向迈进。
　　组织资金保障
　　百色百矿集团通过组织技术骨干及相关管理人员，多次到全国各类机械化采煤的煤矿学习考察，反复与装备生产厂家及科研单位研讨论证后，首先成立了机械化改造领导机构，设立了技术攻关小组。在此基础上，集团领导班子组织全体干部职工开展解放思想，要不要上机械化谋发展的大讨论，统一了干部职工的思想认识。
　　机械化改造初期，在集团层面设置机械化改造领导指挥部，集团主要负责人担任领导指挥部总指挥，技术负责人，分管生产、安全的副职为主要成员，全面协调和解决技术改造过程中碰到的问题。东怀煤矿设置机械化改造实施组织机构，负责改造实施过程全面工作。同时，为加强对综采队的技术指导和组织领导，首个综采队指派1名曾担任过矿技术负责人、现场工作经验丰富的矿领导担任。还配备专门的采矿、机电技术人员到综采队担任副队长和技术员，提高了综采队伍的级别和技术素质。
　　在资金投入方面，矿山资源量小，融资困难，很难依靠自身资金进行机械化技术改造。东怀煤矿自2006年起进行综合机械化改造，局领导班子坚持在改革中变思路、找出路。一是利用优势资源，加大对外招商引资力度。吸引外部资金合股成立二级公司，合作进行机械化改造开采煤炭资源，成功地引进外部资金近亿元人民币，参与矿井综合机械化改造。二是与设备厂家洽谈，采取分期支付设备款、设备投产后逐渐还款的办法，以较少的现金投入就完成了整个项目的设备采购活动，为项目推进提供了可靠的设备保障。
　　编辑包冬冬