神東千萬噸礦井群掘進設備配套管理探索

閆 帥

(國能神東煤炭集團設備管理中心,陜西 榆林 719315)

0 引言

國家能源集團下屬的神東煤炭集團,作為全國率先實現原煤產量過2億t的大型煤炭基地,其獨特的千萬噸高產高效礦井群機電管理模式,對全國大型煤炭生產基地具有重要的指導意義[1]。就神東千萬噸礦井群機電管理模式中的綜采設備配套方面的具體情況進行分析闡述。

1 神東礦井概況

國能神東煤炭集團位于陜西省北部,晉、陜、蒙三省交界地帶,陜北能源重化工基地中心。煤田占地總面積約3.12×104km2,探明儲量約2 236億t,是目前中國已探明儲量最大的整裝煤田,占全國已探明儲量的1/4,屬世界八大煤田之一。該煤田煤層埋藏淺(大部分在100 m以內)、上覆基巖薄、煤層穩定,極易大規模機械化長臂開采。神東煤炭集團現有高產高效煤礦14個,自公司成立以來,立足世界前沿、創新采煤技術,形成了千萬噸礦井群建設核心技術體系。先后建成全國第一個全斷面快速掘進工作面,第一個智能連掘工作面、第一個智能掘錨工作面。神東煤炭集團掘進采掘機械化率達到100%,實現52支掘進隊伍保障33～35個綜采隊伍工作面巷道準備工作,神東煤炭集團的高產高效離不開高度集中的掘進設備配套管理的模式。

2 神東掘進設備管理模式

2.1 概況

神東礦井煤層特點、開采條件大體相同,掘進設備配套大循環具有得天獨厚的優勢。神東煤炭集團將所有掘進設備劃為有償使用設備由集團下屬二級單位設備管理中心負責統一管理,方法為計劃編審—采購—到貨驗收—配套使用—改造升級—調運入廠、入庫—維修存放—資產評估—報廢處置等設備資產的全壽命管理模式[2]。

2.2 神東掘進設備配套管理現狀

神東煤炭集團年產原煤2億t,高峰期同期在采掘進工作面56個,2021年全年實現設備回撤驗收和配套替換共計206臺(套)?，F有掘錨一體機共計5種型號46臺,采高范圍分別為2.0～3.3 m、2.3～3.4 m、2.8～3.8 m、3.2～4.2 m、3.8～5.5 m;連續采煤機5種型號41臺,采高范圍分別為1.2～2.5 m、1.5～3.1 m、1.6～3.68 m、2.4～4.6 m、2.8～5.1 m;掘進機有5種型號32臺,其中采高范圍分別為2.0～3.6 m、2.6～4.8 m、3.5～5.5 m;四臂錨桿機有5種型號55臺,支護范圍分別為1.2～2.2 m、1.6～3.7 m、2.0～4.0 m、2.2～4.6 m、2.2～5.0 m;梭車有3種型號61臺,運輸能力分別為10 t、13 t、18 t;履帶式轉載破碎機有7種型號81臺;橋式轉載機有5種型號39臺。為了最大限度提高設備利用率,減少設備購置數量,神東掘進工作面設備按照單、雙巷掘進方式的配套標準及原則進行配套使用。由于設備基數大,采掘條件不同、掘進方式不同,對應的設備配置方式也會有所變化,按照每年56個掘進工作面的設備整體配套基數,并考慮設備使用期間的大修替換,如此龐大的工程量僅有1名配套人員,似乎是不可能完成的任務。但在實際運行中卻有條不紊,主要原因有:①準確的計劃制訂-實施制度。各生產礦井根據礦井開采條件及產量計劃,依次編制月度/年度/3年度/5年度掘進設備配套計劃,并嚴格遵照執行。②標準化流程建立。建立健全的設備配套管理流程,提高工作效率。如:設備配套流程、設備年度配套計劃編制審批流程、設備采購計劃提報流程等。③信息化平臺的應用。先后建成EAM資產管理系統、ERP企業管理系統、生產管理系統、設備報廢管理系統等。

2.3 掘進設備配套管理流程

面對14個高產高效礦井,如何高效、準確的完成掘進設備配套任務,提高掘進隊伍的掘進效率、減少固定資產投資、提高設備利用率的同時又能使每臺設備發揮自身最大的工作效率,一直是神東煤炭集團設備配套管理人追求的目標。經過近二十年的實踐,逐漸形成了神東自己的掘進設備配套流程。設備配套流程的建立,使這個龐大的千萬噸礦井群設備配套工作變得簡單易操作。神東設備配套流程如圖1所示。

圖1 設備配套流程Fig.1 Supporting flowchart of equipment

2.4 掘進設備配套原則及標準

神東掘進設備按照掘進方式分為連掘設備、掘錨設備、綜掘設備3類。連掘設備主要用于煤巷的雙巷掘進,掘錨設備用于煤巷的單巷掘進,綜掘設備用于半煤巖巷道、全巖巷道掘進。按照掘進設備的作業方式及掘進主機特點,掘進設備配套可分為3大類。

2.4.1 連續采煤機及后配套設備

連掘工作面主要設備有連續采煤機、四臂錨桿機、梭車、履帶式轉載破碎機、蓄電池鏟車、兩臂錨桿錨索鉆車、六臂錨桿錨索鉆車。連續采煤機機動靈活、投資小、見效快、適應范圍廣,在使用中可實現“即進即退”[3],主要完成工作面割煤、落煤、裝煤等作業工序,可根據工作面采掘要求配套不同采高的連采機來滿足掘進要求;四臂錨桿機主要完成工作面錨桿支護,連采機的采掘范圍選型適宜支護高度的錨桿機完成支護要求;梭車配合連續采煤機將工作面的物料轉載運輸到履帶式轉載破碎機,完成工作面姐煤和卸煤的工序;履帶式轉載破碎機具有破碎、運輸的功能,與梭車配套使用,完成破碎及轉載運輸至膠帶運輸機的工序,其單位時間內破碎、轉載運輸能力應大于梭車的載重噸位;鏟車完成工作面巷道清理及支護材料等物料的輔助運輸;兩臂鉆車、六臂鉆車完成工作面幫錨桿、頂錨桿及頂錨索的補強支護。連掘配套設備如圖2所示。

圖2 連掘配套設備Fig.2 Supporting equipment for continuously tunneling

2.4.2 掘錨一體機及后配套設備

掘錨工作面主要配套使用掘錨機一體機、梭車或橋式轉載機、錨運破一體機或履帶式轉載破碎機、兩臂錨桿錨索鉆車完成巷道掘進工作。掘錨一體機是目前短臂工作面快速掘進最先進的設備,它能夠在截割過程中進行支護,實現掘、錨、運同步作業[4]。

根據掘進巷道的長度、掘進條件、掘進工藝選擇適合的后配套設備是掘錨工作面配套的核心。

在地質條件允許的情況下,掘錨機在完成斷面掘進作業后或在截割作業的同時,只進行必要的頂錨桿和上部幫錨桿的支護,剩余錨桿、錨索支護可由錨桿轉載機組完成[5]。掘進工作面掘進時間大于50 d的順槽掘進時優先配套掘錨機一體機和煤礦用橋式轉載機的配套形式,通過轉載機與伸縮帶式輸送機搭接長度的變化保證轉載機運輸的連續性,減少伸縮帶式輸送機拉伸輸送帶的次數,縮短輔助工時加快掘進速度[6]?？梢詫崿F掘錨機只前進不退機,減少工作面的移動設備數量,保障作業人員的安全?？紤]到掘進工作面錨桿、錨索支護數量,在支護量較大工作面,可配套錨運破一體機輔助補強支護。錨桿錨索轉載機組是一種集裝運和錨桿、錨索支護等功能于一體的巷道支護設備,可配套掘錨一體機或掘進機組成快速掘進系統,各設備分工協作,分段支護,實現巷道掘、支、運平行作業與連續運輸,提高巷道掘進效率,緩解掘、錨失衡矛盾[7]。掘錨工作面配套掘錨機一體機需要根據掘進巷道的參數確定,神東掘錨工作面配套可分為5種配套類型,其中薄煤層工作面(工作面高度:2.0～2.8 m)配套MB670-1型掘錨一體機(采高范圍:2.0～3.3 m),后配套薄煤層兩臂錨運破一體機或LY2000/310型履帶式轉載機破碎機,搭接薄煤層橋式轉載機(搭接長度30 m)實現工作面快速掘進[8];中厚偏薄煤層工作面(工作面高度:2.6～3.2 m)配套MB670型中厚偏薄煤層掘錨機一體機(采高范圍:2.3～3.4 m),后配套薄煤層兩臂錨運破一體機或LY2000/310型履帶式轉載機破碎機,搭接普通型橋式轉載機(搭接長度30 m);中厚煤層工作面(工作面高度:2.8～3.8 m)配套MB670型中厚煤層掘錨機一體機(采高范圍:3.2～3.8 m),后配套中厚煤層五臂錨運破一體機或LY2000/310型履帶式轉載機破碎機,搭接大跨距橋式轉載機(搭接長度51 m);大采高煤層工作面(工作面高度:3.4～4.2 m)配套MB670型中厚煤層掘錨機一體機(采高范圍:3.2～4.5 m),后配套設備與中厚煤層工作面相同;超大采高掘錨工作面(工作面高度:4.2～5.1 m),配套使用EJM270/4-2(J/K)型成套快速掘錨設備(采高范圍:3.8～5.5 m)。掘錨配套設備如圖3所示。

圖3 掘錨配套設備Fig.3 Supporting equipment for tunneling and anchoring

2.4.3 綜掘機及后配套設備

綜掘工作面根據掘進巖石厚度及硬度分為半煤巖工作面和全巖工作面,配套設備主要有綜掘機、兩臂錨桿錨索鉆車、移動式刮板轉載機、綜掘機后配套轉載機。其中綜掘機是一種性能可靠、布局緊湊、操作方便、自動化程度高的懸臂式掘進機。適用于煤礦中、小型斷面全巖巷道的掘進,尤其適用于瓦斯抽放巷中掘進[9]。

神東使用的綜掘機按照截割硬度分為全巖和半煤巖2種機型。按照掘進巷道長度,在長距離掘進工作面配套綜掘機、綜掘機后配套轉載機、兩臂錨桿錨索鉆車,可實現綜掘機搭接轉載機運輸物料至膠帶機;短距離掘進工作面配套綜掘機、兩臂錨桿錨索鉆車、移動式刮板轉載機,通過工程車運輸物料至移動式刮板轉載機,后轉載運輸到膠帶機。

通過設備配套原則給不同礦井的不同采高、不同地質條件的掘進工作面配套最優的掘進設備,使每個工作面的設備在使用中相互配合、性能上相互匹配的構成一個整體,從而發揮每個設備的最大效能,提高安全生產效率及企業經營效益。

硬性原則:工作面設備配套必須要注意的事項和必須要遵循的配套原則很多,其中影響安全生產、配套合理性的主要有以下幾點,①掘進主機中掘錨一體機、連續采煤機、掘進機的噸位、外形尺寸、運輸高度、采高范圍與礦井運輸條件、工作面地質條件、掘進巷道施工工藝相匹配。②四臂錨桿機、兩臂錨桿錨索鉆車的支護高度、寬度與工作面巷道參數相適應。支護設備的最大支護高度應高于支護巷道的高度。③梭車、橋式轉載機、移動式刮板轉載機的運輸能力應滿足。④掘錨一體機、連續采煤機、掘進機的生產能力與梭車或橋式轉載機、履帶式轉載破碎機、膠帶機運輸能力相匹配,即生產運輸能力依次增強。⑤履帶式轉載破碎機的卸載高度與工作面高度、膠帶機機尾高度相適應。

經驗性原則:工作面設備配套除了必須遵守的配套原則外,考慮到神東不同礦井工作面重要程度不同、使用習慣不同,經過長期配套過程中總結得出一些經驗,主要有以下方面的考慮,①對地質條件復雜、頂板破碎、礦壓較大、瓦斯較大和安全管理壓力較大的礦井配套使用安全性能較高的適用于單巷掘進的掘錨設備。如神東布爾臺礦、保德礦、寸草塔二礦等。②主力礦井主力工作面設備配套使用性能、狀態較好的掘進設備,雙巷掘進配套連續采煤機及后配套設備,單巷掘進配套由掘錨機及錨運破一體機和大跨距橋式轉載機快速掘進設備,保證公司原煤產量和經濟效益,如神東補連塔礦、上灣礦、大柳塔礦。③給離中心礦區偏遠的生產礦井(如神東保德礦、錦界礦),盡可能配套大修竣工設備,非必要不配套直搬設備,可減少設備更換頻率和調運費用。④同一礦井同種掘進隊伍配套設備盡量配套選用同一型號和或同一廠家的設備,便于各礦熟練掌握設備操作性能,減少配件儲備數量,節約資金。⑤連掘設備配套需注意事項,連續采煤機最大截割高度和最小截割高度應按照掘進巷道設計高度確定,最大截割高度應大于工作面掘進巷道設計高度200 mm以上,最小截割高度應大于連采機配套機身高度400 mm以上且應與最大截割硬度相適應;四臂錨桿機最大支護高度應大于掘進巷道設計高度500 mm,最小支護高度應不大于機身高度;履帶式轉載破碎機行人側最突出部分與巷壁的間隙應大于800 mm,非行人側最突出部分與煤壁的間隙應大于300 mm。⑥掘錨設備配套需注意事項,考慮后期設備回撤時底板硬化和錨索支護外漏長度等因素,掘錨一體機的最低截割高度應大于機身高度400 mm以上,最大截割高度應大于工作面掘進巷道設計高度200 mm以上;后配套橋式轉載機應充分考慮巷道高度,根據工作面掘進要求及巷道高度來確定使用搭接長度60 m或30 m的橋式轉載機。

2.5 形成原因及優點

神東千萬噸礦井群設備配套管理模式是神東經過20多年發展總結形成的獨特管理模式。它的發展形成有其特殊的原因,神東礦區開發晚、起點高、且礦井集中、煤層穩定類似等特點是其形成的先決條件和優勢。神東其大配套模式的優點:設備通用性強、減少設備購置資金、設備使用穩定可靠、設備故障率低、降低設備大修費用[10]。

2.5.1 提高設備通用性高

前期設備選型購置過程中將掘錨一體機、連續采煤機、掘進機、四臂錨桿機、梭車等設備分類編制標準標書,對設備關鍵尺寸及性能進行統一要求,提高設備通用性便于各類設備大循環配套使用。后期經過科學合理的設備配套,將各類設備合理、高效的配套在一起并發揮其最大效能。設備通用性較高,同一礦井的掘進條件相近的工作面中使用同一廠家的掘進設備,這樣做能夠減少設備備件儲備。

2.5.2 降低設備故障率

機電設備故障率直接反映出煤礦機電管理水平的好壞,掘進設備如果故障率較高,將直接影響掘進速度。通過合理的設備配套,減少使用過程中設備之間相互干涉或影響,做到日常檢修與設備大項修相結合,使設備運行在最佳狀態,同時嚴格的井下運行管理等制度可以大大降低設備運行故障率。神東集團全礦井萬噸煤設備故障停機率逐年降低,僅為0.3%～0.5%之間,處于國內領先水平。

2.6 不足及改進

隨著掘進設備自動化的迅猛發展,采礦設備由機械化向智能化升級,智能化掘進設備所要求的技術含量更高。神東前期購置的掘進設備技術老化,不能滿足礦井智能化升級的要求,導致這部分設備長期閑置,影響設備的整體配套。針對這部分設備,一方面通過電控系統的升級改造,滿足智能化礦井建設的要求,可以重新利用;另一方面,對無法改造或沒有改造價值的淘汰類設備,通過對外租賃、拍賣等方式進行處置,盤活資產,提高設備整體效能[11]。

隨著神東集團的不斷發展和壯大,掘進工作面數量逐年增多,設備數量和型號不斷增加,設備配套任務繁重,需要注意的事項越來越多,人工配套的出錯幾率大大提高[12]。針對這個問題,神東集團開發的生產管理系統經過不斷增加和改進配套原則和注意事項,對配套設備進行前期篩選,提高配套的準確性;同時配套人員的業務素質、工作經驗、團隊意識同樣需要提高到一定高度。

3 結語

掘進設備配套應遵循安全第一、高效生產、相互協調、滿足地質條件和掘進巷道斷面的需求,同時考慮設備的尺寸大小以及運輸能力。神東獨特的機電管理及設備配套管理模式,為神東礦井集群式發展、高產、高效、高利潤提供強大的動力。掘進設備的配套、調劑、周轉使用模式為煤炭行業生產規?；?、一體化、高科技化的發展起到帶頭和指導作用。