复杂条件下千万吨矿井科技减人提效研究与实践

复杂条件下千万吨矿井科技减人提效研究与实践

胡成军

(中煤天津地下工程智能研究院，天津 300121)

摘 要

基于刘庄煤矿安全生产过程中存在的生产环节多、采掘工作面数量多、单班入井超千人等难题，通过优化采掘

布局、建立煤矸分时分运系统、探索应用深浅孔联合注浆巷修工艺、研发综采工作面成套回撤工艺等举措，大幅度减少了全矿总人数、单班入井人数，降低了原煤生产成本，提高了安全保障能力。关键词

条件复杂 千人矿井 科技创新 减人提效

B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2020.01.068中图分类号 TD79 文献标识码

Research and Practice of Reducing Manpower and Improving Efficiency in Ten-million-ton

Mine under Complex Conditions

Hu Cheng-jun

(China Coal Tianjin Underground Engineering Intelligence Research Institute, Tianjin 300121)

Abstract: There are many problems in the process of safe production in Liuzhuang Coal Mine, such as many production links, more mining faces and more than one thousand workers entering the shaft in a single shift. In view of these problems, some measures are put forward, such as optimizing the mining layout, establishing coal and gangue different-time transport system, trying to apply the deep and shallow hole grouting technology for roadway repair, and developing the complete set of withdrawal technology in a comprehensive mining working face , etc. The implementation of these measures has greatly reduced the total number of personnel in the whole mine and the number of workers entering the shaft in a single shift, lowered the cost of raw coal production, and improved the safety of the mine.

Key words: complex condition coal mine with thousands of workers technological innovation staff reduction and efficiency improvement

国家安全生产监管总局“安监总厅科技〔2017〕8号”文件《关于印发<单班入井超千人矿井科技减人工作方案>的通知》，指出一些单班入井人数超过千人的矿井（以下简称千人矿井）应通过深入开展“机械化换人、自动化减人”工作，制定科技减人实施方案，确保单班下井人员减少到千人以内，提升安全生产基础保障能力。我国48座千人矿井大多从降产、改造生产系统、升级技术装备、提升管理能力及优化岗位配置等方面采取措施来减少单班下井人员数量，但未系统地梳理矿井各系统存在的问题，实施方案针对性不强，减人效果一般，仍有部分矿井未解决单班入井超千人难题，安全风险依然较大。

1 工程概况

刘庄煤矿位于安微省颍上县，核定生产能力为11.40Mt/a，属华东两淮地区特大型矿井。井田东西走向长度约16km，南北宽度3.5~8.0km，共发现断层315条，有13层可采煤层，埋藏最深达1200m，间距小，倾角大，围岩条件差，水文地质条件复杂，为煤与瓦斯突出矿井。采煤工作面机械化程度虽达到100%，但自动化水平偏低。巷道地压较大，巷道支护要求高，综掘机械化程度仅为68%，支护工序占用时间多，月单进水平低，掘进工作面最多时平均每月32个。巷道失修工程量大，巷修机械化程度低。井下辅助运输采用防爆蓄电池电机车、滚筒绞车、连续牵引车等多种方式，转载环节多，效率低。井下主运输系统、供配电系统及信息化系统点多面广。防治瓦斯与水害工程量大，钻机台效偏低。

收稿日期 2019-07-15作者简介 胡成军(1986-)，男，汉族，河南信阳人，工程师，硕士，主要从事煤矿优化开采、绿色开采、智能开采的研究。

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2 减人提效关键技术研究与应用

2.1 开拓开采设计优化

本井田内断层较多，对井田开拓、采区划分、采区巷道及回采工作面布置影响较大。矿井开拓工程量大，工作面推进长度短，不规则块段巷道布置困难。采用了相邻近距离煤层联合布置大巷开拓、利用大巷老巷复用、加大工作面长度及L型转采等多种优化方式，从设计源头减少巷道工程量。

2.2 生产系统优化

2.2.1 建立煤矸共运系统

基于运矸系统不完善、煤矸混运主井提升负担重、煤质差、煤炭洗选量大等问题，采取了以下几项主要优化措施：

（1）各采区在与大巷连接处施工矸石仓，岩巷掘进工作面在胶带机头部设置矸石窖，临时储存矸石。

（2）施工大巷和井底运煤运矸系统联络通道铺设转载机，在煤仓上口设置分流装置，掘进矸石由运煤胶带运至煤仓上口，通过分流装置转载至矸石胶带机，最终通过矸石井提升至地面。

（3）顺槽掘进及回采工作面过断层期间产生的矸石，分割分运，在出矸时间将矸石集中运输。

（4）统一调度，制定专门出矸时间段集中运矸。2.2.2 推广应用采区单轨吊连续运输系统

通过在采区推广应用单轨吊机车，改造单轨吊机车及吊梁，整体运输31.5t、35.8t、47.5t重型液压支架及其他设备，从而实现井下运输过程连续化，减少转载环节，提高辅助运输效率，减少岗位人员。

2.3 采掘布局优化

通过加大工作面长度，充分发挥大功率综采设备优势，提高单个工作面生产能力；同时，减少同时生产采区个数，以两个采区保一条回采作业线，实现集约化生产。

2.4 生产工艺优化

2.4.1 综采设备快速回撤工艺及配套装备

（1）创新性研究应用了“单轨吊+无坑木+机械手+柔性掩护式预留回风通道”新型成套回撤工艺，即采用钢丝绳配合高强聚酯纤维柔性网铺网，利用采煤机进行回撤通道刷扩收作，原有综采支架支撑顶板，掩护相邻支架回撤，使用机械手牵引出架，单轨吊运输整体支架至吊装间解体。新型成套回撤工艺流程如图1所示。

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图1 综采设备新型成套回撤工艺流程图

（2）采用了TYA300型液压支架调移装置快速安装支架工艺，即采取单轨吊将支架直接运输至调移平台上方，利用装置中的牵引油缸将液压支架调向90°，待调向完成后使用推移油缸将支架推移至安装位置。

（3）采用TYH300型液压支架调移装置(俗称“机械手”)配合掩护支架快速回撤工艺。机械手由左右两个旋转油缸、一个内臂油缸和一个提升油缸组成，通过基座和底梁固定在掩护支架推移梁上。使用时用乳化泵对各油缸加压，形成推移、旋转和提升动作，从而将待撤支架拉出。最后经过绞车配合支架自拉调向，单轨吊起吊运出支架，极大地提高了支架的撤除进度。

2.4.2 快速巷修工艺及配套装备

（1）为解决巷道失修严重及反复修护难题，提出了“以注代修”的巷道修护理念，积极探索应用深浅孔联合注浆工艺，即“浅孔充填注浆+深孔加固注浆”，对软岩与构造破碎层进行加固。

（2）应用了具有挖掘水沟、卧底、破岩、清理浮煤等多种功能的WPZ-45/400型煤矿用巷道修复机。

2.4.3 瓦斯抽采工艺及配套装备

（1）在瓦斯涌出量较小区域，每隔80m布置一个高位钻场，代替高抽巷，减少瓦斯治理巷道工程量。高位钻场布置如图2所示。

（2）在瓦斯涌出量较大区域，采用千米定向钻机施工长距离大孔径钻孔代替高抽巷。

176（3）采用钻进能力更强的履带式钻机设备，提高打钻、移钻效率，以提高钻机台效。

图2 高位钻场布置图

2.5 推进矿井“四化”建设2.5.1 综采工作面智能化开采

本着“少人”的原则，通过采用综采工作面智能控制技术和可视化远程干预控制技术，应用电液控制系统并完善配套系统，实现割煤、推溜、运输等工艺过程自动化、智能化，具体如下：

（1）对采煤工作面增加电液控配套在线视频监控系统、智能泵站系统和自动配比装置监控系统。

（2）在采煤机和液压支架上安装红外发射、接收装置，定位采煤机的位置，实现采煤机与液压支架之间的连锁，从而实现自动移架。

（3）在液压支架上安装矿用本安型高清网络摄像机，实时了解工作面现场情况。

（4）在顺槽设备列车处设置矿用网络交换机，采集工作面视频信号、控制信号等信息。2.5.2 巷道快速掘进及配套装备

（1）针对综掘工作面支护工序占用时间多的问题，通过采用全液压锚杆锚索钻车，降低工人劳动强度，提高综掘支护工序效率。

（2）引进以掘锚机为核心的煤巷快速掘进成套系统装备，实现“掘支运”一体化平行连续作业。2.5.3 主运输系统智能集控

通过采用智能感知、故障诊断、自动控制等技术，应用输送机智能保护系统、智能调速系统，代替固定人员值守，实现主运输系统的智能集控。2.5.4 大型固定设备无人值守

通过采用智能监测、自动控制技术和远程监控信息平台，对主排水泵增设综合自动化监控系统，变电所、配电室设置电力监控分站，代替人工井下现场值守，实现主排水泵房无人值守。2.5.5 信息化系统智能监测

通过采用多信息融合、嵌入式实时分析、故障

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诊断等技术，应用激光型瓦斯传感器、智能防尘系统、矿压在线监测系统及改造控制网络，实现设备、环境等智能监测与管理。

3 实施效果

3.1 矿井万吨掘进率

通过采取开拓布局、采区设计优化及加大工作面等技术手段，大大减少了大巷、石门、采区巷道、工作面巷道工作量，在保持煤炭产量基本稳定的前提下，矿井万吨掘进率由34.91m/万t降至16.91m/

万t，减少了18m/万t。

3.2 煤炭洗选量

建立煤矸共运系统后，从井下源头对混入煤流系统中的矸石进行分流，提高了源头煤质，煤炭洗选量由560.06万t降至30.89万t。

3.3 采掘作业线

（1）综采工作面个数。原安排三条生产线作业保证矿井11.4Mt/a产量，随着单面生产能力的提高，生产线降至两条，实现了复杂条件下千万吨矿井“一井两面”生产布局。

（2）掘进工作面个数及工程量。随着年掘进进尺工程量的下降，掘进工作面个数也逐年减少，共减少了18个。

3.4 综采设备安撤效率

（1）在111101、171305等工作面成功推广应用了“单轨吊+无坑木+机械手+柔性掩护式预留回风通道”新型成套回撤工艺，较传统“慢绞+装车平台+点柱、木垛支护回风通道”回撤工艺，回撤一架支架节省了55min，回撤效率是原来的2.2倍。

（2）151103工作面在液压支架安装中采用了液压支架调移装置安装工艺。经测算，安装一台液压支架仅需要2.5h，安装效率是原来的2倍。

3.5 快速巷修工艺及配套装备

通过全面应用“浅孔充填+深孔加固”联合注浆修护工艺，有效降低巷道失修率，解决了巷道反复修护难题，巷道修复工程量逐年下降，2017年与2013年相比降低了5928m。

3.6 减人总体效果

（1）全矿总人员。全矿减员4495人，减幅46.96%。其中井下减员4289人，减幅达52.32%；地面减员206人，减幅16.95%。

（2）单班入井人员。全天入井总人数2742人，单班最大入井人数979人，全天入井总人数减少

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业安全生产基础保障能力，实现了减人、增效、强安多重功效。

【参考书目】

2522人，单班最大入井人员减少1221人。

4 经济效益分析

全员工效提高了3.2t/工·d，原煤直接生产成本降低了106.45元/t，已累计降低成本16.78亿元，增加净利润13.93亿元，今后每年利润总额增加4.83亿元，年净利润增加3.62亿元，经济效益十分显著。

［1］ 国家安全监管总局办公厅，国家煤矿安监局办公

室.关于印发单班入井超千人矿井科技减人工作方案的通知[A].北京：国家安全生产监督管理总局，2017.

［2］ 祁同新.煤矿综采工作面设备快速回撤施工工艺研

究与应用[J].煤矿机械，2017，38（08）：77-78.

［3］ 张忠国.煤巷快速掘进系统的发展趋势与关键技

术[J].煤炭科学技术，2016，44（01）：55-60.

［4］ 赵龙飞.井下主运输集控系统在煤矿井下运输的

应用[J].山东工业技术，2016（07）：52-53.

［5］ 侯刚.红柳林煤矿智能化无人值守系统的设计及

应用[J].煤炭工程，2018，50（05）：21-24.

5 结 论

刘庄煤矿采区向远部、深部延伸，需人更多，在维持产量稳定的情况下，依靠科技创新，多措并举，实现全矿总人数、单班入井人数不增反减，解决了复杂条件下千万吨矿井单班入井超千人的难题，化解了井下人员多伴生的安全风险，提升了企（上接第166页）

应力受断层活化影响比较大。

工作面推进过程煤体支承压力的变化趋势如图5所示。

象，小落差断层活化不易被监测到，可在断层落差在5m以下的断层进行重点监控，在开采工作面前方300m布置监测点，对工作面前方微震事件进行实时监测，同时布置应力监测点对煤岩体的应力情况进行监测，发现异常情况，提前进行处理。

对于已监测到可能导致冲击地压危险的区域，可采取超前钻孔卸压与煤层注水措施对断层面进行软化，减小应力集中现象，并加强对两帮的加固。

4.2 应急处理措施

采区布置时应尽量避开断层带，对于未探明的断层活化带突发冲击地压现象，可采用大直径

图5 煤体支撑压力随推进距离变化曲线

钻孔卸压或者条件允许的情况下采取爆破措施进行处理。

【参考书目】

由图5可知，煤体支承压力自切眼处开始增长速度较快，正常推进300m时，此时工作面距离断层30m，顶板破裂程度达到最大。煤体的支承压力达到峰值后也趋于稳定。继续推进至距离断层70m时，煤体支承压力又开始有快速上升的趋势，主要原因是断层煤柱的形成导致煤柱上形成应力集中。推进至450m后煤体支承压力迅速回落，此时煤体已发生塑性破坏，顶板已下沉。

［1］ 郭晓强，窦林名，陆菜平，等.采动诱发断层活

化的微震活动规律研究[J].煤矿安全，2011,42（01）：26-30.

［2］ 姜福兴，苗小虎，王存文，等.构造控制型冲击

地压的微地震监测预警研究与实践[J].煤炭学报，2010，35（06）：900-903.

［3］ 姜耀东，潘一山，姜福兴，等.我国煤炭开采中

的冲击地压机理和防治[J].煤炭学报，2014，39（02）：205–213.

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滑移诱发煤岩冲击机理[J].煤炭学报，2011（S1）：68-73.

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微震规律分析[J].煤炭学报，2011（S1）：83-87.

4 顶板稳定性研究

工作面通过断层活化带时，会由于断层煤柱的形成，导致煤体发生屈服破坏，顶板与底板随之发生断裂破断，极容易诱发冲击地压。

4.1 预防、预警措施

由于断层活化带附近极容易出现应力集中现