井工煤礦“四化”建設助力產業發展的探索及研究

＊羅 會

（新疆烏蘇四棵樹煤炭有限責任公司 新疆 833019）

煤礦應積極實施煤礦安全技術改造，不斷提高煤礦機械化程度，改善礦山安全生產條件、降底工人勞動強度和提高生產效率。建議改進如下方面：

1.機械化

（1）目前井工煤礦掘進開拓工作面輔助材料運輸方式多為半機械+人工搬運，隨著掘進距離不斷增加，人工搬運材料距離長強度大，尤其是斜巷掘進或開拓，不利于礦井安全管理。建議采用單軌吊解決輔助材料運輸問題。因單軌吊運載能力大、機動靈活，適應性強，不受底板狀況的影響，連續運輸距離長，安全可靠，能實現重載貨物的整體搬運，代替傳統人工、半機械化運輸方式，實現煤礦井下運輸過程連續化和綜合化、驅動方式多樣化，減少人員以及降低人員的勞動強度。

（2）目前井工煤礦掘進開拓工程量較多，采掘接續緊張，受地質條件及礦壓顯現影響，掘進齊頭處不及時支護風險較高，為降低職工勞動強度、職業病危害和提高支護效率，建議推廣使用掘錨一體機，實現巷道支護工崗位裝備替代，提高頂板支護機械化及掘進自動化水平，實現掘進效率大幅提升，保障采掘平衡，避免系統性風險。

（3）目前井工煤礦采煤工作面長度一般在200m及其以上，工作面裝備成套綜采設備較多，工作面安裝、回撤基本上以絞車、提升機、軌道平板車等多段分散落后的傳統輔助運輸方式為主，機械化程度低，并且存在作業人員勞動強度高，作業環境風險多，工作效率低、采空區氣體管理難度大等問題。近幾年來，綜采工作面快速搬家的成套裝備和根據各礦區地質條件采用的多點、雙點、單點回撤工藝技術已經得到普及應用，實行面到面快速搬遷，綜采工作面的搬家已由早期的4-6周縮短到現在的2周以內，取得了顯著的經濟效益。建議推薦使用綜采回撤安裝設備，以降低作業人員勞動強度，提升綜采成套設備回撤安裝作業安全系數和效率，減少安全風險，提高經濟效益。

（4）目前井工煤礦部分硐室、巷道開口或聯絡巷受空間及長度的限制，無法使用大型機械進行施工，大多采用炮掘或人工風鎬掘進，人工裝渣，作業勞動強度大且施工效率低，投入人工成本高，嚴重影響施工進度，建議采用煤礦用挖掘式裝載機解決該施工及裝渣問題，可大幅提高施工進度，同時降低工人施工作業勞動強度、提高施工效率。

2.自動化

自動化是指機械設備或生產過程、過程管理在沒有人直接參與的情況下，經過自動檢測、信息傳輸、信息處理、分析判斷、操縱控制，實現所要達到的目標。

（1）井工煤礦可應用智能識別煤礦電網管理系統、多水平階梯式聯合排水智能監控系統、中央集控平臺等為一體的礦井智能無人值守系統，代替人工井下現場值守，并對主要子監測系統組建融合平臺。

（2）由于煤炭地質條件變化較大，煤炭中含矸量變化也較大，為有效改善和穩定原煤煤炭質量，確保經濟效益，建議各煤礦可采用TDS智能分選設備，該智能分選設備自動化水平高，具有分選精度高、分選粒度寬、處理能力大、自動及智能化程度高等特點，且系統不用水、不用介質，投資小，運行成本低，建設周期短，設備臺數少，系統簡單，改造對現有生產系統不產生影響，可實現集中控制、無人值守，提高了分選效率與精度的同時，也避免了傳統選矸對人體健康的傷害。

（3）首先，目前礦山煤炭的主要運輸方式是膠帶運輸，從以往維護的角度看，設備巡檢需要人工巡檢，占用人員多，巡檢過程中故障診斷靠經驗，沒有數據支撐，隨機性大，且無法根據現狀預測設備未來的運行狀況；其次，因為沒有膠帶定位，人員隨意性大容易出現漏檢、錯檢，對膠帶接頭故障發現晚，設備檢修預防性檢修較少，事故性檢修較多，維修維護費工費力；第三，操作人員和巡檢人員工作區域分散，距離長，遠程視頻、遠程監測、遠程控制、遠程移動通話都沒有實現，造成維護人員在井下來回奔波，勞動強度大，勞動效率低。建議采用礦用移動巡檢裝置機器人代替巡檢工巡檢，通過機器人技術代替人的眼、耳、手，利用高速處理器有效的分析算法代替人的大腦，以達到實時、準確預警的功能，從而減輕工作人員的勞動強度、降低勞動風險，及時發現問題，避免事故擴大化，可大大降低生產過程中的非正常停機時間。

（4）目前煤礦原煤經選煤系統篩選后的商品煤主要通過人工初步判斷其熱值進行分類，然后通過人工取樣檢測掌握煤炭發熱量，檢測熱值與實際有一定偏差，易因煤炭質量出現銷售事故，建議采用在線無源灰分儀在線檢測煤炭質量，可實現對煤炭灰分、含水量、煤炭熱值實時監測，精準分類，以提升煤炭質量管理，提高不同類型煤炭的銷售收入。

3.信息化

煤礦信息化是指對礦井地理、生產、安全、設備、管理和市場等方面和信息進行采集、傳輸處理、應用和集成等等，從而完成自動化目標。

（1）根據《國家煤礦安監局關于加快推進煤礦安全風險監測預警系統建設的指導意見》的要求，2020年底前，完成所有煤礦的安全監控系統、人員位置監測及工業視頻數據的上傳；2022年底前，實現煤礦安全監控、自動化等所有子系統感知網絡數據全面接入，實現煤礦安全風險研判“智能化”、應用系統“平臺化”、數據交換“標準化”、監察執法“精準化”的建設目標。建議各煤礦與專業科研院所或集團公司的信息公司、中央研究院合作建成將煤礦監測監控各子系統集合而成的煤礦安全生產調度管理信息綜合性系統，實時監測生產各環節的運行情況以及安全情況，不斷獲取煤礦生產過程中產生的各種信息，并將這些信息與作業規程或其它標準進行比較，一旦發現偏差與異常情況，就及時發出調度指令進行調節，以保證生產系統連續、有效、安全地運行，并實現各業務板塊實時業務數據的集成、共享與可視化交互，滿足管理層及業務部門從業務全局視角分析生產經營過程的需求。

（2）目前部分煤礦使用的有線通訊，受線路限制，不能滿足礦山通訊布置，建議升級改造為基于NGN的軟交換或5G技術的通訊聯絡系統，支持無線手機、有線調度電話互聯互通，支持有線、無線一體化調度，同時還支持礦山廣播系統接入，以能夠幫助指揮調度人員通過多媒體方式實現指揮調度，并且能夠與各種業務系統進行高度集成，提高指揮調度的智能化和自動化水平。

（3）針對煤礦運輸設備運行過程中存在的盲區安全隱患，建議在運輸車輛上安裝GPS定位系統，同時在主要運輸道路、重點運輸路段、臨時重點區域分別設置固定、半固定、移動三種測速監控裝置，監測并顯示車速，查處車輛超速違章現象，規范安全文明駕駛行為，提升操作人員安全素養；針對臨時工程位置、臨時交叉區域、特殊天氣等，臨時設置移動測速監控，管控現場違章行為，同時在運輸車輛上安裝360°環視影像系統、毫米波雷達主動防碰撞系統、設備在線監測系統、自動語音播報系統等系統，實現設備關鍵部件運行狀態的實時數據生成、預測報警、預檢預修、遠程傳輸等各項功能，同時系統后臺可實時發揮監控全面監管作用，有力的促進人機一體化的安全運行管理。

4.智能化

煤礦智能化需在以往的機械化、自動化和信息化建設的基礎上，結合不同煤礦的煤層賦存條件和災害特點，形成多種模式并存的智能化建設格局。

（1）井工煤礦隨著開采深度的不斷加深、工作面煤層傾角不斷增大，煤質逐漸破碎以及現有設備的不斷老化，頂板管理難度隨之增加，導致生產效率降低，且現有設備配備人員較多、安全風險點多，部分綜采設備已不能完全滿足井下安全生產的需要，建議下一步采購具備智能化綜采工作面控制系統的綜采成套設備，要求控制系統為模塊化結構，各系統具備綜采設備姿態定位、綜采設備安全感知、工作面直線度控制、視頻圖像處理等功能，集成綜采工作面環境監測系統、工作面設備故障診斷系統等，形成綜采工作面的一體化監控樞紐，實現綜采作業的自動化控制及遠程遙控，完善采煤機、液壓支架和運輸系統的整體控制，實現綜采設備的就地／集中／遠程三級網絡管理控制技術，能夠根據運輸系統負荷的大小和工作面地質環境的變化，自動調控采煤機的生產能力，通過工作面網絡覆蓋，實現工作面環境下的可靠通訊及視頻、語音和數據的三網融合，實現綜采工作面安全可靠高效生產。

（2）基于物聯網、5G技術，建議井工煤礦建設完善煤礦萬兆工業網，隨著各類傳感器技術的發展，將煤礦生產、安全、經營管理、營銷等可采集的信息數據以數字的形式通過網絡傳輸，使數字、語音、視頻等各種信息可以在同一網絡平臺上傳輸，各種信息得到高度的集成和更大的共享，同時對煤礦作業現場的機電設備實現遠程自動控制，減少現場作業人員，實現少人甚至無人操作。

（3）根據井工煤礦煤層賦存條件及災害類型，應建設完善的災害防治系統，并將智能監測、預測、預警信息集成在智能安全監控系統中，實現基于多種災害互聯、互動、互監、智能預警、避災路線智能規劃等綜合防治。

5.結語

根據《關于印發<關于加快煤礦智能化發展的指導意見>的通知》（發改能源〔2020〕283號）文件要求，要大力推進煤礦機械化、自動化、信息化、智能化建設，到2025年，大型礦井和災害嚴重的煤礦基本實現智能化，當前正以智能化發展為契機，持續推動煤礦生產的新技術革命浪潮，將煤炭開發技術與智能化設施深度融合，建立礦山自學習-自分析-自預測-自決策與控制的完整智能系統，進而通過管理活動整合生產運作過程，提高生產效率。