基于數據挖掘的單進水平制約因素分析與管理提升研究

楊俊彩

(國能神東煤炭集團有限責任公司，陜西 神木 719315)

近年來，隨著科技的不斷進步，雖然采掘技術裝備取得了長足的發展，但采煤技術裝備水平整體高于掘進技術裝備，導致采掘比不斷攀升，采掘矛盾突出。劉輝等提出了改進錨固方式，提高支護效率，減低支護密度的方式來提高煤巷掘進效率[1]。羅賢虎提出了應用掘錨一體機代替傳統工藝來實現復雜地質條件高效掘進的解決方案[2]。宋惠佳對掘進過程中巷道空頂距進行了研究，提出了合理確定循環進度，提高單進水平的方案[3]。丁磊提出了應用掘錨一體機提升大斷面巷道掘進效率，降低工人勞動強度的實施方案[4]。竇衍來分析了復雜地質條件對掘進的影響，提出了對工藝改革、支護參數和施工順序的優化建議[5]。上述作者的研究都是通過技術方案的改進來提高單進水平，沒有通過數據挖掘和分析找到制約單進水平提升的原因，解決方案均是單一層面的改進，沒有考慮技術、經濟、管理等多方面的組合措施。本文通過對神東礦區單進數據的挖掘分析和相關制約因素的研究，提出了一套涵蓋技術、裝備、工藝、管理等多方面的組合措施，以期來解決在礦井產量高位運行的情況下，采掘不平衡、不對等造成的采掘接續緊張問題。

1 神東礦區單進水平概述

近5年神東礦區總進尺及隊伍數量出現大幅度下降，連采隊伍占比下降9.36%，掘錨隊伍占比增加14.92%，綜掘隊伍占比維持在16%左右。其中礦區單進平均水平從768.27m/(月·隊)降低到628.87m/(月·隊)，公司整體水平降低18.14%。分類型來看，連采單進平均水平從1075m/(月·隊)降低到936m/(月·隊)，降低12.93%，掘錨單進平均水平從577m/(月·隊)降低到474.05m/(月·隊)，降低17.84%，綜掘單進平均水平從239m/(月·隊)降低到92m/(月·隊)，降低61.50%。掘進隊伍單進平均水平對比如圖1所示。

圖1 掘進隊伍單進平均水平對比圖

2 單進水平制約因素

近幾年來，隨著國家對煤礦安全管理要求的不斷提高，企業在不斷探索、改進掘進工藝，以實現安全與效率之間的最佳平衡。從工作實踐來看，目前制約神東礦區單進水平的因素主要有以下幾點。

2.1 安全管理要求

隨著《安全生產法》《國務院關于預防煤礦生產安全事故的特別規定》等法律法規的實施，煤炭企業加大了對掘進面頂板及現場質量標準化的管理力度，在同等條件下各礦井掘進面的循環進度均有所減小[6]，尤其是連采隊伍降幅較大。2010年神東煤炭集團開始取消連采機遙控操作，循環進度由過去普遍的15m降低到11m左右，循環進度減小，降低了有效截割生產時間，增大了調機等輔助作業時間，拉低了單進水平。

出于安全考慮，支護要求提高，安全投入越來越大。近5年支護強度不斷增大，錨索直徑由15.24mm增大到28.6mm，頂板、幫部逐漸實現全斷面支護。據現場實測，支護1m巷道用時是掘進1m巷道用時的1.5～3倍，支護強度提高后，支護用時占到生產用時的60%以上，掘支不平衡的矛盾愈發嚴重。神東礦區掘進隊伍巷道支護平均水平對比如圖2所示。

圖2 掘進隊伍平均水平對比圖(mm)

2.2 生產工藝

掘錨機施工巷道一次成巷，成型好，工程質量優良率高[7]，可實現長壓短抽高效除塵[8]，且能短掘短支，有效降低頂板破碎及片幫帶來的安全風險。近些年來，隨著國家對現場安全管理和職業病健康管理要求的提高，國內外煤炭公司大力發展掘錨機施工工藝。

以神東礦區為例，先后組(改)建成立過32支掘錨隊，大柳塔礦、上灣礦、補連塔礦等傳統使用連采機的礦井也不同程度的引入了掘錨工藝。掘錨隊伍占比逐年提升是近年來單進水平降低的一個重要原因。

為對比兩種工藝對巷道掘進影響，以補連塔礦五盤區為例，在同等地質條件、同等支護強度下，在現有單進水平條件下的兩種工藝各施工10000m有效巷道進尺(扣除聯巷)的連采與掘錨有效進尺對比見表1。由對比可知，連采與掘錨有效進尺對比關系為1.06∶1，在條件適宜時，連采掘進的單進水平和效率均高于掘錨。

表1 連采與掘錨有效進尺對比

2.3 設備狀況

神東煤炭集團在用連采機20臺，掘錨機25臺。考慮到職工安全和健康需要，更新設備以掘錨機為主。連采后配套的四臂錨桿機、梭車等普遍存在服務時間長、過煤量大、設備已經臨近或超過設計壽命的問題，設備穩定性和可靠性較差。更新的國產化掘進設備及配件穩定性差、故障率高，影響單進水平提高。神東主要掘進設備使用壽命明細見表2。

表2 主要掘進設備使用壽命明細

主要掘進設備購置時間長，設備陳舊，故障率高，對設備的檢修維護提出了更高的要求。近期在大柳塔礦掘進現場發現，設備故障率較高，導致生產班開機率低，影響了設備效能的發揮和單進水平的提高，大柳塔礦各隊影響時間統計見表3。

表3 大柳塔礦各隊影響時間統計表

2.4 生產組織

掘進隊伍原由專門的外委隊伍負責巷道開口、硐室挑頂、錨索補強支護、管路安裝、砼底板施工等后配套作業[9]。隨著安全管理要求及爆破成本的提高，取消了火工品爆破傳統巷道開口和挑頂工藝，逐步要求礦井硐室機掘施工，一次到位。帶式輸送機硐室機掘工藝復雜，硐室施工圖如圖3所示。立交機頭硐室安裝拆除保護設施基本需要10d左右，機掘機頭超高段200m巷道一般需要54d左右；平交機頭硐室開口多，需另掘繞道解決輔助運輸問題，影響掘進進度。后配套工作一定程度上已經制約了單進水平的發揮。

圖3 硐室施工圖

掘進隊伍檢修班與生產班銜接不緊湊，檢修班準備工作不到位，部分工作遺留至生產班，導致生產時間減少。現場發現，檢修班存在設備維護保養完成后，沒有給生產班備足支護材料或支護材料距離生產區域較遠，需二次搬運。錨索、幫網、架棚支護滯后沒有及時跟進工作面，設備沒有熱運轉交班等，因此設備開機率不高。2018年開機率超50%的上線隊伍統計對比如圖4所示。

圖4 隊伍開機率對比圖

2.5 薪酬分配

各礦井在薪酬分配上雖然提出向一線傾斜的政策，但具體落實存在著“重采不重掘”的問題。調研統計，掘進隊伍的整體工資水平一般比綜采隊伍每年低2萬元。在一線的人員流動中，普遍存在掘進隊伍人員向綜采隊伍流動的現象，但很少存在綜采隊伍人員主動提出調往掘進隊伍的情況。掘進隊伍工資待遇低與崗位勞動量大、勞動強度高的矛盾，目前正成為掘進隊伍人才流失的癥結所在。統計近年來礦井人員的晉升發展，綜采隊伍人員晉升空間較大，掘進隊伍培養出來的人才容易流失，高技能、高水平管理人才的流失導致掘進效率的提高缺乏人才支撐。

2.6 人員素質

員工素質主要體現在受教育程度及操作技能的熟練程度上。神東礦區開發建設30多年，老員工逐漸被新員工所替代，但新員工對工作環境、薪酬待遇的期望值較高，容易離職，造成掘進一線員工更換頻繁的現象。關鍵技術崗位留不住年輕人，主要崗位工人的平均年齡在40歲左右。

此外，通過跟蹤掘進現場生產發現，公司提倡“一崗多能”，但連采機司機、掘錨機司機等崗位的主要操作及檢修人員尚不能滿足需要。一方面這些崗位直接決定掘進工程質量，公司及礦井對工程質量要求嚴格，培養新人有顧慮；另一方面檢修人員在傳授技術上有所保留。這造成員工技能單一，只能滿足固定崗位，當人員臨時空缺時，不能及時解決問題，影響掘進效率的提高。

3 單進提升措施

3.1 優化巷道布置

根據礦井生產布局，優化巷道布置，實行盤區大巷全煤巷布置，減少巖巷、半煤巖巷掘進量。盤區設計時，根據地應力方向，合理確定大巷掘進方位，降低地應力對巷道穩定性的影響，減小支護強度，提高掘進速度。礦壓顯現劇烈的工作面改變神東礦區傳統的雙巷布置模式，推行“工作面跳采+小煤柱護巷”的單巷布置方式，合理利用礦壓規律，降低二次采動對巷道的影響，減少巷道支護量[10]。工作面開口位置選擇時，充分利用舊巷或原有聯絡巷，減少巷道開口數量。根據掘進巷道頂底板巖性，合理確定掘進層位，減少硬巖掘進量。

當采用雙巷掘進施工時，適當放大聯絡巷間距，減少無效巷道掘進，提高巷道利用率。根據運輸、通風、行人等需要，科學確定巷道斷面，適當提高掘進循環進度，減少調機次數，增加掘進時間，提高單進水平。

3.2 改進支護工藝

據統計，巷道的支護時間是掘進時間的1.5倍，支護時間長，直接影響單進水平的提高。對巷道按頂板類型、巷道用途、采動影響等因素進行分類，制定不同的支護策略，防止過度支護，縮短支護時間，提高掘進速度。推行“三高一低”的支護策略[11]，選用高強度、高剛度、高預應力錨桿，減少支護數量，降低支護密度。支護方式的優化方面，在進行支護的時候，對支護方式和設備進行改造和優化，提高支護速度。在滿足頂板管理要求的情況下，先期進行最低強度的支護，縮短支護對掘進的影響，檢修班再補齊剩余支護。二次采動前，對受影響范圍的頂板再進行一次補強支護，分批次逐步支護，改變一次支護到位的傳統模式。

3.3 設備科學配套選型

為實現快速掘進，對礦區的頂板特點和設備特性進行分析，最大程度發揮設備效能，減少輔助作業量。巷道布置要保證系統設備不出現頻繁搬家的情況，延長生產時間。頂板條件較好，允許有10m以上控頂的條件下，采用雙巷或多巷掘進工藝，優先選擇連采機掘進。后配套四臂錨桿機、梭車(或連運車)、給料破碎機、鏟車等設備。單巷掘進時優選掘錨機工藝，頂板、幫部比較破碎，需要短掘短支的情況下也應首選掘錨工藝。此外，還應根據工作面底板情況選擇后配套設備：當底板堅硬、不易泥化時，可選擇梭車、給料破碎機(或連運1#車)等不連續、移動運煤設備；當底板泥化時，可選擇掘錨機直接搭接連運1#車或橋式轉載機等轉載設備，減少對底板破壞。在掘進全巖巷道、機頭硐室或挑頂、拉底等零星工程時，優選硬巖綜掘機施工，后配套防爆車運煤，提高靈活性，減少搬家倒面工作量。

3.4 提高設備開機率

根據不同地質條件配備適應的生產裝備，在條件允許時以連采機、掘錨機替代綜掘機掘進煤巷，以兩臂錨桿機代替煤電鉆、風鉆、單臂錨索機，提高裝備水平，在降低工人勞動強度的情況下，安全快速生產。要加強設備日常點檢和預防性強制檢修，保證點檢、巡檢到位，大力推行崗位標準作業流程、標準化檢修工單，提高檢修的標準化水平，提升檢修質量。加大掘進設備故障應急處理力度，積極組織配件、車輛運輸，減少故障影響時間。

推廣6000m變頻直驅長距離可伸縮帶式輸送機[12]，解決多部帶式輸送機搭接故障點多，用人多的問題，提高運輸系統運行穩定性和可靠性，將減少的操作和檢修崗位人員充實到掘進隊支護及后配套等制約效率提升的關鍵環節，提高工作效率。

推廣兩臂錨桿、錨索鉆車，減少登高作業，實現跨帶式輸送機不停機施工和掘進后配套補強支護的機械化作業，每班打錨索的最高記錄達38套，效率提高一倍，有效提高支護效率。

3.5 提高正規循環作業率

用大數據手段，結合人員定位、視頻監控等手段對各工序時間、入井時間進行統計分析，督促堅持“三八”正規循環作業制度，檢修班要為下班生產創造條件。合理利用正常檢修時間安排遷移局部通風機、移動變電站同步進行。工作面搬家前做好帶式輸送機、配電點、局部通風機安裝等前期準備工作，工作面搬家時，帶式輸送機、配電點、風筒拆除等收尾工作盡量安排其它輔助單位施工，縮短搬家倒面時間。加大生產組織與協調，在煤炭外運受限時要給掘進預留倉位。

3.6 構建有效激勵機制

公司層面做好頂層設計，推行定額管理，以定額和生產計劃來結算掘進隊伍工資，改變以往以礦井煤量結算工資，掘進與綜采掛鉤的結算體系，執行掘進分部單價。各掘進隊伍實際進尺超過公司作業計劃的，結算單價提高相應比例進行兌現。在薪酬福利上，體現多勞多得，單進水平高、掘進效率高的隊伍，工資上要實現超越綜采隊伍，提高掘進隊伍對勞動力的吸引力，調動現有工人的勞動積極性。

加強激勵考核，通過考核引導，將礦井管理人員的績效工資與掘進計劃完成掛鉤，提高礦長、生產(掘進)礦長、總工程師、機電礦長、經營礦長等礦領導及相關職能業務科室對掘進隊伍的重視程度，為單進水平提高配齊所需的人、財、物等資源，做好工資考核分配，形成多管齊下，群策群力，提升單進水平的合力，促進掘進水平的提升。

3.7 暢通員工發展通道

強化技能培訓，提高工人操作水平，培養員工具備多項技能，一專多能，避免因個別崗位臨時空缺、崗位工技能不足等情況而制約整體生產。結合員工愛好、意向，選拔有上進意識、年輕有為的員工進行重點培養，安排脫產培訓，提高技能。同時對技能多、水平高的員工，制訂專項津貼，提高其崗位工資水平。

暢通崗位人員職業發展通道，用好技能操作人才聘任職數和崗位津貼，在企業內部擇優選聘技能大師、一級技能師、二級技能師、三級技能師、高級技工，打造廣闊的員工發展空間。

在人員晉升提拔上，給予綜采、掘進隊伍同等的重視程度，并適當向條件差、困難多的掘進隊伍傾斜，為掘進隊伍留住人才、儲備人才創造條件。

3.8 推廣新工藝、新技術

做好科研立項工作，聯合科研院所、設備廠家積極研發適應薄煤層掘進的低采高、小型化設備及超大采高一次性快速掘支設備，加大掘進機器人研發投入[13]，解放勞動力資源。研究降低薄煤層萬噸掘進率的回采新工藝，少掘巷道，少割巖石，提高掘進效率[14]。鼓勵員工不斷進行學習創新，推行有助于提高單進水平的小型改革項目，做好推廣應用和獎勵兌現[15]。

4 結 論

通過上述8項管理手段的實施應用，2018年神東礦區單進水平首次實現了正向增長，2019年單進水平同比2018年提升22%。連掘平均單進達到1289.3m/月、最高月記錄為2208m，掘錨平均單進達到632.6m/月、最高月記錄為1101m。

通過深入挖掘掘進隊伍潛力，勞動效率不斷提高。在相同條件下，完成同樣的進尺，可少用掘進隊伍約5支。在不影響正常生產接續情況下，節余的隊伍可安排礦務工程施工，緩解了礦務工程施工人員短缺的矛盾，年節省人工費用3762萬元，節省租賃成本約3083萬元，實現了降本提效。

通過提高單進水平，踐行了“少人則安、無人則安”的安全理念，促進了礦井安全管理水平的提高，為公司安全和諧發展奠定了基礎。