郭慶華，張照偉

(中煤天津設(shè)計工程有限責(zé)任公司，天津 300120)

煤炭是我國的主體能源，長期以來在能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)中占據(jù)著主導(dǎo)地位。隨著供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的深入和雙碳目標(biāo)的提出，煤炭企業(yè)傳統(tǒng)的發(fā)展方式難以維繼，必須轉(zhuǎn)型升級，走高質(zhì)量發(fā)展道路，經(jīng)濟(jì)增長方式的轉(zhuǎn)變，倒逼勘察設(shè)計企業(yè)以全新的商業(yè)思維模式、全新的運作模式參與行業(yè)競爭[1]。

中煤天津設(shè)計公司結(jié)合開展的中煤新集公司生產(chǎn)礦井系統(tǒng)診斷優(yōu)化項目研究，走了一條傳統(tǒng)煤炭設(shè)計企業(yè)從“設(shè)計建設(shè)煤礦”向“煤礦項目4S店”轉(zhuǎn)變的業(yè)務(wù)升級之路，通過為礦井提供全生命周期[2]增值服務(wù)，升級自身的商業(yè)模式，實現(xiàn)勘察設(shè)計企業(yè)與煤炭生產(chǎn)企業(yè)協(xié)同發(fā)展。

1 開展系統(tǒng)診斷與優(yōu)化工作的背景

1.1 煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的需要

改革開放以來，我國煤炭工業(yè)取得了舉世矚目的成就，從改革發(fā)展歷史進(jìn)程來看，總體經(jīng)歷了深化改革、改革脫困、健康可持續(xù)發(fā)展階段和供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革四個階段。在這期間煤炭行業(yè)產(chǎn)能、效益受市場波動影響大，整體發(fā)展層次不高。煤炭固定資產(chǎn)投資波動如圖1所示，規(guī)模以上采礦企業(yè)利潤波動如圖2所示。

圖1 煤炭固定資產(chǎn)投資波動示意圖

圖2 規(guī)模以上采礦企業(yè)利潤波動示意圖

開展系統(tǒng)診斷優(yōu)化工作對煤炭企業(yè)的保安、提質(zhì)、增效，促使企業(yè)、行業(yè)走高質(zhì)量發(fā)展道路[3]，打造先進(jìn)產(chǎn)能具有重要作用。

1.2 系統(tǒng)解決礦井高質(zhì)量發(fā)展面臨制約因素

新集公司現(xiàn)有五對礦井，分別為新集一礦、新集二礦、劉莊煤礦、口孜東煤礦和板集煤礦，

其中新集一礦、新集二礦建設(shè)于20世紀(jì)90年代，歷經(jīng)多年生產(chǎn)，不同程度存在采掘接續(xù)緊張、安全生產(chǎn)壓力大、可持續(xù)發(fā)展能力弱等問題；劉莊煤礦為大型礦井，開采煤層由厚煤層過渡到中厚煤層，保產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)壓力大；口孜東煤礦為典型千米深井地壓大，巷修工作量大，達(dá)產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)壓力大；板集煤煤層頂板水、斷層水防治壓力大等問題；同時，綠色智能開采、煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化、資源綜合利用、重大災(zāi)害防控等對礦井提出更高要求。

以互聯(lián)網(wǎng)和人工智能為代表的第四次工業(yè)革命[5]為傳統(tǒng)的煤炭生產(chǎn)企業(yè)提供了結(jié)構(gòu)優(yōu)化的空間，實現(xiàn)煤、電、水、熱等資源全要素、全煤流、全系統(tǒng)的應(yīng)用，系統(tǒng)的解決新、老系統(tǒng)、新舊動能過渡期間面臨的成本增加等問題，構(gòu)建復(fù)合型礦井，促使企業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

1.3 煤炭設(shè)計行業(yè)為煤礦項目全生命周期服務(wù)的需要

隨著雙碳目標(biāo)的提出[6]和煤炭供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革的不斷推進(jìn)，煤炭設(shè)計企業(yè)結(jié)合自身優(yōu)勢，通過診斷找痛點→優(yōu)化出效益→全生命周期增值服務(wù)→實現(xiàn)共贏→設(shè)計轉(zhuǎn)型，煤炭設(shè)計企業(yè)從主要為礦井提供增量服務(wù)(建設(shè)煤礦)轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁┐媪糠?wù)(診斷優(yōu)化)。在為煤礦提供全生命周期服務(wù)的過程中培育自己新的經(jīng)濟(jì)增長點，打造煤礦4S店，實現(xiàn)設(shè)計業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型。

綜上分析：煤炭企業(yè)應(yīng)探索由單一的追逐高產(chǎn)量增加效益模式向降本增效，控險保安，低碳高效，高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)變。煤炭勘察設(shè)計企業(yè)應(yīng)探索一條由傳統(tǒng)設(shè)計向礦井提供增值服務(wù)過程中，實現(xiàn)立足煤炭、延伸煤炭、超越煤炭的價值體現(xiàn)，實現(xiàn)共同發(fā)展的新道路。

2 系統(tǒng)診斷優(yōu)化工作技術(shù)路線和工作方法

2.1 工作目標(biāo)

生產(chǎn)礦井系統(tǒng)診斷優(yōu)化與傳統(tǒng)項目設(shè)計兩者之間內(nèi)在底層邏輯關(guān)系、脈絡(luò)層次相差較大，其對比見表1。

表1 傳統(tǒng)設(shè)計與診斷優(yōu)化項目對比

診斷優(yōu)化是探尋問題癥結(jié)，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題；最終目標(biāo)是實現(xiàn)礦井安全、綠色、智能、可持續(xù)發(fā)展，煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

2.2 主要原則

1)堅持診斷為基礎(chǔ)、優(yōu)化出成果。站在宏觀的角度，充分了解區(qū)域政策、社會環(huán)境、企業(yè)文化，理解企業(yè)關(guān)切，把握系統(tǒng)診斷優(yōu)化的總體方向，切忌“淺嘗輒止”，不系統(tǒng)、不全面、不深入；結(jié)合企業(yè)實際提煉制約礦井高質(zhì)量發(fā)展的痛點、難點，切忌“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”，依據(jù)高質(zhì)量的診斷，進(jìn)行高質(zhì)量的優(yōu)化。

2)依靠先進(jìn)技術(shù)集成做支撐，堅持一礦一策，多策并舉，廣視野全要素的開展會診：堅持辯證眼光，通過表征現(xiàn)象來追溯產(chǎn)生問題的本源，拿出標(biāo)本兼治的“藥方”，一礦一策，多策并舉，依靠先進(jìn)的技術(shù)集成應(yīng)用做支撐。

3)優(yōu)化的前提是診斷的精準(zhǔn)，優(yōu)化的手段是在三比的基礎(chǔ)上體現(xiàn)診斷的精準(zhǔn)度和優(yōu)化方案的實效性?！叭取本唧w是：一比先進(jìn)技術(shù)成果的應(yīng)用；二比先進(jìn)管理實踐；三比煤礦現(xiàn)狀與預(yù)期。

2.3 技術(shù)路線

診斷優(yōu)化采用技術(shù)路線：摸底調(diào)研熟悉系統(tǒng)→資料整理問題診斷→系統(tǒng)優(yōu)化提出方案→多次對接整理成果→專家評審?fù)晟茍蟾妗?/p>

2.4 工作方法

采用“四重五步”工作法開展相關(guān)工作。四重：重現(xiàn)狀(邊界條件、背景條件)、重數(shù)據(jù)量化(先進(jìn)可行)、重投入產(chǎn)出、重跟進(jìn)評估。五步：定目標(biāo)、明思路→找問題、抓痛點→探真相、究因果→提思路、做優(yōu)化→做方案、重反饋。

3 新集公司系統(tǒng)診斷優(yōu)化實踐

結(jié)合新集公司發(fā)展規(guī)劃和煤炭產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的要求，對其所屬煤礦開展系統(tǒng)診斷優(yōu)化工作，全面提升新集一礦、新集二礦、劉莊煤礦、口孜東礦和板集煤礦安全、高效、智能化水平。

項目以解決重大問題為主線，貫徹全生命周期理念，歷經(jīng)5個階段近兩年時間，對系統(tǒng)環(huán)節(jié)分析評價，提出提質(zhì)增效方案。

3.1 主要成果

系統(tǒng)診斷優(yōu)化報告聚焦礦井的集約、高效、綠色、智能和安全，共取得15項重大優(yōu)化成果，29項其他優(yōu)化成果。

集約、高效：主要針對礦井開拓開采布局、采掘設(shè)備升級和生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化，建設(shè)系統(tǒng)簡潔、集約高效的生產(chǎn)礦井。

綠色：主要針對矸石、余熱、礦井水循環(huán)利用，煤與瓦斯共采，建設(shè)綠色礦山[7]。

智能：主要針對礦井生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、礦井自動化、智能化等升級改造，建設(shè)智能化礦井[8]。

安全：主要針對礦井礦壓、瓦斯、水害、防滅火和熱害等進(jìn)行治理，建設(shè)本質(zhì)安全型礦井。

提效：主要針對能耗大、成本高系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，如井下增加TDS[9]、主、輔運輸系統(tǒng)優(yōu)化等等。

以新集一礦為例，主要通過生產(chǎn)布局調(diào)整、煤質(zhì)提升、阜淮鐵路煤柱開發(fā)和1號煤層開發(fā)(含本井田西區(qū)和連塘李井田)緩解采掘緊張、瓦斯治理等，實現(xiàn)礦井效益提升。

3.1.1 生產(chǎn)布局調(diào)整

歷經(jīng)三個階段優(yōu)化礦井生產(chǎn)布局。

1)生產(chǎn)系統(tǒng)簡化階段。維持礦井中央36采區(qū)、西部23采區(qū)兩個采區(qū)的生產(chǎn)格局，逐漸將礦井副提升、運輸、排水、抽采、注氮等配套系統(tǒng)由中央?yún)^(qū)集中至西區(qū)。優(yōu)化系統(tǒng)，優(yōu)先開采-550m西帶式輸送機(jī)大巷壓覆及其淺部可采的優(yōu)質(zhì)資源。

2)生產(chǎn)布局調(diào)整階段。中央?yún)^(qū)開采完畢，礦井整體進(jìn)入西部雙翼采區(qū)生產(chǎn)，形成一井一區(qū)一面生產(chǎn)模式。礦井中央?yún)^(qū)僅保留主運輸、主提升及選煤廠、地面裝車系統(tǒng)等設(shè)施，關(guān)閉中央風(fēng)井設(shè)施及中央?yún)^(qū)井下充電硐室、爆炸材料庫、井下變電所和與兩區(qū)生產(chǎn)無關(guān)井巷，合計24673m。

3)提質(zhì)增效階段。利用礦井西部采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)，統(tǒng)籌井田西翼和臨近的連塘李井田-700～-970m煤炭資源開發(fā)(首先開采1號煤層)，增加西部開采范圍，提高煤質(zhì)和礦井經(jīng)濟(jì)效益。

3.1.2 煤質(zhì)提升

1)暫停劣質(zhì)煤開采。優(yōu)先開采-550m西帶式輸送機(jī)大巷壓覆及其淺部可采的優(yōu)質(zhì)資源，研究開采淺部阜淮鐵路煤柱和井田西區(qū)1號煤層優(yōu)質(zhì)資源。

2)井下矸石采、選、充一體化。主井井底增加TDS智能選矸系統(tǒng)和阜淮鐵路下煤柱充填開采系統(tǒng)，減少礦井矸石升井量，提高商品煤產(chǎn)量20萬t/a以上。

3)煤炭加工利用系統(tǒng)。升級現(xiàn)有選煤廠系統(tǒng)，建設(shè)智能化選煤廠[10]，減少人員、提升效率；條件具備時將新集一礦、新集二礦兩礦井選煤廠合并統(tǒng)一管理。

3.1.3 阜淮鐵路煤柱開發(fā)

西翼鐵路煤柱采用巷道充填開采方案，巷道掘進(jìn)充填增加總利潤1072萬元/a。后期根據(jù)鐵路功能調(diào)整安排，適時啟動膏體充填采煤[11]和東翼鐵路遷建工作。

3.1.4 1號煤層開發(fā)(井田西區(qū)和連塘李井田)

統(tǒng)籌礦井西區(qū)和連塘李井田開發(fā)，利用新集一礦西區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)，雙翼開采布置，開發(fā)1號煤層優(yōu)質(zhì)資源，礦井盈利效果明顯。

3.2 主要效益

1)生產(chǎn)布局優(yōu)化簡化。通過生產(chǎn)布局優(yōu)化，新集一礦未來逐步形成了“一井一區(qū)一面”、西區(qū)雙翼開采的布局，優(yōu)化工作面布置，采用切頂卸壓沿空留巷方式[12]優(yōu)化接續(xù)，開拓、準(zhǔn)備巷道量由目前的68700m逐步減少為41233m，減少27467m，減少工作面搬家倒面12次，巷道掘進(jìn)和巷修隊伍均可減少1～2個。

2)生產(chǎn)系統(tǒng)逐步簡化。副提升、瓦斯抽采、注氮、通風(fēng)系統(tǒng)逐步由兩區(qū)同時運行轉(zhuǎn)變?yōu)槲鲄^(qū)集中運行，礦井排水系統(tǒng)由4處簡化為2處，礦井系統(tǒng)維護(hù)運行成本明顯降低。

3)煤質(zhì)提升效果明顯。通過優(yōu)化井下采場接替、煤矸分流[13]、地面裝車系統(tǒng)、選煤廠集控改造等措施，礦井商品煤煤質(zhì)提高5%以上。

4)瓦斯治理成效明顯。采用新型封孔工藝，實驗鉆孔的平均瓦斯?jié)舛扔?.69%提高到12.54%，封孔長度15m減少至8～15m，封孔材料由水泥漿調(diào)整為水泥漿+添加劑或煤屑+添加劑，降低了封孔材料的成本。

5)預(yù)計礦井可實現(xiàn)扭虧為盈。① 減員增效明顯：通過系列技術(shù)優(yōu)化、自動化改造和勞動組織優(yōu)化，預(yù)計礦井人員由目前的1715人減少為1458人，優(yōu)化改造完成后，礦井全員工效提高了約30.77%，年均節(jié)省職工薪酬成本4241.00萬元；② 經(jīng)濟(jì)效益明顯：礦井自2018年復(fù)產(chǎn)以來持續(xù)虧損，經(jīng)系統(tǒng)診斷優(yōu)化，通過未來二十年利潤預(yù)測，項目正常投產(chǎn)運行年，第1—10年，年均凈利潤1967萬元；第10—20年，年均凈利潤3101萬元。根據(jù)礦井生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年礦井產(chǎn)量180萬t，凈利潤1億元以上。

4 結(jié) 論

新集公司所屬礦井系統(tǒng)診斷優(yōu)化工作，一方面，為煤礦提供增值服務(wù)，提高礦井安全保障能力、可持續(xù)發(fā)展能力，產(chǎn)品競爭力，助力高質(zhì)量發(fā)展，打造先進(jìn)產(chǎn)能；另一方面，系統(tǒng)總結(jié)了開展該項工作的目標(biāo)、技術(shù)路線和工作方法，提出了開展該項工作過程中堅持的原則，對后續(xù)該項工作的開展指明了方向；第三，為煤礦提供全生命周期增值服務(wù)是煤炭行業(yè)邁入新時期，行業(yè)發(fā)展到新階段企業(yè)的必然選擇，是發(fā)揮各自優(yōu)勢，提高經(jīng)濟(jì)效益、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。