新集公司煤矿诊断优化实践探讨

郭庆华，张照伟

(中煤天津设计工程有限责任公司，天津 300120)

煤炭是我国的主体能源，长期以来在能源生产和消费结构中占据着主导地位。随着供给侧结构性改革的深入和双碳目标的提出，煤炭企业传统的发展方式难以维继，必须转型升级，走高质量发展道路，经济增长方式的转变，倒逼勘察设计企业以全新的商业思维模式、全新的运作模式参与行业竞争[1]。

中煤天津设计公司结合开展的中煤新集公司生产矿井系统诊断优化项目研究，走了一条传统煤炭设计企业从“设计建设煤矿”向“煤矿项目4S店”转变的业务升级之路，通过为矿井提供全生命周期[2]增值服务，升级自身的商业模式，实现勘察设计企业与煤炭生产企业协同发展。

1 开展系统诊断与优化工作的背景

1.1 煤炭行业高质量发展的需要

改革开放以来，我国煤炭工业取得了举世瞩目的成就，从改革发展历史进程来看，总体经历了深化改革、改革脱困、健康可持续发展阶段和供给侧结构改革四个阶段。在这期间煤炭行业产能、效益受市场波动影响大，整体发展层次不高。煤炭固定资产投资波动如图1所示，规模以上采矿企业利润波动如图2所示。

图1 煤炭固定资产投资波动示意图

图2 规模以上采矿企业利润波动示意图

开展系统诊断优化工作对煤炭企业的保安、提质、增效，促使企业、行业走高质量发展道路[3]，打造先进产能具有重要作用。

1.2 系统解决矿井高质量发展面临制约因素

新集公司现有五对矿井，分别为新集一矿、新集二矿、刘庄煤矿、口孜东煤矿和板集煤矿，

其中新集一矿、新集二矿建设于20世纪90年代，历经多年生产，不同程度存在采掘接续紧张、安全生产压力大、可持续发展能力弱等问题；刘庄煤矿为大型矿井，开采煤层由厚煤层过渡到中厚煤层，保产、稳产压力大；口孜东煤矿为典型千米深井地压大，巷修工作量大，达产稳产压力大；板集煤煤层顶板水、断层水防治压力大等问题；同时，绿色智能开采、煤炭清洁高效转化、资源综合利用、重大灾害防控等对矿井提出更高要求。

以互联网和人工智能为代表的第四次工业革命[5]为传统的煤炭生产企业提供了结构优化的空间，实现煤、电、水、热等资源全要素、全煤流、全系统的应用，系统的解决新、老系统、新旧动能过渡期间面临的成本增加等问题，构建复合型矿井，促使企业转型升级。

1.3 煤炭设计行业为煤矿项目全生命周期服务的需要

随着双碳目标的提出[6]和煤炭供给侧结构改革的不断推进，煤炭设计企业结合自身优势，通过诊断找痛点→优化出效益→全生命周期增值服务→实现共赢→设计转型，煤炭设计企业从主要为矿井提供增量服务(建设煤矿)转变为提供存量服务(诊断优化)。在为煤矿提供全生命周期服务的过程中培育自己新的经济增长点，打造煤矿4S店，实现设计业务转型。

综上分析：煤炭企业应探索由单一的追逐高产量增加效益模式向降本增效，控险保安，低碳高效，高质量发展转变。煤炭勘察设计企业应探索一条由传统设计向矿井提供增值服务过程中，实现立足煤炭、延伸煤炭、超越煤炭的价值体现，实现共同发展的新道路。

2 系统诊断优化工作技术路线和工作方法

2.1 工作目标

生产矿井系统诊断优化与传统项目设计两者之间内在底层逻辑关系、脉络层次相差较大，其对比见表1。

表1 传统设计与诊断优化项目对比

诊断优化是探寻问题症结，发现问题、解决问题；最终目标是实现矿井安全、绿色、智能、可持续发展，煤炭行业高质量发展。

2.2 主要原则

1)坚持诊断为基础、优化出成果。站在宏观的角度，充分了解区域政策、社会环境、企业文化，理解企业关切，把握系统诊断优化的总体方向，切忌“浅尝辄止”，不系统、不全面、不深入；结合企业实际提炼制约矿井高质量发展的痛点、难点，切忌“头痛医头、脚痛医脚”，依据高质量的诊断，进行高质量的优化。

2)依靠先进技术集成做支撑，坚持一矿一策，多策并举，广视野全要素的开展会诊：坚持辩证眼光，通过表征现象来追溯产生问题的本源，拿出标本兼治的“药方”，一矿一策，多策并举，依靠先进的技术集成应用做支撑。

3)优化的前提是诊断的精准，优化的手段是在三比的基础上体现诊断的精准度和优化方案的实效性。“三比”具体是：一比先进技术成果的应用；二比先进管理实践；三比煤矿现状与预期。

2.3 技术路线

诊断优化采用技术路线：摸底调研熟悉系统→资料整理问题诊断→系统优化提出方案→多次对接整理成果→专家评审完善报告。

2.4 工作方法

采用“四重五步”工作法开展相关工作。四重：重现状(边界条件、背景条件)、重数据量化(先进可行)、重投入产出、重跟进评估。五步：定目标、明思路→找问题、抓痛点→探真相、究因果→提思路、做优化→做方案、重反馈。

3 新集公司系统诊断优化实践

结合新集公司发展规划和煤炭产业高质量发展的要求，对其所属煤矿开展系统诊断优化工作，全面提升新集一矿、新集二矿、刘庄煤矿、口孜东矿和板集煤矿安全、高效、智能化水平。

项目以解决重大问题为主线，贯彻全生命周期理念，历经5个阶段近两年时间，对系统环节分析评价，提出提质增效方案。

3.1 主要成果

系统诊断优化报告聚焦矿井的集约、高效、绿色、智能和安全，共取得15项重大优化成果，29项其他优化成果。

集约、高效：主要针对矿井开拓开采布局、采掘设备升级和生产系统优化，建设系统简洁、集约高效的生产矿井。

绿色：主要针对矸石、余热、矿井水循环利用，煤与瓦斯共采，建设绿色矿山[7]。

智能：主要针对矿井生产监控系统、矿井自动化、智能化等升级改造，建设智能化矿井[8]。

安全：主要针对矿井矿压、瓦斯、水害、防灭火和热害等进行治理，建设本质安全型矿井。

提效：主要针对能耗大、成本高系统进行优化，如井下增加TDS[9]、主、辅运输系统优化等等。

以新集一矿为例，主要通过生产布局调整、煤质提升、阜淮铁路煤柱开发和1号煤层开发(含本井田西区和连塘李井田)缓解采掘紧张、瓦斯治理等，实现矿井效益提升。

3.1.1 生产布局调整

历经三个阶段优化矿井生产布局。

1)生产系统简化阶段。维持矿井中央36采区、西部23采区两个采区的生产格局，逐渐将矿井副提升、运输、排水、抽采、注氮等配套系统由中央区集中至西区。优化系统，优先开采-550m西带式输送机大巷压覆及其浅部可采的优质资源。

2)生产布局调整阶段。中央区开采完毕，矿井整体进入西部双翼采区生产，形成一井一区一面生产模式。矿井中央区仅保留主运输、主提升及选煤厂、地面装车系统等设施，关闭中央风井设施及中央区井下充电硐室、爆炸材料库、井下变电所和与两区生产无关井巷，合计24673m。

3)提质增效阶段。利用矿井西部采区生产系统，统筹井田西翼和临近的连塘李井田-700～-970m煤炭资源开发(首先开采1号煤层)，增加西部开采范围，提高煤质和矿井经济效益。

3.1.2 煤质提升

1)暂停劣质煤开采。优先开采-550m西带式输送机大巷压覆及其浅部可采的优质资源，研究开采浅部阜淮铁路煤柱和井田西区1号煤层优质资源。

2)井下矸石采、选、充一体化。主井井底增加TDS智能选矸系统和阜淮铁路下煤柱充填开采系统，减少矿井矸石升井量，提高商品煤产量20万t/a以上。

3)煤炭加工利用系统。升级现有选煤厂系统，建设智能化选煤厂[10]，减少人员、提升效率；条件具备时将新集一矿、新集二矿两矿井选煤厂合并统一管理。

3.1.3 阜淮铁路煤柱开发

西翼铁路煤柱采用巷道充填开采方案，巷道掘进充填增加总利润1072万元/a。后期根据铁路功能调整安排，适时启动膏体充填采煤[11]和东翼铁路迁建工作。

3.1.4 1号煤层开发(井田西区和连塘李井田)

统筹矿井西区和连塘李井田开发，利用新集一矿西区生产系统，双翼开采布置，开发1号煤层优质资源，矿井盈利效果明显。

3.2 主要效益

1)生产布局优化简化。通过生产布局优化，新集一矿未来逐步形成了“一井一区一面”、西区双翼开采的布局，优化工作面布置，采用切顶卸压沿空留巷方式[12]优化接续，开拓、准备巷道量由目前的68700m逐步减少为41233m，减少27467m，减少工作面搬家倒面12次，巷道掘进和巷修队伍均可减少1～2个。

2)生产系统逐步简化。副提升、瓦斯抽采、注氮、通风系统逐步由两区同时运行转变为西区集中运行，矿井排水系统由4处简化为2处，矿井系统维护运行成本明显降低。

3)煤质提升效果明显。通过优化井下采场接替、煤矸分流[13]、地面装车系统、选煤厂集控改造等措施，矿井商品煤煤质提高5%以上。

4)瓦斯治理成效明显。采用新型封孔工艺，实验钻孔的平均瓦斯浓度由3.69%提高到12.54%，封孔长度15m减少至8～15m，封孔材料由水泥浆调整为水泥浆+添加剂或煤屑+添加剂，降低了封孔材料的成本。

5)预计矿井可实现扭亏为盈。① 减员增效明显：通过系列技术优化、自动化改造和劳动组织优化，预计矿井人员由目前的1715人减少为1458人，优化改造完成后，矿井全员工效提高了约30.77%，年均节省职工薪酬成本4241.00万元；② 经济效益明显：矿井自2018年复产以来持续亏损，经系统诊断优化，通过未来二十年利润预测，项目正常投产运行年，第1—10年，年均净利润1967万元；第10—20年，年均净利润3101万元。根据矿井生产统计数据，2021年矿井产量180万t，净利润1亿元以上。

4 结 论

新集公司所属矿井系统诊断优化工作，一方面，为煤矿提供增值服务，提高矿井安全保障能力、可持续发展能力，产品竞争力，助力高质量发展，打造先进产能；另一方面，系统总结了开展该项工作的目标、技术路线和工作方法，提出了开展该项工作过程中坚持的原则，对后续该项工作的开展指明了方向；第三，为煤矿提供全生命周期增值服务是煤炭行业迈入新时期，行业发展到新阶段企业的必然选择，是发挥各自优势，提高经济效益、实现可持续发展的必然选择。