麻地梁煤矿综放设备全生命周期管理研究与实践

2023-01-03吴劲松周宗业

中国煤炭 2022年7期

吴劲松，徐辉，阚磊，周宗业，周圆

(内蒙古智能煤炭有限责任公司麻地梁煤矿，内蒙古自治区鄂尔多斯市，017000)

我国以煤炭为主体的能源结构在相当长的时期内难以改变[1]。近年来，我国煤炭开采技术日趋成熟，煤炭开采信息化和智能化程度不断提高。采煤设备通过与自动控制、工业互联网、大数据、人工智能等技术深度融合，智能感知、智能决策和智能控制的智能化开采已成为煤炭安全高效开采的发展方向[2-5]。

大型智能综放设备(以下简称“综放设备”)在煤矿的应用大大提升了煤矿开采效率，然而，大多数煤矿企业在综放设备的管理上仍然采用较为传统的管理模式，设备全生命周期管理的理念[6]还没有形成，具体表现为综放设备在使用到一定周期后反复维修、故障率居高不下、出现安全隐患等问题，严重影响了企业的生产效率，增加了企业的生产成本。针对这些问题，提出了综放设备全生命周期管理的理念，并在麻地梁煤矿进行了具体实践。同时，建立了以煤矿设备数据库为基础的管理体系，构建了“管数据就是管设备、管设备就是管生产、管设备就是管安全”的管理模式[7]。

1 综放设备传统管理模式存在的问题及全生命周期管理理念的提出

1.1 综放设备传统管理模式存在的问题

在采用综放开采工艺正常回采完毕一个综放工作面后，综放设备需要升井大修，大修1次的成本约为新购置设备成本的35%，大修2次的成本总和接近新购置1套崭新的综放设备。综放设备传统管理模式以追求产量为目标，管理方式较为粗犷。综放设备入井后，操作人员存在凭借经验使用和维护设备，且在使用和维护设备时存在操作不恰当、不规范等现象；在保养设备时，存在目标性、针对性不强等问题，并且设备静态交接时的隐患难以被及时发现。综放设备传统管理模式最终导致检修班工作量较大，但是设备故障率却依然居高不下。此外，综放设备传统管理模式还使得矿井设备库存储了大量设备及备配件，导致库存资金的大量占用。

1.2 综放设备全生命周期管理理念的提出

综放设备全生命周期管理即对综放设备及备配件、易损耗材等进行全生命周期的数据分析，通过系统监测和预警，在设备、备配件、易损耗材的生命周期到期后，采取“以换代修”的方式对其进行主动更换。该管理模式能够保障综放设备具备完好的运行工况，降低设备故障率，规避矿井正常生产期间由于设备抢修带来的生产中断与安全隐患。

传感技术、数字技术、数据治理技术等在煤矿的广泛应用，能够实现综放设备运行状态的实时监测和使用寿命的全过程监控。利用大量传感器对综放设备进行数据采集，通过数据分析对综放设备进行可靠性和安全性评估，进而实现综放设备全生命周期管理，最大限度地减少设备无目的保养维护的检修状态，从而提高综放设备的工作效率，为取消检修班创造条件。

2 综放设备全生命周期管理的实施路径

2.1 数字化技术路径

当前信息技术的发展为矿井综放设备数字化监控与数据传输提供了技术路径，也开启了麻地梁煤矿综放设备全生命周期管理理念的实践探索。

2.1.1 数据采集是关键

麻地梁煤矿在综放设备采购招标时，就在采购合同及技术协议中对综放设备底层数据采集传感器、控制系统上传接口协议、设备与备配件全生命周期清单等提出明确要求，为下一步综放设备的数据采集、数据上传以及全生命周期管理打下基础。

2.1.2 智能检修系统

传感器对综放设备的运行工况进行数据采集，并将采集到的数据上传至综放设备智能检修系统数据库，可以实现如下功能。

(1)预警检修。当综放设备运行参数出现异常时，智能检修系统自动将预警信息推送至巡检工和生产单位班队长，确保及时对设备异常状态进行排查和处理。

(2)定期检修。对于综放设备周期性的保养工作，智能检修系统能够提前向生产单位班队长进行信息推送和提醒，若到期未对综放设备进行保养，则向上一级相关负责人继续推送通知。

(3)设备及备配件更换。基于家用轿车4S保养管理模式，当链轮、油脂、密封件、销轴、滤芯等设备及备配件即将达到规定的使用寿命时，及时对设备及备配件进行更换，以换代修，避免综放设备“带病”运行和过度运行造成的中断生产及安全隐患。比如刮板输送机的主要部件链轮和链条，假设链轮的设计使用寿命为3 500 h，通过数据监控，在链轮运行至3 300 h后，及时对其进行更换。假设链条的使用寿命为600万t过煤量，在达到580万t煤量时，也要对链条进行更换。

2.1.3 远程“会诊”系统

当综放设备突然出现故障时，若现场技术人员无法及时排查处理，可以立即启动由矿方技术员、矿方设备现场维修人员、设备厂家技术专家组成三方远程“会诊”系统，对设备现场状态、运行参数、历史曲线、后台程序等进行远程判断和问题解决。

2.2 设备维修、维护管理和考核机制创新路径

2.2.1 检修机制创新

数字化技术路径保障了综放设备检修的精准性和设备保养的可靠性，麻地梁煤矿实现了取消检修班和实行动态交接班的检修机制创新。

(1)取消检修班。按照“人人都是检修工”的管理思路，将检修班人员融入生产班。在生产过程中，以综放设备运行数据为基础，同步对综放设备进行动态巡检、预报预警、定期检修等精准检修工作，不仅能够有效提高检修效率，而且能够规避传统检修班静态检修带来的弊端。

(2)动态交接班。交接班由传统的系统停车、静态交接方式变革为数字确认、动态交接、不间断生产的方式，有效避免了原煤生产系统“一停、一启”带来的生产间断，保障了综放设备开机率。

2.2.2 管理机制创新

麻地梁煤矿对交接班进行管理机制创新，淡化单班产量和进尺考核，以综放设备完好(数据指标)作为交接班主要标准，不仅极大地提高了生产班队对综放设备保养和维护的重视程度，还有效地降低了综放设备的故障率。

2.2.3 考核机制创新

综放设备全生命周期管理必须依靠超前的管理理念和先进的数字技术双轮驱动方可实现。

(1)把综放设备运行效益提高的红利让利于基层职工，将传统的生产任务指标完成与工资挂钩的考核模式，变为设备完好率与工资挂钩的考核模式。

(2)在综放设备出现故障时，要求生产单位立即停止生产，并及时对综放设备进行检修处理，减少或取消了班中设备故障对生产影响的处罚，增强了基层管理干部职工维护设备的主动性与责任心。

3 综放设备全生命周期管理的应用实践

3.1 综放设备全生命周期管理历程

麻地梁煤矿综放设备全生命周期管理的探索实践是一个循序渐进、逐步完善的过程。

(1)2015年，麻地梁煤矿借鉴汽车工业“4S”的管理理念，开始实施对大型设备进行精准检修，实行菜单式检修和周期性台账管理，避免无计划检修造成的人力和材料浪费。

(2)2017年，麻地梁煤矿结合最前沿的网络通讯技术，通过优化矿井的网络系统，建成了万兆工业环网，形成了覆盖矿区井上下的信息高速公路，为设备数据集成、传输打下了坚实的基础。

(3)2018年，麻地梁煤矿在综放设备采购前期便将综放设备全生命周期管理理念融入招标中。与郑州煤矿机械集团股份有限公司、中煤张家口煤矿机械有限责任公司、天地科技股份有限公司上海分公司等国内知名综放设备生产厂商合作，进行了综放设备数字化升级改造，建成了综放设备数据库。

(4)2019年，麻地梁煤矿建成了综放设备全生命周期管理平台，实现了对综放设备数据的采集、归类、分析、提取和应用。

(5)2020年，麻地梁煤矿实现了智能预警、远程“会诊”、设备及备配件的全生命周期管理。

3.2 综放设备全生命周期管理应用效果

麻地梁煤矿经过近3 a对综放设备全生命周期的管理实践，取得了较好的经济效益和管理效益。

(1)经济效益。月度库存资金为600万～1 000万元，是周边同规模矿井的1/10，极大地减少了资金的占用。综放设备的备配件每年采购为600万～700万元，是周边同规模矿井的1/8。实现了设备“到期”更换代替设备的抢修和维修，最大限度地提高了设备的完好率和开机率，增加了企业的经济效益。

(2)管理效益。首先，综放设备全生命周期管理为矿井取消固定检修班提供了技术支撑，进而为后期的取消夜班提供了保障。不仅减少了人员投入，而且让检修工回归了正常的作息时间，实现了“尊重劳动者、以人为本、体面工作”的管理模式。其次，综放设备全生命周期管理将传统的依靠“资金维持”再生产升级为“数据驱动”再生产，变货币投入为数据赋能，减少了设备及备配件的库存量。第三，实现了煤矿生产的管理变革，探索出“管数据就是管设备，管设备就是管生产”的全新管理方式。第四，通过数据治理，实现了设备制造厂家与使用单位同步共管设备的良好管理生态，在全国率先实现了设备制造专家对设备的远程“会诊”。

4 综放设备两种管理模式对比分析

麻地梁煤矿首套综放设备通过设备全生命周期管理，已经在井下安全高效运行超过30个月，生产原煤1 300余万t，各种数据显示设备处于良好的运行状态。现以产量为500万t/a的现代化矿井为例，对综放设备传统管理模式和综放设备全生命周期管理模式进行比较分析，以综放工作面使用的液压支架为例，设备设计使用寿命一般为10 a，因此以10 a为一个生产时间段，按照回采5个综放工作面计算，对2种综放设备管理模式的经济效益进行分析。

4.1 传统管理模式经济效益分析

采用2套综放设备保障矿井一矿一面不间断生产，在10 a生产周期内产生以下费用：安装费用。一次外委队伍安装费用约950万元，10 a(5次)安装共计费用约4 750万元。拆除费用。一次外委队伍拆除费用约850万元，施工回撤联巷250 m产生费用约275万元，10 a(5次)拆除费用约5 625万元。其他费用。为了保障安全回撤综采支架，每个综放工作面影响45 m不放顶煤(顶煤厚8.5 m)，少回收煤炭资源12万t。5个综放工作面影响的煤炭资源以近年煤炭平均价约255元/t计算，总价值约15 300万元。上述3项相关经济费用10 a累计约为25 675万元。

4.2 综放设备全生命周期管理模式经济效益分析

采用3套综放设备保障矿井一矿一面不间断生产，在10 a生产周期内产生以下费用：安装费用。一次外委队伍安装费用约为950万元，10 a(3次)安装费用约为2 850万元。拆除费用。一次外委队伍拆除费用约为850万元，施工回撤联巷250 m产生费用约为275万元，10 a(2次)拆除费用约为2 250万元。其他费用。为保障安全回撤综采支架，每个综放工作面影响45 m不放顶煤(顶煤厚8.5 m)，少回收煤炭资源12万t。2个综放工作面影响的煤炭资源以近年煤炭坑口平均价255元/t计算，总价值约为6 120万元。上述3项费用10 a累计约为11 220万元，综放设备全生命周期管理模式10 a生产费用比综放设备传统管理模式产生的费用节省约1.45亿元。同时，综放设备不需要大修节省的资金用于购置新设备，有利于综放设备更新换代，促进煤矿智能化建设高质量发展。

下一步创新设想：1套完整的综放设备达到全生命周期中的寿命后，设备将不再升井，就地封闭。目前晋陕蒙地区大型现代化高产高效放顶煤矿井带来的安全问题尤为突出，如果实施就地封闭，一是可以避免井下有限空间作业下可能产生的安全隐患；二是可以减少综放工作面综放设备回撤而产生的近千万费用；三是可以设备残体换取煤炭资源(可多开采因传统综放工作面在回收作业前30 m采用“只采不放”回采工艺损失的约11.8万t煤炭资源)。