矿井生产无差别效率理论研究及应用_蒋学明.pdf

2020年第11期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-09-07修回日期 2020-09-09 作者简介 蒋学明 （1974-） ， 男 （汉族） ， 宁夏银川人， 高级工程师， 注册安全工程师， 现从事矿井安全生产技术管理工作。 矿井生产无差别效率理论研究及应用 蒋学明* （国家能源集团宁夏煤业公司生产技术部， 宁夏 银川 750001） 摘要 为制定一套可行且适用于全行业的矿井生产效率计算及判别理论体系， 以壁式综采面为研 究单元， 在忽视煤层赋存条件、 回采工艺、 技术设备等主客观条件下， 提出矿井生产 “无差别效率” 的 概念， 实现矿井生产效率由产量， 进而由工作面回采面积作为衡量指标的过渡。结合各矿实际情况， 提出将影响矿井生产效率的主要因素以修正系数的方式实时反映到 “无差别效率” 的计算过程中， 最 终得到适用于不同矿井地质条件、 人文条件及工作条件的矿井综合无差别效率计算公式。该理论不 仅提供了一套可行的生产效率计算理论， 同时综合各影响因素， 实现对矿井生产效率的较准确、 全方 位把控， 为进一步编制矿井生产计划、 缩减成本、 提升效益、 充分发挥员工劳动价值等提供理论指 导。通过实际案例对比分析验证了该理论具有一定的可行性。 关键词 无差别效率； 修正系数； 影响因素 中图分类号 TD82 文献标识码 B 文章编号 1004-5716202011-0192-04 建设高产高效矿井是煤炭企业在社会主义市场经 济条件下实现经济增长、 促进煤炭产业的优化升级、 推 进矿井现代化建设的重要途径， 已成为矿井建设追求 的首要目标。“双高” 之一为高产， 也即高产量， 然而在 复杂的矿井生产条件下， 很难采用某一项指标综合反 映矿井 “双高” 之高效性。 为研究矿井生产效率的衡量方法， 首先假设各矿 井地质条件、 煤层赋存状况、 技术装备、 回采产量所投 入的成本、 人员素质、 组织管理、 考核体系等主、 客观条 件均相同的情况下， 矿井高效将以矿井产量来衡量， 高 产即高效， 产量越高， 矿井生产效率也越好。其次从矿 井产量为出发点， 得出壁式综采面产量仅以工作面回 采面积大小来确定， 当工作面回采面积大时， 矿井的产 量随之提高， 而在忽视一切主客观条件差异时回采面 积总是相等的 （工作面长度工作面推进度） 。 由此可知， 在忽视一切主客观条件差异时矿井生 产效率由回采面积决定。回采面积一致时， 矿井生产 效率也相同， 将这一理论上存在的特殊矿井生产效率 称为 “无差别效率” 。以 “无差别效率” 为基础值， 通过 结合各矿实际情况， 将影响矿井产量的主要因素通过 编制计算机程序， 以修正系数的方式实时反映到 “无差 别效率” 的计算过程中， 最终得到适用于不同矿井地质 条件、 人文条件及工作条件的矿井综合无差别效率计 算公式， 从而为煤矿提供了一套可行的矿井生产效率 计算理论。 1无差别效率的提出 在煤矿生产中， 排除所有影响矿井产量的因素， 即 自然条件、 设备条件、 人员素质、 管理水平等所有开采 条件均相同的情况下， 按照壁式采煤法开采的工作面， 如果效率相同， 那么各煤矿开采的形状都是矩形， 其开 采的面积也应该相同， 这种现象称之为 “无差别效率” ， 无差别效率可以用以下公式表示 SLW 式中 S回采面积， m2； L工作面长度， m； W工作面推进度， m。 在无差别效率的状态下， A煤矿、 B煤矿、 C煤矿的 自然条件、 设备条件及人员素质条件均相同， 那么他们 的开采效率应该相同。即 LaWaLbWb LcWc Sa（m2） Sb（m2） Sc（m2） 根据无差别效率可以得出， 在同等开采条件下， 开 采的面积越大效率越高。例如， 在同等开采条件下， A 煤矿开采的面积为B煤矿开采面积的1.2倍， 那么可以 192 ChaoXing 2020年第11期西部探矿工程 得出A煤矿的生产效率即是B煤矿的1.2倍， 员工劳动 价值也应该是B的1.2倍， 由此， 可以衍生出矿井多个 无差别公式 矿井年度无差别效率S年LW （m2） ； 矿井月度无差别效率S月 LW M （m2） ， M为累计 月数； 1工作面无差别效率S1面L1W1（m2） ； 2工作面无差别效率S2面L2W2（m2） ； 1工作面直接工效S1 直 L1W1 P1 （m2/a） ， P1为综 采队人数； 矿井综采队无差别工效S综 LW N （m2/a） ， N为 综采队数量； 矿井无差别工效S矿 LW P3 （m2/a） ， P3为矿井总 人数。 2无差别效率的修正 在正常开采情况下， 必须考虑到各种因素的影响， 受到不同因素影响的状态称之为 “有差别效率” ， 为了 确保无差别与有差别无线接近， 利用微分求极限的思 路， 得到 “无差别效率” 和 “有差别效率” 之间的换算关 系式 S无∑kS有 从而可得 S无k1S1k2S2k3S3k4S4k5S5， knSn （m2） 式中 S1、 S2、 S3、 S4、 S5， ， Sn各影响因素效率， m2； k1、 k2、 k3、 k4、 k5， ， kn各影响因素修正系数。 例如， 某矿无差别效率为10000m2， 其中3m采高影 响系数为1、 采高效率为6000m2； 1.5m采高影响系数为 2、 采高效率为500m2； 2.5m采高影响系数为3、 采高效 率为1000m2。则该矿无差别效率为 S无差别1S3m采高2S1.5m采高3S2.3m采高 带入数值即 S无10000m216000m2 2500m2 31000m2 修正系数k的确定需要考虑以下几个方面 （1） 历年大数据分析。以历年各矿井地质条件、 设 备使用情况、 劳动组织等数据为依托的生产效率统计， 使用统计学进行分析， 得出各因素影响程度， 设定为k。 （2） 同工作面不同条件对比。工作面不同区段不 同倾角、 不同地质参数的修正系数。例如， 1工作面正 常推进为每天10个循环， 而在过断层期间， 每天推进 5个循环， 则修正系数k为正常推进情况下的2倍， 即S 正常2S过断层； 同样的， 使用国产设备系数为1， 使用进口 设备为0.9， 设备大修1次， 系数可取1.05， 大修2次可 取1.1， 具体修正系数由上一年度实际生产情况进行修 订。 （3） 相邻矿井生产情况对比。例如， B煤矿和C煤 矿为相邻矿井， 开采同一煤层时， 每天循环数不同， B 煤矿每天回采10个循环， C煤矿每天回采5个循环， 自 然可以推断出B煤矿的生产效率是C煤矿的2倍， 劳动 价值也应该是C煤矿的2倍。公式表示为 SB2SC。 （4） 相似条件生产情况对比。例如， 1工作面和2 工作面在设备使用， 人员配置、 地质条件相似， 1工作 面每天回采10个循环， 2工作面回采5个循环， 那么1 工作面的工作效率就是2工作面的2倍。公式表示为 S12S2。 通过融入所有影响因素的修正系数， 则可以得出 最为真实的生产效率。由此可知， 对矿井产量的因素 分析的越细， 得到的矿井生产无差别效率也越准确、 越 科学。 3无差别效率公式简化 在实际应用过程中， 由于修正工作不能细化到细 枝末节， 不可能给出无数个k值， 否则将使工作开展起 来非常困难。为了简化无差别效益的计算公式且便于 实施， 通过对多个工作面及矿井的不同因素、 不同条件 进行统计、 分析、 归类， 把矿井进行分级， 根据分级制定 对应修正系数， 如表1所列。 表1矿井分级修正系数表 矿井等级 1级 2级 3级 修正系数 1 1.1 1.2 则在实际应用中， 根据各矿实际情况按照表1进行 套算。简化了无差别计算环节， 可以简单计算出不同 条件下的无差别效率。 4无效无差别效率归纳 在煤矿生产过程中， 不是所有人、 所有时间都在从 事采煤工作， 我们可以将采煤以外的工作称之为无差 别无效效率， 无差别效率经过修正后， 会出现无差别效 率相同、 有差别效率不同的情况。例如， 以A煤矿的一 193 ChaoXing 2020年第11期西部探矿工程 个采煤区队和B煤矿的一个采煤区队进行比较， 他们 一年的生产效率都是1000m2， 但是在年终指标核算过 程中， B煤矿无差别效率为800m2， 究其原因， B煤矿由 于在本年度有一个工作面需要回撤， 期间需要施工回 撤通道、 铺网、 回收， 在这种情况下， 无差别效率800m2， 也就是说A煤矿的无差别效率是100， B煤矿的无差 别效率为80。公式表示为 SA（有效无效）SB有效SB无效 SA（1000m2）SB有效（800m2）SB无效（200m2） 对于一个矿井， 除了直接参与采煤的有效效率， 还 存在诸如掘进、 回撤、 辅助、 机关、 安装等不直接参与采 煤的无效效率。 SxSx有效 Sx掘进Sx回撤Sx辅助Sx机关Sx安装 对于这种无效效率， 应该按照人数计算出无差别 效率乘以修正系数核算出劳动价值， 归结到无差别效 率体系中进行分析， 无差别效率低的矿井， 我们可以分 析出原因， 再根据原因制定相应措施， 减少无效效率。 例如， 将10m2断面的掘进工作面每掘进1m取系数1， 对于5m2断面的掘进工作面每掘进1m系数则可以取为 2， 两者之间的关系可以换算为 S10m22S5m2 同理， 炮掘工作面和综掘工作面之间的关系可以 换算为 S炮掘100m0.25S综400m 利用这种无差别效率可以反算各种状况， 如A矿 完成无差别效率1000m2， 未核算在内人数为300人， B 矿完成无差别效率1000m2， 未核算在内人数为100人， 那么可以判定A矿的无效人员是B矿的3倍。公式表 示为 Sa无效3Sb无效 在实际的管理中， 这些没有直接参与生产指标的 人员， 仍然创造了劳动价值， 我们把这些无参与的劳动 价值按照比例进行配比， 核算出那些岗位应该精简和 加强。 5应用案例 为了更为直观反映无差别效率的数值， 以A煤矿 和B煤矿为例， 通过对两个矿井进行无差别效率核算 和对比， 检查其投入是否与劳动价值相符。 A煤矿全年完成产量1000104t， B煤矿全年完成 产量400104t。则 SA理论KALAWAKA1000 SB理论KBLBWBKB400 人员修正系数A矿全矿职工人数为1500人， 参与采掘作业人数1200人， B矿全矿职工人数为500 人， 参与采掘作业人数420人， 经过大数据分析总结， A 矿人数修正系数为0.4， B矿人数修正系数为2.0； 条件修正系数A矿地质条件为简单型、 水文 地质条件中等， B矿地质条件为复杂型、 水文地质条件 为极复杂型； 经过大数据分析总结， A矿条件修正系数 为0.5， B矿条件修正系数为2.0； 设备修正系数A矿采用刚配套成套设备， B矿 采用半成新成套设备， 经过大数据分析总结， A矿设备 修正系数为0.5， B矿设备修正系数为2； 其他修正系数A矿生产系统复杂、 组织庞大、 管理环节多， B矿作为新矿组织结构简单、 系统简单， 经过大数据分析总结， A矿其他因素修正系数为1.5， B 矿设备修正系数为1.0。 根据上述修正系数， 则A矿无差别效率为 SA （0.40.50.51.1） 10002500 SB （2.0221.0） 4002800 经过无差别效率修正核算， 很直观地发现A矿虽 然产量高但是无差别效率确很低， B矿虽然产量低但 是无差别效率高。说明B矿整体运营状况比A矿好， A 矿还存在很大优化空间， 产量目标还可以进一步提高、 生产经营指标可以进一步优化。 6结论 通过对同一煤矿内区队进行比较、 再将范围扩大 至不同区域的煤炭单位进行比较， 采集各项数据进行 统计、 分析确定普遍系数， 这个系数可以更全面地覆盖 和应用于全国所有的煤矿， 将其制作为参考系， 将各个 煤矿的实际生产因素与参考系进行对比划分等级， 可 以计算出该煤矿的实际生产效率， 也可以为一个新建 煤矿制定一个合理的生产任务计划。反之， 各基层、 各 煤矿、 各集团、 全行业， 可以相互按照系数进行对标， 精 准找出差别并做出调整， 从而实现无差别效率管理。 在实际生产过程中， 根据各项指标的变化不断地修正 煤矿生产级别， 合理地配置资源最终实现高效生产。 按照无差别效率划定计划产量、 计算最终生产效益， 在 生产过程中也能通过无差别效率管理及时发现基层区 队、 矿井存在的问题， 并发出预警。按照无差别效率管 理体系的理念和设计思路， 编制成软件， 将复杂的计算 和统计分析交给电脑， 我们只需要将矿井的基本参数 输入电脑， 由电脑对照参考系进行分级， 直接确定出矿 井的生产经营指标情况、 人员配置等。 （下转第197页） 194 ChaoXing 2020年第11期西部探矿工程 为防人员跌落的防护网。 （4） 将充填袋四角悬挂在顶板上， 充填进料口及充 气口在最高处， 对顶板及两帮锚索进行包裹。充填袋 自由面用5根2.5吋钢管进行防护， 钢管垂直巷道中线 自上而下水平间隔布置， 间距0.8m， 钢管两端需深入煤 帮0.5m并固定牢固， 钢管与充填袋之间背设50mm厚 的木板， 确保注浆时充填袋不外鼓破裂。 （5） 注浆前， 用压风对充填袋充气， 使充填袋完全 展开， 注浆期间保持压风。 （6） 每个充填袋首次注浆充填时， 充填高度不易超 过充填袋高度的1/3， 确保充填袋底层不出现坠兜现 象， 上部充填速度可适当加快。 3结论 3.1安全效果 在充填区域超前支护段均匀安装6台单体支柱测 压仪， 编号为 1～6。单体柱工作阻力观测数据为 7.3～23.5MPa， 远超绞木垛时的单体柱工作阻力。端 头支护单体柱初撑力满足不小于11.5MPa的要求， 未 出现顶梁失稳现象， 工作面下隅角安全状况得以大幅 提升。见图3。 图3充填后支护效果图 随着工作面推进， 充填体进入采空区后呈块状体 偏转下落， 即充填体工作面侧在移架后先下落。 3.2经济效果 1112综采工作面按照下顺槽沿顶板回采， 每米多 留三角煤量120t， 以剩余回采长度270m计算， 工作面 丢煤32400t。采用沿底回采顶部充填工艺， 扣除充填 期间所用材料费210万元， 还可增收2095万元。 3.3建议 （1） 采用人工卧底刷帮， 工作效率低， 影响综采工 作面快速高效推进， 可推广使用巷道挖底机。 （2） 现有制浆设备功率低、 输浆距离短、 人工运料 距离远等不足， 应考虑制浆设备功率提升， 实现远距离 制浆输浆。 （3） 架棚及搭设工作平台效率低， 可考虑加工平台 成品， 提高工作效率， 并能够循环利用降低成本。 参考文献 [1]王家臣.我国厚煤层开采技术新进展[C]//第七次煤炭科学技 术大会文集， 北京 煤炭工业出版社， 2011 248-254. [2]孟宪锐， 温星星， 高洋.厚煤层开采方法的选择原则与现状 [C]//煤炭开采新理论与新技术， 新疆 中国煤炭学会开采专 业委员会文集， 2012 37-45. [3]李运华.厚煤层综采工作面回收底三角煤工艺[J].河北煤炭， 2007 （2） 35-36. [4]李有春,综放工作面巷旁充填沿空留巷支护技术研究[J].山 西煤炭,2018,38221-24. [5]邢福康， 蔡坫， 刘玉堂， 等.煤矿支护手册[M].煤炭工业出版 社， 2012. [6]王学， 潘泽勇.高水材料巷旁充填技术在安益煤业的应用[J]. 能源与环保， 2019， 41 （6） 140-146. （上接第194页） 参考文献 [1]冯锡文.矿井井下照明设计与工效研究[J].煤炭工程师,1998 42-4， 52. [2]吴桂义,高以谋,况礼澄.矿井开采工作面产量与工效预测的 神经网络模型[J].贵州工业大学学报,1998385-90. [3]毛勇.矿井产量、 工效指标合理确定的分析[J].徐煤科技, 1997313-14. [4]王志亮,张跃兵.煤矿生产能力核定指标体系的研究[J].煤炭 工程,200811113-115. [5]王志亮,徐景德,张莉聪.煤矿生产能力核定计算方法的优化 研究[J].矿业安全与环保,2009,36168-71. [6]胡沛,唐明亮.地质复杂矿井实现达产的探讨[J].江西煤炭科 技,2003413-14. [7]左秀峰,张先尘,王玉浚,屠世浩,张东生.生产矿井持续生产 能力的研究[J].中国矿业大学学报,2002264-67. [8]陈于恒,孙建明,章毛平. “三下” 采煤优化决策系统的探讨[J]. 煤炭经济研究,19911256-57. 197 ChaoXing