煤炭生產中全過程質量控制方法研究

邢志良

(山東科技大學經管系,山東 泰安 271000)

目前，工業工程(IE)在制造類企業中取得了長足的進展，但是在煤炭生產企業中的應用還處于起步階段。結合煤炭生產特點，以優質、高產、高效、低成本為目的，在保證生產安全的前提下，研究如何利用IE的原理和方法對煤炭生產系統進行優化，是目前迫切需要解決的問題。

目前，對于IE 在煤炭生產中的應用方面的研究，主要集中在IE的推廣和方法、利用基礎IE研究工時定額和采掘過程標準化，以及信息技術在生產中的應用等方面。對于如何利用IE的思想和方法去控制生產中煤炭質量問題，目前還缺乏研究。煤炭的生產過程包括開采、運輸和洗選三個主要生產環節。加強生產過程中對煤炭質量的控制，對于提高煤質、節約資源、提高效益具有重要的現實意義，應該給予充分重視。

1 煤炭生產中的質量控制指標分析

煤炭質量是指煤炭產品在自身形成和開采、加工過程中，所具有的、能夠滿足不同用戶需求的特征或特性的總和。據統計，我國煤炭平均利用率約在30%左右，其中一個重要的原因就是煤炭質量不高。煤炭燃燒時，煤炭質量越差，熱損失越多，熱效率也就越低，耗煤數量也越多。研究表明，煉焦煤的灰分降低1%，煉鐵的焦炭耗量降低2.66%，煉鐵焦比要降低3%，煉鐵高爐的利用系數可提高3.99%；合成氨生產使用洗選的無煙煤，可節煤20%；發電用煤灰分每增加1%，電廠的能源利用率就降低1%，發熱量下降200～360J/g，每度電的標準煤耗增加2～5g；高爐噴吹煤粉，灰分每降低1%，置換比將提高1.5%～2%，工業鍋爐和窯爐燃用洗選煤，熱效率可提高3%～8%。由于煤炭質量低所導致的浪費是隱性的，數量巨大，更需要給予充分的重視。

提高煤炭質量不僅能節約煤炭資源，還有利用環境資源的改善。煤炭洗選可脫除50%～80%的灰分、30%～40%的全硫。由于煤炭質量的提升，將會極大的降低排放的煙塵、SO2、氮化物等有害氣體。據估計，硫分含量每增加0.1%，燃燒1t煤造成環境損失，高估值為10.73元，低估值為4.71元。

表示煤炭質量的指標很多，但在生產中可控的指標主要是灰分、含矸率和水分。本文主要選擇了這三個指標，作為生產中質量控制的重點指標。

(1)灰分和含矸率指標

引入開采質量指數來分析煤炭資源的質量變化，并將其定義為灰分和含矸率的和：ρ=g+e。式中：ρ為開采質量指數；g為原煤灰分；e為原煤含矸率。ρ的大小將會影響開采中的回采率和洗選中的精煤洗出率，ρ越小說明原煤質量越高。

開采環節，原煤的低質量會對洗選環節產生明顯的影響，主要表現為開采環節不能為洗選提供符合要求的原煤，高的灰分和含矸率會影響精煤產出率。原煤含矸率e和灰分g對精煤產出率的影響較大，但具體的影響程度難以用數量準確表示，根據統計資料，可以近似認為g每增加1%，精煤產出率將降低0.5%左右，e增加1%，精煤產出率將降低0.8%～0.9%左右。g每增減1%，發熱量則相應降低或提高0.35～0.5MJ/kg，動力煤灰分g每增減1%，則影子價格相應降低或提高2.26%～3.23%。

煤炭回收率和開采質量指數ρ之間存在著一個反向關系，例如在放頂煤、薄煤層等開采中，提高工作面回采率，會導致煤炭中灰分和含矸率的上升，從而導致煤炭質量下降；同時，由于生產噸精煤所需的原煤量增加, 進而增加了選煤成本，降低了精煤利潤率。因此，要取得高的工作面回收率，必然會導致較高的質量指數；降低了質量指數，也會在一定程度上降低回采率。

(2)水分

原煤中的水分，分為內在水分、外在水分、結晶水和分解水。原煤中水分過大時，不利于加工、運輸等；燃燒時，會影響熱穩定性和熱傳導，降低燃燒熱效率；煉焦時，會降低焦產率和延長焦化周期，造成資源損失。

綜合精煤由塊精煤、末精煤、浮選精煤三部分組成，其水分的高低由各組成部分的比例和平均水分決定，其組成如表1所示。目前，我國綜合精煤水分含量一般在10%之上，有的甚至達到18%，低于美國、澳大利亞等先進國家的8%左右的水平。造成精煤水分較高的主要原因，是原煤中原生煤泥含量較高(這與開采中機械化水平提高有直接關系)和洗選工藝、設備落后。因此，在開采環節中，就要盡量降低開采中粉煤、灰分、矸石的含量；在洗選環節降低精煤水分。

表1 綜合精煤水分組成

2 煤炭生產中的全過程質量控制方法

煤炭生產工藝連續性強， 生產流程長而復雜，工序多且互相影響大，生產及管理過程涉及因素多，加大了生產中進行質量管理的難度。因此，煤炭企業質量控制必須從實際出發，建立包括采、掘、運、通及生產調度、煤炭洗選加工、運輸在內的高度協調的質量控制體系，強化其全過程、全環節的動態控制。

利用IE的思想和方法，在生產中提高煤炭質量的主要手段有兩個：一是優化開采環節的各道工序，降低灰分和含矸率；二是優化洗選環節的各道工序，提高精煤質量。全過程質量控制，就是要從生產過程中的每道工序的優化分析入手，將質量控制的觸角延伸到工序層次，尋求并消除存在的影響質量的主要因素。目前，煤炭企業質量控制點并未真正延伸到工序層次，未能將質控結果與過程管理進行有機結合，因此難以從根本上解決生產中的質量控制問題。而全過程質量控制方法，將質量控制的觸角真正延伸到了工序層次，強調了質量控制中人的作用，并將質控結果和過程管理進行了有機結合，有效的解決了生產中的質量控制問題。基于IE的全過程質量控制，主要包括以下幾個步驟：

(1)根據生產實際和經驗，合理選擇質量控制指標，兼顧成本和質量，確定科學的指標控制范圍。

(2)確定生產中的重點控制工序。工序質量控制是煤炭質量控制的重要內容。因各個工序在煤炭質量形成過程中的作用和地位存在差異，只有對其中的重點工序實施重點控制，方能取得事半功倍的效果。首先，必須確立質量控制的重點工序, 作為重點控制點。重點控制必須兼顧全工序的控制，保證其他工序不出現質量問題。

(3)確定影響煤炭質量的重點因素。從影響各個工序質量的人、機、料、法、環等因素著手， 認真分析產生工序質量的原因， 將質量控制追溯到流程的源頭，即從控制產生質量的因素入手來保證質量。只要把影響工序質量的因素控制好了，產品質量也就得到了保證。也就是說，要將對流程下游的控制轉變為對流程上游的控制，從對生產結果的控制轉變為對影響質量的因素控制。

(4)針對每道工序的重點因素，分別確定控制標準，形成質量控制標準文件。

(5)圍繞重點控制因素，制定相應的對策。

(6)實施并檢驗對策效果，將結果反饋到過程控制中，改進質控對策。

在全過程質量控制的人、機、料、法、環五大因素中，人是質量控制的主體，也是質量控制的重點。要從研究人的心理和行為入手，制定相應的策略來規范、約束人的行為。

3 煤炭生產中的全過程質量控制的內容

3.1 開采中對煤炭質量的控制

原煤質量取決于自然條件和采煤工藝，直接受到生產過程的影響。在相同的自然條件下，采用不同的采煤工藝將直接影響原煤質量。近年來，隨著開采機械化水平的提高和開采深度的加大，開采質量指數呈增大趨勢。在影響煤炭質量的諸多因素中，開采環節的因素占了70%以上，因此對煤炭質量的控制和提高，應該以開采環節為主。

在開采環節，當頂板破碎、存在夾矸、薄煤層開采、放頂煤開采、割煤機割頂或割底(底板巖性較軟或起伏變化大)的情況下，產生的矸石容易混入原煤，這是影響原煤質量的主要因素。

開采環節的開采方法，主要有炮采、普采、高檔普采、綜采、綜放等方式，每種方式的開采工序各不相同，但都包括五個主要的工序：落煤、裝煤、運煤、支護、采空區處理。例如，綜放工藝包括割煤、伸前伸縮梁(支護)、裝煤、移架、推前溜、放煤、運煤、拉后溜、割煤(二刀)、移架、推前溜、放煤、運煤、清理架間浮煤、拉后溜、移設端頭支護、超前支護、采空區處理、推移轉載機、給煤機進刀等18道工序，每個工序不同的進行方式，都會影響灰分和含矸率大小。因此，分析開采工序，尋找、確定主要工序作為質量控制點非常重要，現場中一般采用專家經驗法, 依據對產品質量、工程質量、安全生產的影響程度,確定出關鍵工序, 作為重點質控點(如拉溜、移架、超前支護等) 予以重點控制。重點控制也要兼顧全工序的控制，如對開采環節的控制，必需保證18個工序都要達到質量要求，最終才能保證開采環節的煤炭質量。

兼顧不同的采煤方法，以“破煤→裝煤→運煤→移溜→支護→采空區處理”六個主要工序為對象，來分析開采中影響質量的因素：

(1)落煤。落煤方式有爆破落煤和采煤機割煤兩種方式。爆破落煤中，對爆破參數(如炮眼的數量、裝藥量、炮眼角度等)的設置至關重要，如果爆破參數不當, 會把煤層連同頂底板矸石一同落下，增大了含矸率。同時，為了減少落煤損失，應該合理設計擋煤板的高度和角度。

對機采工作面要嚴格控制采高，防止割煤機割低或割頂。采煤機的割煤方式不同，會使原煤中灰分不同：單向割煤往返一刀時，若煤厚變化大，底板起伏不平，采煤機上行割底煤會割著底板；雙向割煤往返一刀時，上行時不能及時支護頂板, 若頂板條件差也會掉矸, 增加灰分和含矸率；雙向割煤往返兩刀時, 頂板能得到及時支護, 工作面漏矸少, 對提高煤質有利。工作面過斷層、破碎帶等時，還要采取特殊措施來防止矸石混入。

(2)裝煤。所有的采煤方式在裝煤時，影響煤炭質量的因素主要是：人工裝煤時，易將軟底板和底板泥砂也裝進刮板輸送機，增加煤的灰分，在裝煤時應盡量煤矸分裝。

(3)運煤。使用刮板輸送機運煤不容易造成夾矸和灰分的增加，但在一些急傾斜煤層工作面，如煤沿著底板自行滑落運輸, 容易將底板泥砂也帶入煤中，此時需要沿底板鋪上溜槽；有條件的工作面，要實行分裝分運以減少夾矸含量，并能提高洗選中精煤產出率；條件成熟的生產礦井，應優先考慮在井下設置優劣質煤倉，煤、矸走同一系統時,須在走矸后進行全面清矸后方可走煤；各環節清出的煤泥不得混入煤流中運輸,須獨立運輸以防止影響煤質，井下各煤眼、煤倉必須嚴格管理,嚴禁浮煤、矸石、煤泥等雜物進入。

(4)移溜。在推移刮板機前, 應先平整靠近煤壁處的底板,不能強行推移輸送機，防止推移過程中將底板泥砂刮進煤中。

(5)工作面支護。落煤后，特別是頂板較破碎時，上方頂板容易掉矸混入煤中，落煤后需要及時采取合適的支護措施。同時，工作面支架的布置方式也會影響含矸率，綜采液壓支架應互相靠攏, 并打開側護板，假頂下采煤主要是管理好破碎頂板, 處理好漏矸問題，及時補網、支護等。

(6)采空區處理。充填法處理采空區比垮落法更有利于提高煤質，在單體支柱工作面(采用炮采、普采和高檔普采的工作面)回柱時，應先下后上順序進行，并做好擋矸工作，這樣可減少回柱時向工作面掉落矸石；支架(綜采、綜放工作面)前移時，要注意防止刮擦凹凸不平的工作面頂板，增大灰分，對于破碎的頂板采用掩護式支架有利于夾矸混入。

3.2 洗選中對煤炭質量的控制

選煤是提高煤炭質量的最重要手段，其質量管理尤其重要。選煤過程主要是對產品粒度、灰分、全水分以及雜物含量進行全過程管理。

根據美國、澳大利亞等洗煤先進國家的經驗，煤質控制一般采用以下主要措施：①產品粒度一般采用篩分和破碎控制。原煤進行分級后，篩上物進行破碎或進入機械排矸處理，要嚴格控制入洗原煤粒度和混煤上限；精煤入倉前進行二次破碎，確保粒度要求。②產品灰分主要靠分選設備(跳汰機) 控制。可在產品膠帶機上安裝了在線測灰儀，如產品灰分超出正常范圍則需要進行操作調整。③脫水：跳汰機選出的精煤產品，用弧形篩、振動脫水篩進行預先脫水，末精煤再用離心脫水機進行最終脫水。④除雜：在毛煤、入原煤倉、入洗、洗后、入產品倉、裝車等多道工序進行除雜，對不同的雜質采用不同的設備除雜，例如安裝除鐵器除去鐵器雜物，水力除雜機除去木類等軟雜質。

4 結論

生產中的煤炭質量控制是一項復雜的工作，需要進行全過程、全工序的進行重點控制。本文從分析生產中質量控制重點指標入手，建立了基于現代IE理論的全過程質量控制方法，以“破煤→裝煤→運煤→移溜→支護→采空區處理”六個主要工序為對象，分析了開采中全過程控制內容，成功的將IE的思想和方法應用于生產過程中煤炭質量的控制，將質量控制的觸角真正延伸到了工序層面，從根本上實現對煤炭生產質量的全過程控制，對企業的生產實踐具有積極的實際意義。

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