同煤集團千萬噸級礦井群建設開發模式研究

郭金剛

(大同煤礦集團有限責任公司，山西 大同 037003)

2015年大同煤礦集團公司(簡稱同煤集團)提出新的千萬噸礦井定義，指出千萬噸級礦井建設即基于可持續發展、綠色礦山建設與循環經濟理論提出的以安全高效綠色開發為核心，以安全生產為前提，以環境保護為制約，以社會、經濟效益最大化為目的，由三個及以上年產量不低于10 Mt的礦井組成，其礦井采用兩種及以上開拓方式或開采方法，由統一部門對礦井資源集中管理的千萬噸級礦井集群。該定義精確了千萬噸級礦井內涵，著重突出符合可持續發展、綠色礦山建設與循環經濟理論是千萬噸級礦井集群的重要標志，體現了我國煤炭工業對礦井認識的進一步提升。根據這一定義，千萬噸級礦井除在產量上不低于1 000萬t，還應滿足安全生產、環保高效、經濟社會效益最大化三個現代化高效礦井所必須具備的特點，是同煤集團建設千萬噸礦井一直奉行的理念，也為千萬噸級礦井未來發展指明道路。

1　千萬噸級礦井建設是煤炭行業必由之路

現階段，煤炭的需求量不斷增加，煤炭產業正處于高速發展階段。我國煤炭的產業結構和工業技術經過調整改造后，市場集中度和競爭力有所提高。但煤炭產業在發展過程中“重產量、輕規劃”，后續發展暴露出以下問題：一是人力資源結構失衡，長期以來，我國對煤炭行業認識的局限性造成了煤炭增產僅僅通過增加勞動力的方式來實現[1]，導致我國煤炭企業員工數量高于國外同等規模煤炭企業員工數量，人力資源冗余；二是勞動率較低，按照2015年中國煤炭產量37.5億t、煤炭行業從業人員600萬人來計算的話，中國煤炭行業整體人均煤炭年產量為630 t，而發達國家為1萬t，僅相當于發達國家的6.3%；三是盈利空間較小，我國煤炭企業噸煤成本較高，據煤炭工業協會調查數據顯示，我國煤炭產量在行業占比69.4%的90家大型煤企在2015年前11個月企業利潤只有51.3億元，利潤同比減少500億元。煤炭企業虧損已經成為煤炭行業發展所面臨的最為嚴峻的問題[3]；四是安全水平較低，相比其他產煤國家，美國是世界第二大產煤國，百萬噸死亡率長期保持在0.1以下，近幾年該數值更是在0.03左右，是中國的四十分之一[4]。

針對煤炭行業面臨的以上諸多問題，煤炭企業在政府的引導下，積極尋求突破，在新時代背景下開辟產業發展的新道路，煤炭行業呈現新的發展趨勢。首先，煤炭行業由勞動密集型向技術密集型轉變。隨著科技進步及煤炭開采思路的變革，煤炭工業由人工挖煤向機械綜采進行轉變；煤炭技術由低水平向“高精尖”轉變，信息技術正在向煤炭行業逐漸滲透。其次，小型煤炭集團向大型能源集團發展。為實現可持續發展，我國主要產煤大省進行煤炭企業的兼并重組，煤炭產業結構發生了重要轉變：產能由分散轉向集中，煤炭發展更注重集約化、現代化；產業鏈由中游轉向中下游，充分延伸煤炭產業鏈，實現了煤炭從能源到資源的轉化；礦山建設由黑色轉向綠色，顯示出煤炭行業結構由能源到資源的轉換。最后，礦井由十萬噸級向千萬噸級轉變。根據2017年中國工程院組織的“煤炭科學產能”數據調查結果顯示(圖1)，煤礦的科學產能總分與礦井生產能力具有正相關性，我國在產的千萬噸級礦井在“煤炭科學產能”中的三個最重要指標——安全指標、高效指標、綠色指標得分普遍高于十萬噸級、百萬噸級礦井，這充分證明了千萬噸級礦井更具有的安全、高效、綠色屬性。發展大礦井、建設千萬噸級礦井是我國煤炭工業提質增效的必由之路。

圖1　2017年科學產能百強礦產能與 科學產能總分關系圖(資料來源：2017煤炭科學產能數據調查)

2　千萬噸礦井建設的難點

千萬噸級礦井的設計、建設是一個復雜的系統工程，煤炭開采生產既受煤層賦存情況、地質構造、水文條件、瓦斯含量等自然條件與機械化水平、生產管理組織結構等企業條件的內在因素的約束，同時也受市場環境、外運通道、企業競爭和地企關系等外部條件影響，以上種種因素都會影響煤田是否具有生產千萬噸能力。

2.1　老礦區建設千萬噸級礦井的難點

同煤集團大同礦區為雙系煤田，即侏羅系煤田系和石炭二疊系煤系重疊賦存。由于大幅度開采，侏羅系煤田已全部開采利用，沒有建新井的可能性。為穩定生產，同煤集團提出對現有侏羅系煤層精采細采，同時推進石炭系煤層平穩過渡交替。由于多個礦井同時開采侏羅系煤層群，突破上部已有礦井開采的條件限制，對技術要求高，形成完全獨立的資源開發體系較困難，主要難點表現為以下幾方面。

1) 近距離煤層群聯合開采。近距離煤層群聯合開采。在近距離煤層條件下,由于上部煤層的開采，下部煤層頂板將會受損破壞,且下部工作面巷道的礦壓將因上部煤層開采殘留煤柱集中應力的影響而加劇。

2) 強礦壓顯現、巖層壓力。大同礦區石炭系特厚煤層綜放開采具有強礦壓顯現規律。開采過程中出現了頂板不易垮落、沖擊載荷顯現、動載系數大，嚴重時出現了沖擊地壓等動力現象。

3) 大斷面掘進與巷道支護。大同礦區煤層厚度較大，由于千萬噸級礦井開采強度較大，塔山煤礦、同忻煤礦等均采用大采高綜放開采技術，為滿足設備運輸和通風要求，需擴大巷道掘進斷面，由此增加了巷道支護困難程度。

4) 覆巖縱向大結構破壞。由于特厚煤層、雙系兩硬的特殊條件，開采石炭二疊系煤層的同忻煤礦在生產過程中多次遇到了上覆巖層大結構破壞導致的強烈的礦壓顯現，阻礙高產高效生產同時也對井下人員安全有著巨大威脅。

5) 井筒穿越采空區施工困難。在穿越采空區的井筒施工領域，目前還未有成熟的理論技術體系支撐，對巖層移動變形規律及其對井筒穩定性的影響機理尚未完全掌握，造成施工困難。

6) 巷道橫向運輸與礦井提升運輸。主井皮帶輸送機擔負著礦井運輸的艱巨任務，是礦井高效生產的主動脈，但千萬噸級礦井生產壓力大，允許檢修時間短，膠帶更換工作面臨工期短、任務重的雙重難題。

7) 大斷面復雜硐室軟弱圍巖控制。隨著采掘深度的加深，深部軟巖問題將日益突出，而軟巖巷道圍巖控制問題尤其是大斷面復雜硐室軟弱圍巖控制依然是目前世界礦建行業的難題。

2.2　外部建設影響條件與制約因素

千萬噸級礦井的建設遇到的難點不僅在于礦井自身的建設方面，外部環境條件也對其產生了一定的制約。

市場環境嚴峻。受經濟減速、結構調整的影響，能源消耗增速相對減緩，煤炭市場出現價格下滑、銷售不暢、回款困難等問題。與此同時，用戶結構單一、轉型產業發展相對緩慢、人力資源結構失衡等問題也阻礙了同煤集團的發展。

企業競爭激烈。煤炭經濟下行，市場需求逐漸縮小導致了煤炭市場內各大企業的競爭越發激烈。通過與國內大型煤炭企業進行對比，可以看出同煤集團綜合實力高于淮南礦業集團，遠低于神華集團，與中國中煤能源集團有限公司相比稍低。目前煤炭行業強手林立，競爭日趨激烈。

3　同煤千萬噸礦井整體規劃建設模式

2001年起，以神華神東煤炭集團公司大柳塔煤礦為代表開辟了我國千萬噸級礦井建設的先河，形成了具有“神東特色”的以大柳塔煤礦、榆家梁煤礦為代表的神東模式；2003年，兗礦集團的濟寧三號井作為千萬噸級立井煤礦首例為煤炭行業所標榜；隨后，中國中煤能源集團有限公司安家嶺煤礦步入千萬噸級礦井的行列，開創“平朔模式”；同煤集團塔山煤礦緊緊隨其后，積極探索發展具有同煤特色的千萬噸級礦井建設開發模式。將同煤集團千萬噸級礦井建設模式與神東模式、平朔模式進行比較，見表1。

表1　千萬噸級礦井群建設開發模式比較

基于對國內外千萬噸級礦井建設的分析，歷經技術突破、管理體制改革創新的沉淀，同煤集團不斷克服自身條件限制，因地制宜，深入貫徹千萬噸級礦井理念，積極創新千萬噸級礦井開發模式，針對不同煤層賦存情況[5]，形成了雙系煤田(如塔山煤礦、同忻煤礦)、整裝煤田(如麻家梁煤礦)、整合礦井(如鐵峰煤礦)等三種開發模式。

3.1　雙系煤田礦井建設模式

煤炭企業的可持續發展的基礎是合理開發石炭二疊系煤田資源。同煤集團建立大型煤電能源企業的重要措施是建設現代化高產高效特大型礦井，首建的塔山煤礦，資源回收率高達85%以上；采用先進的大功率采煤機，運行平穩性得到提升[6]；配備現代化的安全監測、監控系統，實現實時監測和遠程集中監控。通過7年多的開發，塔山煤礦變革傳統煤業的發展道路，積極突破創新大型安全高效礦井建設的發展模式。

3.1.1雙系煤田礦井建設基礎

同煤集團塔山煤礦在考慮資源賦存條件的前提下，以人才、資金、技術及裝備等條件為基礎，以同煤集團雄厚的資金力量為支撐，以高新技術為保障[7]，利用雙系煤田礦井建設模式，建設成為特大型現代化礦井，建設成為現代化安全高效礦井。

3.1.2雙系煤田礦井建設模式

塔山煤礦作為目前國內生產能力最大的井工礦井[8]，塔山煤礦的建設基礎、設計理念、開發條件、開采方法及創新技術形成了同煤雙系煤田礦井建設的獨特模式(圖2)。

圖2　塔山礦井建設模式示意圖

塔山煤礦設計理念創新。塔山煤礦建設設計理念打破常規思路，跳出思維定式，從觀念上尋求新的突破。塔山煤礦改革傳統礦井設計，在煤層露頭平原處布置工業場地，平硐開拓，采用帶式輸送機直接搭接、不設緩沖環節主運輸和無軌膠輪輔助運輸，以及充分利用現有工業場地分區開鑿風井，使礦井形成集中出煤、集中運輸設備及材料、分區通風的分區開拓布局，為大型現代化礦井的建設提供了系統保障。

塔山煤礦開采方式創新。由于煤層厚度較大，塔山煤礦為克服井工開采存在的煤層上部送巷難、頂板控制難等困境,創新提出“一綜放采全高”的開采方式以實現雙系煤田礦井建設中的開采環節的正常乃至高效地實施。

塔山煤礦建設技術創新。塔山煤礦開創TBM系統施工技術，提高了建設效率，早于原計劃一年投產。同時在礦井建設中創造應用到的冒落松散煤巖體中大斷面巷道再造技術等均是塔山煤礦根據理論基礎結合實際情況進行的創新與應用，為雙系煤田的建設開辟了嶄新的道路。

3.2　整裝煤田礦井建設模式

同煤集團依靠科技創新，采用先進的技術與設備，運用高效科學的建設模式對整裝煤田進行合理開發，其中麻家梁煤礦井建設中的探索，代表著同煤集團乃至整個行業對整裝煤田建設開采模式的探索與實踐[9]。

資源賦存條件優勢。麻家梁煤礦煤層資源量比較集中，全井田資源量445 340萬t，儲量豐富，構造簡單，便于開采，同時井田內各主要可采煤層層位穩定或比較穩定，雖然厚度有變化但規律性較強，因此，礦井具有良好的資源條件進行開發。

謀前瞻性策略，建高標準礦井。礦井采用立井雙水平開拓，初期布置主立井、副立井、回風立井三個井筒，一個開采水平。布置兩個生產采區，裝備兩個綜采放頂煤工作面和兩個連續采煤機工作面，引進世界先進的工作設備和生產技術，實現高產高效。

大采高綜采放頂煤開采。針對開采階段的設計，同煤集團麻家梁礦井發明了14～20 m特厚煤層大采高綜采放頂煤開采方法，提出大采高綜放工作面控制及提高回收率的技術；開發出“低瓦斯賦存，高瓦斯涌出”的大采高綜放工作面瓦斯治理技術，實現了14～20 m特厚煤層一次采全厚安全、高效、高回收率開采。

技術設備創新。在麻家梁煤礦的建設過程中，突破建設及生產規模的前提是技術突破。同煤集團成為了行業內首次應用立井礦井提升機“全載半速”新功能，同時研制出的成套裝備以及我國首臺可實現掘進、支護一體化的帶軌道式錨桿鉆臂系統的大斷面煤巷掘進機等設備。

3.3　整合礦井建設模式

資源整合是實現資源更加合理高效利用的必由之路，同煤集團通過對小礦井兼并重組實現煤炭資源整合。鐵峰煤礦是同煤集團整合礦井形成千萬噸級礦井建設模式的代表性煤礦。

煤礦整合礦井理念。同煤集團堅持“總量適度、優化布局、改善結構、提升水平”和“關小上大、產能置換、有序建設”的原則，通過“掛賬控股、利潤抵資”和“現金出資整合”等方式，開創山西省資源整合的“同煤模式”，從根本上解決了山西省小煤礦生產安全管理差、煤炭回采率低的現狀，是實現煤炭工業可持續發展的重大舉措。

整合礦井管理模式創新。礦井的兼并重組，目的是實現整合后資源的合理高效利用。但除了資源的整合，礦井管理上的重組是整合礦井能否成功的關鍵。重組后的質量、安全、建設及進度等方面的管理創新也是實現礦井高效運轉的重要條件。

4　千萬噸礦井建設模式創新點及成效分析

4.1　創新點

根據同煤集團所在區域的不同煤田的賦存條件，以創新求變的發展思路，形成了雙系煤田、整裝煤田以及整合礦井三種千萬噸級礦井的建設模式，其建設模式的主要創新點[10]有以下四點。

1) 礦井建設優化設計理念創新。同煤集團根據不同煤田的煤質賦存條件，打破傳統建井的思路，以實現千萬噸級礦井建設為目標，把“新”突出在如何在不同條件下實現千萬噸級礦井的建設。針對三種不同的條件形成了三種千萬噸級礦井建設的“同煤”模式。

2) 礦井開采方式創新。根據礦井設計理念，進行了相應開采方式創新。完善煤礦開采技術同時加以創新，為同煤千萬噸級礦井建設打下堅實基礎，同時也契合當前我國科學合理的開采煤礦的發展主題。

3) 礦井建設技術應用創新。同煤集團鎖定“技術創新、優質高效”的礦建理念，通過作業、支護、設計三個方面的技術創新，開發了千萬噸級礦井群煤炭資源條件分類協調開采技術。

4) 礦井管理方式創新。同煤集團在千萬噸級礦井建設管理層面開發了以人員、設備、技術、安全為核心的千萬噸級礦井群綜合協調管理技術，形成了具有同煤特色的千萬噸級礦井建設管理方式。

4.2　成效分析

本文采用多位雷達態勢分析對時下同煤集團千萬噸級礦井集群實施效果進行評價。結合截至2017年8月底同煤集團的調研數據，得出同煤集團千萬噸級礦井集群的多維指數集數據,見表2。

表2　同煤集團千萬噸級礦井對標評價結果

資料來源：截至2017年8月底同煤集團調研數據。

通過以上數據分析，同煤集團應該抓住當前煤炭產業調整轉型的機遇，進一步發揮同煤集團的企業優勢，持續按照同煤集團“十三五”戰略規劃制定的戰略路線，堅定不移的走同煤集團千萬噸級礦井集群建設發展的必由之路。

通過同煤集團千萬噸級礦井集群的對標指標雷達圖可以看出(圖3)，同煤集團各個指標都基本達到了預期水平。其中在技術高新、本質安全等方面處于優秀水平，達到了集團千萬噸級礦井集群的設計期望。在日后生產過程中，同煤集團應著重提高資源回收利用率和節能水平，提高綠色潔凈和低碳循環指標水平，繼續保持全面發展態勢，同步提升其他指標水平。

圖3　同煤集團千萬噸級礦井集群的對標指標雷達圖

5　結　語

千萬噸級礦井集群的建設開發是煤炭產業面對

21世紀發展瓶頸的必由之路，也是呼應十九大供給側改革和淘汰落后產能的重要舉措。千萬噸級礦井集群的建設開發需要針對自身發展條件進行分析，創新突破，才能打造出安全高效的現代化礦井建設模式。

同煤集團通過對自身建設基礎的分析，創新發展出以塔山礦為例的雙系煤田礦井建設模式、以麻家梁煤礦為例的整裝煤田礦井建設模式以及以鐵峰礦為例的整合礦井建設模式，有效的解決了老礦區建設千萬噸礦井的難題，成功開拓具有顯著社會效益與經濟效益的創新模式。

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