麻地梁煤礦綜放設備全生命周期管理研究與實踐

吳勁松，徐 輝，闞 磊，周宗業，周 圓

(內蒙古智能煤炭有限責任公司麻地梁煤礦，內蒙古自治區鄂爾多斯市，017000)

我國以煤炭為主體的能源結構在相當長的時期內難以改變[1]。近年來，我國煤炭開采技術日趨成熟，煤炭開采信息化和智能化程度不斷提高。采煤設備通過與自動控制、工業互聯網、大數據、人工智能等技術深度融合，智能感知、智能決策和智能控制的智能化開采已成為煤炭安全高效開采的發展方向[2-5]。

大型智能綜放設備(以下簡稱“綜放設備”)在煤礦的應用大大提升了煤礦開采效率，然而，大多數煤礦企業在綜放設備的管理上仍然采用較為傳統的管理模式，設備全生命周期管理的理念[6]還沒有形成，具體表現為綜放設備在使用到一定周期后反復維修、故障率居高不下、出現安全隱患等問題，嚴重影響了企業的生產效率，增加了企業的生產成本。針對這些問題，提出了綜放設備全生命周期管理的理念，并在麻地梁煤礦進行了具體實踐。同時，建立了以煤礦設備數據庫為基礎的管理體系，構建了“管數據就是管設備、管設備就是管生產、管設備就是管安全”的管理模式[7]。

1 綜放設備傳統管理模式存在的問題及全生命周期管理理念的提出

1.1 綜放設備傳統管理模式存在的問題

在采用綜放開采工藝正常回采完畢一個綜放工作面后，綜放設備需要升井大修，大修1次的成本約為新購置設備成本的35%，大修2次的成本總和接近新購置1套嶄新的綜放設備。綜放設備傳統管理模式以追求產量為目標，管理方式較為粗獷。綜放設備入井后，操作人員存在憑借經驗使用和維護設備，且在使用和維護設備時存在操作不恰當、不規范等現象；在保養設備時，存在目標性、針對性不強等問題，并且設備靜態交接時的隱患難以被及時發現。綜放設備傳統管理模式最終導致檢修班工作量較大，但是設備故障率卻依然居高不下。此外，綜放設備傳統管理模式還使得礦井設備庫存儲了大量設備及備配件，導致庫存資金的大量占用。

1.2 綜放設備全生命周期管理理念的提出

綜放設備全生命周期管理即對綜放設備及備配件、易損耗材等進行全生命周期的數據分析，通過系統監測和預警，在設備、備配件、易損耗材的生命周期到期后，采取“以換代修”的方式對其進行主動更換。該管理模式能夠保障綜放設備具備完好的運行工況，降低設備故障率，規避礦井正常生產期間由于設備搶修帶來的生產中斷與安全隱患。

傳感技術、數字技術、數據治理技術等在煤礦的廣泛應用，能夠實現綜放設備運行狀態的實時監測和使用壽命的全過程監控。利用大量傳感器對綜放設備進行數據采集，通過數據分析對綜放設備進行可靠性和安全性評估，進而實現綜放設備全生命周期管理，最大限度地減少設備無目的保養維護的檢修狀態，從而提高綜放設備的工作效率，為取消檢修班創造條件。

2 綜放設備全生命周期管理的實施路徑

2.1 數字化技術路徑

當前信息技術的發展為礦井綜放設備數字化監控與數據傳輸提供了技術路徑，也開啟了麻地梁煤礦綜放設備全生命周期管理理念的實踐探索。

2.1.1 數據采集是關鍵

麻地梁煤礦在綜放設備采購招標時，就在采購合同及技術協議中對綜放設備底層數據采集傳感器、控制系統上傳接口協議、設備與備配件全生命周期清單等提出明確要求，為下一步綜放設備的數據采集、數據上傳以及全生命周期管理打下基礎。

2.1.2 智能檢修系統

傳感器對綜放設備的運行工況進行數據采集，并將采集到的數據上傳至綜放設備智能檢修系統數據庫，可以實現如下功能。

(1)預警檢修。當綜放設備運行參數出現異常時，智能檢修系統自動將預警信息推送至巡檢工和生產單位班隊長，確保及時對設備異常狀態進行排查和處理。

(2)定期檢修。對于綜放設備周期性的保養工作，智能檢修系統能夠提前向生產單位班隊長進行信息推送和提醒，若到期未對綜放設備進行保養，則向上一級相關負責人繼續推送通知。

(3)設備及備配件更換?；诩矣棉I車4S保養管理模式，當鏈輪、油脂、密封件、銷軸、濾芯等設備及備配件即將達到規定的使用壽命時，及時對設備及備配件進行更換，以換代修，避免綜放設備“帶病”運行和過度運行造成的中斷生產及安全隱患。比如刮板輸送機的主要部件鏈輪和鏈條，假設鏈輪的設計使用壽命為3 500 h，通過數據監控，在鏈輪運行至3 300 h后，及時對其進行更換。假設鏈條的使用壽命為600萬t過煤量，在達到580萬t煤量時，也要對鏈條進行更換。

2.1.3 遠程“會診”系統

當綜放設備突然出現故障時，若現場技術人員無法及時排查處理，可以立即啟動由礦方技術員、礦方設備現場維修人員、設備廠家技術專家組成三方遠程“會診”系統，對設備現場狀態、運行參數、歷史曲線、后臺程序等進行遠程判斷和問題解決。

2.2 設備維修、維護管理和考核機制創新路徑

2.2.1 檢修機制創新

數字化技術路徑保障了綜放設備檢修的精準性和設備保養的可靠性，麻地梁煤礦實現了取消檢修班和實行動態交接班的檢修機制創新。

(1)取消檢修班。按照“人人都是檢修工”的管理思路，將檢修班人員融入生產班。在生產過程中，以綜放設備運行數據為基礎，同步對綜放設備進行動態巡檢、預報預警、定期檢修等精準檢修工作，不僅能夠有效提高檢修效率，而且能夠規避傳統檢修班靜態檢修帶來的弊端。

(2)動態交接班。交接班由傳統的系統停車、靜態交接方式變革為數字確認、動態交接、不間斷生產的方式，有效避免了原煤生產系統“一停、一啟”帶來的生產間斷，保障了綜放設備開機率。

2.2.2 管理機制創新

麻地梁煤礦對交接班進行管理機制創新，淡化單班產量和進尺考核，以綜放設備完好(數據指標)作為交接班主要標準，不僅極大地提高了生產班隊對綜放設備保養和維護的重視程度，還有效地降低了綜放設備的故障率。

2.2.3 考核機制創新

綜放設備全生命周期管理必須依靠超前的管理理念和先進的數字技術雙輪驅動方可實現。

(1)把綜放設備運行效益提高的紅利讓利于基層職工，將傳統的生產任務指標完成與工資掛鉤的考核模式，變為設備完好率與工資掛鉤的考核模式。

(2)在綜放設備出現故障時，要求生產單位立即停止生產，并及時對綜放設備進行檢修處理，減少或取消了班中設備故障對生產影響的處罰，增強了基層管理干部職工維護設備的主動性與責任心。

3 綜放設備全生命周期管理的應用實踐

3.1 綜放設備全生命周期管理歷程

麻地梁煤礦綜放設備全生命周期管理的探索實踐是一個循序漸進、逐步完善的過程。

(1)2015年，麻地梁煤礦借鑒汽車工業“4S”的管理理念，開始實施對大型設備進行精準檢修，實行菜單式檢修和周期性臺賬管理，避免無計劃檢修造成的人力和材料浪費。

(2)2017年，麻地梁煤礦結合最前沿的網絡通訊技術，通過優化礦井的網絡系統，建成了萬兆工業環網，形成了覆蓋礦區井上下的信息高速公路，為設備數據集成、傳輸打下了堅實的基礎。

(3)2018年，麻地梁煤礦在綜放設備采購前期便將綜放設備全生命周期管理理念融入招標中。與鄭州煤礦機械集團股份有限公司、中煤張家口煤礦機械有限責任公司、天地科技股份有限公司上海分公司等國內知名綜放設備生產廠商合作，進行了綜放設備數字化升級改造，建成了綜放設備數據庫。

(4)2019年，麻地梁煤礦建成了綜放設備全生命周期管理平臺，實現了對綜放設備數據的采集、歸類、分析、提取和應用。

(5)2020年，麻地梁煤礦實現了智能預警、遠程“會診”、設備及備配件的全生命周期管理。

3.2 綜放設備全生命周期管理應用效果

麻地梁煤礦經過近3 a對綜放設備全生命周期的管理實踐，取得了較好的經濟效益和管理效益。

(1)經濟效益。月度庫存資金為600萬～1 000萬元，是周邊同規模礦井的1/10，極大地減少了資金的占用。綜放設備的備配件每年采購為600萬～700萬元，是周邊同規模礦井的1/8。實現了設備“到期”更換代替設備的搶修和維修，最大限度地提高了設備的完好率和開機率，增加了企業的經濟效益。

(2)管理效益。首先，綜放設備全生命周期管理為礦井取消固定檢修班提供了技術支撐，進而為后期的取消夜班提供了保障。不僅減少了人員投入，而且讓檢修工回歸了正常的作息時間，實現了“尊重勞動者、以人為本、體面工作”的管理模式。 其次，綜放設備全生命周期管理將傳統的依靠“資金維持”再生產升級為“數據驅動”再生產，變貨幣投入為數據賦能，減少了設備及備配件的庫存量。第三，實現了煤礦生產的管理變革，探索出“管數據就是管設備，管設備就是管生產”的全新管理方式。第四，通過數據治理，實現了設備制造廠家與使用單位同步共管設備的良好管理生態，在全國率先實現了設備制造專家對設備的遠程“會診”。

4 綜放設備兩種管理模式對比分析

麻地梁煤礦首套綜放設備通過設備全生命周期管理，已經在井下安全高效運行超過30個月，生產原煤1 300余萬t，各種數據顯示設備處于良好的運行狀態。現以產量為500萬t/a的現代化礦井為例，對綜放設備傳統管理模式和綜放設備全生命周期管理模式進行比較分析，以綜放工作面使用的液壓支架為例，設備設計使用壽命一般為10 a，因此以10 a為一個生產時間段，按照回采5個綜放工作面計算，對2種綜放設備管理模式的經濟效益進行分析。

4.1 傳統管理模式經濟效益分析

采用2套綜放設備保障礦井一礦一面不間斷生產，在10 a生產周期內產生以下費用：安裝費用。一次外委隊伍安裝費用約950萬元，10 a(5次)安裝共計費用約4 750萬元。拆除費用。一次外委隊伍拆除費用約850萬元，施工回撤聯巷250 m產生費用約275萬元，10 a(5次)拆除費用約5 625萬元。其他費用。為了保障安全回撤綜采支架，每個綜放工作面影響45 m不放頂煤(頂煤厚8.5 m)，少回收煤炭資源12萬t。5個綜放工作面影響的煤炭資源以近年煤炭平均價約255元/t計算，總價值約15 300萬元。上述3項相關經濟費用10 a累計約為25 675萬元。

4.2 綜放設備全生命周期管理模式經濟效益分析

采用3套綜放設備保障礦井一礦一面不間斷生產，在10 a生產周期內產生以下費用：安裝費用。一次外委隊伍安裝費用約為950萬元，10 a(3次)安裝費用約為2 850萬元。拆除費用。一次外委隊伍拆除費用約為850萬元，施工回撤聯巷250 m產生費用約為275萬元，10 a(2次)拆除費用約為2 250萬元。其他費用。為保障安全回撤綜采支架，每個綜放工作面影響45 m不放頂煤(頂煤厚8.5 m)，少回收煤炭資源12萬t。2個綜放工作面影響的煤炭資源以近年煤炭坑口平均價255元/t計算，總價值約為6 120萬元。上述3項費用10 a累計約為11 220萬元，綜放設備全生命周期管理模式10 a生產費用比綜放設備傳統管理模式產生的費用節省約1.45億元。同時，綜放設備不需要大修節省的資金用于購置新設備，有利于綜放設備更新換代，促進煤礦智能化建設高質量發展。

下一步創新設想：1套完整的綜放設備達到全生命周期中的壽命后，設備將不再升井，就地封閉。目前晉陜蒙地區大型現代化高產高效放頂煤礦井帶來的安全問題尤為突出，如果實施就地封閉，一是可以避免井下有限空間作業下可能產生的安全隱患；二是可以減少綜放工作面綜放設備回撤而產生的近千萬費用；三是可以設備殘體換取煤炭資源(可多開采因傳統綜放工作面在回收作業前30 m采用“只采不放”回采工藝損失的約11.8萬t煤炭資源)。

5 結語

通過具體的研究和實踐，認為在我國晉陜蒙大型現代化高產高效煤礦推廣綜放設備全生命周期管理模式有效可行，既有利于礦井的安全生產和降低煤礦的生產成本，又有利于提高煤炭資源的采出率。應加大綜放設備全生命周期管理模式的應用，不斷探索和完善。