煤炭生產(chǎn)中全過程質(zhì)量控制方法研究

邢志良

(山東科技大學經(jīng)管系,山東 泰安 271000)

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

目前，對于IE 在煤炭生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)中煤炭質(zhì)量問題，目前還缺乏研究。煤炭的生產(chǎn)過程包括開采、運輸和洗選三個主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)。加強生產(chǎn)過程中對煤炭質(zhì)量的控制，對于提高煤質(zhì)、節(jié)約資源、提高效益具有重要的現(xiàn)實意義，應該給予充分重視。

1 煤炭生產(chǎn)中的質(zhì)量控制指標分析

煤炭質(zhì)量是指煤炭產(chǎn)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(jù)統(tǒng)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(zhì)量不高。煤炭燃燒時，煤炭質(zhì)量越差，熱損失越多，熱效率也就越低，耗煤數(shù)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(shù)可提高3.99%；合成氨生產(chǎn)使用洗選的無煙煤，可節(jié)煤20%；發(fā)電用煤灰分每增加1%，電廠的能源利用率就降低1%，發(fā)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(yè)鍋爐和窯爐燃用洗選煤，熱效率可提高3%～8%。由于煤炭質(zhì)量低所導致的浪費是隱性的，數(shù)量巨大，更需要給予充分的重視。

提高煤炭質(zhì)量不僅能節(jié)約煤炭資源，還有利用環(huán)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(zhì)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(jù)估計，硫分含量每增加0.1%，燃燒1t煤造成環(huán)境損失，高估值為10.73元，低估值為4.71元。

表示煤炭質(zhì)量的指標很多，但在生產(chǎn)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(chǎn)中質(zhì)量控制的重點指標。

(1)灰分和含矸率指標

引入開采質(zhì)量指數(shù)來分析煤炭資源的質(zhì)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(zhì)量指數(shù)；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(zhì)量越高。

開采環(huán)節(jié)，原煤的低質(zhì)量會對洗選環(huán)節(jié)產(chǎn)生明顯的影響，主要表現(xiàn)為開采環(huán)節(jié)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(chǎn)出率。原煤含矸率e和灰分g對精煤產(chǎn)出率的影響較大，但具體的影響程度難以用數(shù)量準確表示，根據(jù)統(tǒng)計資料，可以近似認為g每增加1%，精煤產(chǎn)出率將降低0.5%左右，e增加1%，精煤產(chǎn)出率將降低0.8%～0.9%左右。g每增減1%，發(fā)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(zhì)量指數(shù)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(zhì)量下降；同時，由于生產(chǎn)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(zhì)量指數(shù)；降低了質(zhì)量指數(shù)，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(nèi)在水分、外在水分、結(jié)晶水和分解水。原煤中水分過大時，不利于加工、運輸?shù)?；燃燒時，會影響熱穩(wěn)定性和熱傳導，降低燃燒熱效率；煉焦時，會降低焦產(chǎn)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(huán)節(jié)中，就要盡量降低開采中粉煤、灰分、矸石的含量；在洗選環(huán)節(jié)降低精煤水分。

表1 綜合精煤水分組成

2 煤炭生產(chǎn)中的全過程質(zhì)量控制方法

煤炭生產(chǎn)工藝連續(xù)性強， 生產(chǎn)流程長而復雜，工序多且互相影響大，生產(chǎn)及管理過程涉及因素多，加大了生產(chǎn)中進行質(zhì)量管理的難度。因此，煤炭企業(yè)質(zhì)量控制必須從實際出發(fā)，建立包括采、掘、運、通及生產(chǎn)調(diào)度、煤炭洗選加工、運輸在內(nèi)的高度協(xié)調(diào)的質(zhì)量控制體系，強化其全過程、全環(huán)節(jié)的動態(tài)控制。

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

(1)根據(jù)生產(chǎn)實際和經(jīng)驗，合理選擇質(zhì)量控制指標，兼顧成本和質(zhì)量，確定科學的指標控制范圍。

(2)確定生產(chǎn)中的重點控制工序。工序質(zhì)量控制是煤炭質(zhì)量控制的重要內(nèi)容。因各個工序在煤炭質(zhì)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?qū)嵤┲攸c控制，方能取得事半功倍的效果。首先，必須確立質(zhì)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(xiàn)質(zhì)量問題。

(3)確定影響煤炭質(zhì)量的重點因素。從影響各個工序質(zhì)量的人、機、料、法、環(huán)等因素著手， 認真分析產(chǎn)生工序質(zhì)量的原因， 將質(zhì)量控制追溯到流程的源頭，即從控制產(chǎn)生質(zhì)量的因素入手來保證質(zhì)量。只要把影響工序質(zhì)量的因素控制好了，產(chǎn)品質(zhì)量也就得到了保證。也就是說，要將對流程下游的控制轉(zhuǎn)變?yōu)閷α鞒躺嫌蔚目刂疲瑥膶ιa(chǎn)結(jié)果的控制轉(zhuǎn)變?yōu)閷τ绊戀|(zhì)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(zhì)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(jié)果反饋到過程控制中，改進質(zhì)控對策。

在全過程質(zhì)量控制的人、機、料、法、環(huán)五大因素中，人是質(zhì)量控制的主體，也是質(zhì)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(guī)范、約束人的行為。

3 煤炭生產(chǎn)中的全過程質(zhì)量控制的內(nèi)容

3.1 開采中對煤炭質(zhì)量的控制

原煤質(zhì)量取決于自然條件和采煤工藝，直接受到生產(chǎn)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(zhì)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(zhì)量指數(shù)呈增大趨勢。在影響煤炭質(zhì)量的諸多因素中，開采環(huán)節(jié)的因素占了70%以上，因此對煤炭質(zhì)量的控制和提高，應該以開采環(huán)節(jié)為主。

在開采環(huán)節(jié)，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(chǎn)生的矸石容易混入原煤，這是影響原煤質(zhì)量的主要因素。

開采環(huán)節(jié)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(qū)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(qū)處理、推移轉(zhuǎn)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(zhì)量控制點非常重要，現(xiàn)場中一般采用專家經(jīng)驗法, 依據(jù)對產(chǎn)品質(zhì)量、工程質(zhì)量、安全生產(chǎn)的影響程度,確定出關鍵工序, 作為重點質(zhì)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(huán)節(jié)的控制，必需保證18個工序都要達到質(zhì)量要求，最終才能保證開采環(huán)節(jié)的煤炭質(zhì)量。

兼顧不同的采煤方法，以“破煤→裝煤→運煤→移溜→支護→采空區(qū)處理”六個主要工序為對象，來分析開采中影響質(zhì)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(shù)(如炮眼的數(shù)量、裝藥量、炮眼角度等)的設置至關重要，如果爆破參數(shù)不當, 會把煤層連同頂?shù)装屙肥煌湎?，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(zhì)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(zhì)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(chǎn)出率；條件成熟的生產(chǎn)礦井，應優(yōu)先考慮在井下設置優(yōu)劣質(zhì)煤倉，煤、矸走同一系統(tǒng)時,須在走矸后進行全面清矸后方可走煤；各環(huán)節(jié)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(zhì)，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(cè)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(wǎng)、支護等。

(6)采空區(qū)處理。充填法處理采空區(qū)比垮落法更有利于提高煤質(zhì)，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(zhì)量的控制

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

根據(jù)美國、澳大利亞等洗煤先進國家的經(jīng)驗，煤質(zhì)控制一般采用以下主要措施：①產(chǎn)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(chǎn)品灰分主要靠分選設備(跳汰機) 控制。可在產(chǎn)品膠帶機上安裝了在線測灰儀，如產(chǎn)品灰分超出正常范圍則需要進行操作調(diào)整。③脫水：跳汰機選出的精煤產(chǎn)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(chǎn)品倉、裝車等多道工序進行除雜，對不同的雜質(zhì)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(zhì)。

4 結(jié)論

生產(chǎn)中的煤炭質(zhì)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(chǎn)中質(zhì)量控制重點指標入手，建立了基于現(xiàn)代IE理論的全過程質(zhì)量控制方法，以“破煤→裝煤→運煤→移溜→支護→采空區(qū)處理”六個主要工序為對象，分析了開采中全過程控制內(nèi)容，成功的將IE的思想和方法應用于生產(chǎn)過程中煤炭質(zhì)量的控制，將質(zhì)量控制的觸角真正延伸到了工序?qū)用?，從根本上實現(xiàn)對煤炭生產(chǎn)質(zhì)量的全過程控制，對企業(yè)的生產(chǎn)實踐具有積極的實際意義。

[1] 方文杰，曾憲林.工業(yè)工程及其在煤炭系統(tǒng)的應用研究.煤炭經(jīng)濟研究,1994,(8):40-42.

[2] 宋林發(fā)，丁偉杰.工業(yè)工程在煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場管理標準化中的應用.內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟,1995,(3).

[3] 段玉玲.基礎工業(yè)工程在煤炭行業(yè)中的應用.煤炭工程,2007,(7):113-116.

[4] 陳良棚.應用工業(yè)工程是煤礦內(nèi)涵式發(fā)展的有效途徑.煤,2000,9(1):57-59.

[5] 陸后軍,韓可琦，等.淺談工業(yè)工程在煤礦信息化建設中的作用.能源技術與管理,2007, (3):116-118.

[6] 陳 鵬.中國煤炭性質(zhì)、分類和利用.北京:化學工業(yè)出版社,2007.

[7] 崔民選.2007中國能源藍皮書.北京:社會科學文獻出版社,2007.

[8] 郭忠平.放頂煤開采頂煤貧化率優(yōu)化研究.煤炭學報,2000,25(2):137-140.

[9] 于 躍,王作秋.煤炭質(zhì)量控制問題研究.煤質(zhì)管理,2007,(6):4-7.

[10] 李文華.煤質(zhì)管理與經(jīng)營.北京:中國標準出版社,2003.