机械化换人自动化减人实施目标和路径
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刘见中+田成金
2015年6月11日，国家安全监管总局下发了关于开展＂机械化换人、自动化减人＂科技强安专项行动的通知，决定在煤矿、金属非金属矿山、危险化学品和烟花爆竹等重点行业领域开展＂机械化换人、自动化减人＂科技强安专项行动。重点是以机械化生产替换人工作业、以自动化控制减少人为操作，大力提高企业安全生产科技保障能力。通知中明确将煤矿列为了重点行业领域的首位。
实施背景
当前，我国煤炭行业已进入了下行期，综合前期常年积累的行业发展矛盾，煤炭行业已进入了＂需求增速放缓期、超前产能和库存消化期、环境约束强化期、结构调整攻坚期＂四期并存的新常态。企业效益下滑，安全投入相应降低，安全生产工作遇到了极大的挑战。
为推动煤矿企业扭亏脱困、煤炭行业转型升级、煤矿安全治本攻坚，提升煤矿安全生产水平，让更多的煤矿实现全年＂零死亡＂。近期，国家安全监管总局强调并落实＂减矿、减产、减面、减人、减事故＂的＂五减＂方案，其中＂减人＂指的是减少煤矿井下作业人数，要在小矿推进机械化、在大矿推进自动化;完善劳动定员标准，力争将掘进工作面、采煤工作面同时作业人员分别控制在10人、30人以内，严禁两班交叉作业、混岗作业。
我国煤矿开采方式和产能的多样性决定了机械化换人和自动化减人两者缺一不可。产能多样性从2014年煤矿生产能力登记公告中可见一斑。（见表1）
另一方面，由于我国煤层赋存条件千差万别，各地区煤炭赋存的环境条件不同，因此造成了我国煤矿开采技术仍然存在着炮采、普采、综采、自动化采煤共存的局面，其中以综采为主。
西南方等一些边远地区，煤层赋存条件差的矿区和个体私营煤矿仍然采用一些炮采和低档普采的技术。30万t以下的矿井装备落后、工人数量多、总体占比较大、发生安全事故的概率和事故死亡人数较多，因此也是安全生产工作的重点关注矿井。针对该类型的矿井采取机械化换人的方式，一方面提升装备水平，另一方面大量减少现场工人的数量。
部分国有煤矿和规模较大的矿井已基本上采用了综采等采煤技术;我国产业规模较大的陕蒙、宁夏等西部矿区，由于规模优势较大、煤层赋存条件好、面临的自然灾害较少，因此大规模采用了自动化采煤技术。目前已示范应用了无人化技术的采煤方式，取得了较好的效果。这种类型的矿井宜采用自动化的技术和装备进一步减少工人数量，提高效率和安全水平。
煤炭行业自身转型升级的迫切需求为推动机械化换人和自动化减人奠定了坚实的基础。在能源革命和经济发展新常态下，煤炭行业长期以来依靠数量增加、速度增长、规模扩张、价格上涨的粗放型发展模式无以为继，必须向依靠质量提高、效益提升、结构优化、两化融合、人才技术的集约型发展模式的方向进行调整。煤炭行业发展必须要转变发展模式，推进煤炭结构调整与转型升级，促进煤炭生产向机械化、信息化、智能化和绿色开采方向发展，推进煤机装备制造由高水平向质量、服务型转变。
外在环境和条件的发展趋势，迫切需要煤炭行业推动实行机械化换人和自动化减人。随着科技的进步，大型煤机装备的自动化现代化水平得到提高，煤机装备对周围环境的感知能力大幅提高，各种传感器的应用逐步能够实时地感知顶板的压力、瓦斯的浓度等环境条件，并能够进行超前预测、分析，为安全决策提供了前提条件;另一方面，自动化、信息化程度高的煤机装备逐步减少了工人的数量，有的甚至出现了无人工作面，劳动人员的减少从根本上保障了煤矿的安全生产。当前信息网络技术的广泛应用，使得产品的功能设计、制造等向信息化、智能化方向发展，对采掘装备产业的发展带来了较大的影响。
重点范围
煤矿领域实施＂机械化换人、自动化减人＂的重点范围主要有两个方面，一是事故发生率高的危险场所，另一个是井下用人多的关键环节、重点部位。
根据历年《全国煤矿事故分析报告分析》，顶板、瓦斯、水害等是我国煤矿最主要的事故因素。掘进工作面和采煤工作面是煤矿井下用人集中场所，也是发生重特大事故的主要地点，极易发生群死群伤事故。根据近5年全国煤矿事故统计分析，煤矿75%的较大以上事故发生在掘进工作面和采煤工作面，死亡人数占较大以上事故总死亡人数的77%。因此，将采煤工作面和掘进工作面作为机械化换人和自动化减人的实施重点，是切中煤矿安全工作要害的重要地方。
我国煤矿辅助运输系统和生产保障系统是矿井中用人数量较多的场所，也是零星事故多发地带，制约着矿井的安全生产工作。我国煤矿辅助运输人员约占井下职工总数的1/3以上，有些矿甚至达50%，与国外先进产煤国家相比差距很大。我国综采矿井每采百万吨煤辅助运输用工位800～1200人/班，是先进国家的7～10倍。传统的设备搬家主要采用绞车、轨道平板车等转接运输方式，搬运周期一般需35～50天，搬家时间约占正常生产时间的20%以上，用工超过100人。时间长、人员多，且安全事故时有发生，严重影响矿井产量。我国煤矿井下胶带运输、变电所、泵房存在大量的值守人员，每个矿井用工规模大约在50～80人左右，因此全国煤矿井下大型固定设备、设施的安全值守用工规模较大。随着信息化技术的发展，通过建立远程视频和信息化系统的应用，能够解放大部分的人员，对于保障井下人员安全具有重要的作用和意义。煤矿辅助运输系统和生产保障系统近年来技术猛进，取得了较大的集成，具备了自动化减人的条件，因此煤矿辅助运输部分和安全值守部分也作为本次推行自动化减人实施方案的重点地点。
实施目标和路径
按照通知要求，专项行动通过＂机械化换人、自动化减人＂示范企业（矿井）建设，推动煤矿等重点行业领域机械化、自动化程度大幅提升，实现高危作业场所作业人员减少30%以上，大幅提高企业安全生产水平。在此前提下，煤矿领域的专项行动，通过先进技术和装备的应用，在掘进工作面减少作业人员50%以上，在大中型煤矿减人50%以上，中小煤矿通过机械换人减人40%，辅助运输系统减人30%，主运输和泵站、水房等安生生产保障系统减人60%以上。
煤（岩）巷掘进机械化自动化
煤巷掘支运三位一体高效快速掘进。针对地质条件简单且围岩完整稳定的巷道，通过采用掘支运一体化控制技术，应用掘锚一体机、破碎转载机、多臂锚杆钻车、可弯曲胶带机、迈步式自移机尾等成套装备，代替单一功能的掘进机、单体锚杆机、皮带转载机等设备，实现掘进、支护、运输平行连续作业，巷道掘进施工工序全部机械化一次完成，减少掘进工作面人员50%以上。
煤巷综掘机快速掘进。针对一般地质条件、围岩完整性和稳定性较差、需要随掘随支的巷道，通过采用综合掘进机械化技术，应用综掘机、综掘机载锚杆钻机、连续转载胶带机等成套设备，代替掘、锚、支交替作业的普通综掘，实现掘进、支护、运输的半连续作业，巷道掘进与支护施工全部采用机械化，减少掘进工作面人员60%以上。
岩石巷道快速掘进。针对岩石巷道坚硬的特点，应用大功率岩巷掘进机、锚杆台车、连续运输机等成套设备，代替传统的钻爆法掘进技术，实现掘进、支护、运输的机械化作业，减少掘进工作面人员50%以上。
煤矿综采工作面机械化自动化
大中型煤矿综采工作面自动化。针对地质条件简单、煤层稳定的大中型煤矿，通过采用综采工作面智能控制技术和可视化远程干预控制技术，应用液压支架电液控制系统、智能集成供液系统、图像视频远程跟踪系统、采煤机和刮板机协同控制系统、远程智能控制平台等综采工作面智能成套装备，代替液压支架手工操作阀、传统采煤机刮板输送机泵站控制系统等手动操作平台，实现割煤、推溜、移架、运输、除尘等工艺过程智能化，减少工作面作业人员50%以上。
中小煤矿机械化。针对地质条件一般、采煤工艺落后的中小煤矿，通过采用综采机械化采煤技术，应用采煤机、刮板输送机、液压支架、转载机、破碎机、乳化液泵站系统、顺槽变电开关、控制系统等综采成套装备，代替中小煤矿的炮采、普采、高档普采等采煤工艺，实现中小煤矿机械化开采，提高中小煤矿安全生产水平，减少工作面人员40%以上。
采煤工作面端头及巷道超前支护自动化。通过采用工作面端头及巷道超前区域联合支护技术，应用能够与工作面设备同步推移的后置式端头支架、迈步式自移超前支护系统、搬移式超前支护装备等机械化、自动化设备，代替单体支柱、木垛等人工非机械化支护装置，实现工作面端头与巷道连接区安全、高效支护，减少作业人员50%以上。
综采工作面快速搬家机械化。通过采用无轨胶轮辅助运输快速搬家工艺技术，应用支架搬运车、铲板式搬运车、多功能铲运机和大功率清洁燃料运输车等无轨胶轮辅助运输成套装备，代替无极绳轨道车、小绞车、轨道机车等多段分散的传统搬家倒面设备，实现综采工作面搬家所需人员减少50%以上。
煤矿井下辅助运输自动化
煤矿井下无轨辅助运输装备系统。针对埋层较浅、底板稳定的大中型现代化煤矿，通过采用无轨辅助运输装备智能化监控系统，应用支架搬运车、多功能铲运机、蓄电池动力车辆和大功率清洁燃烧运人、运料车等无轨辅助成套装备，代替无极绳轨道车、小绞车、轨道机车等多段分散的传统运输设备，实现煤矿井下全工艺运输系统的机械化，减少人员30%左右。
煤矿井下高效有轨辅助运输系统。针对地质条件复杂、需要升级改造的传统煤矿，通过应用单轨吊车、架空乘人装置、轨道运输机车等有轨辅助装备，代替传统人工、半机械化运输方式，实现煤矿井下运输过程连续化和综合化、驱动方式多样化、运输集装箱化、转载机械化，减少人员30%左右。
煤矿生产保障系统智能监测控制
主运输智能管控系统。通过采用智能感知、故障诊断、自动控制、信息通信技术，应用输送机智能保护系统、输送机智能调速系统、运输系统智能集控系统，代替固定人员值守，实现主运输系统的智能监测监控和人员巡检，减少人员80%以上。
井下大型固定设备无人值守系统。通过采用智能监测、自动控制技术和远程监控信息平台，应用智能识别煤矿电网管理系统、多水平阶梯式联合排水智能监控系统、中央集控平台等为一体的矿井智能无人值守系统，代替人工井下现场值守，实现中央变电所、水泵房、风机房等场所的无人值守，减少原有值守系统工作人员数量60%以上。
煤矿安全物联网。通过采用多信息融合、海量数据挖掘、嵌入式实时分析、故障诊断、信息共享等技术，应用新型传感器、煤矿大型机电设备状态监测与故障智能诊断系统、矿山物资智能储运管控系统等，代替传感器定期调校、设备定期检修、物资人工管理，实现设备、物资、环境等智能监测与管理，减少人员30%以上。
编辑 赵 原