煤炭生产中全过程质量控制方法研究

邢志良

(山东科技大学经管系,山东 泰安 271000)

目前，工业工程(IE)在制造类企业中取得了长足的进展，但是在煤炭生产企业中的应用还处于起步阶段。结合煤炭生产特点，以优质、高产、高效、低成本为目的，在保证生产安全的前提下，研究如何利用IE的原理和方法对煤炭生产系统进行优化，是目前迫切需要解决的问题。

目前，对于IE 在煤炭生产中的应用方面的研究，主要集中在IE的推广和方法、利用基础IE研究工时定额和采掘过程标准化，以及信息技术在生产中的应用等方面。对于如何利用IE的思想和方法去控制生产中煤炭质量问题，目前还缺乏研究。煤炭的生产过程包括开采、运输和洗选三个主要生产环节。加强生产过程中对煤炭质量的控制，对于提高煤质、节约资源、提高效益具有重要的现实意义，应该给予充分重视。

1 煤炭生产中的质量控制指标分析

煤炭质量是指煤炭产品在自身形成和开采、加工过程中，所具有的、能够满足不同用户需求的特征或特性的总和。据统计，我国煤炭平均利用率约在30%左右，其中一个重要的原因就是煤炭质量不高。煤炭燃烧时，煤炭质量越差，热损失越多，热效率也就越低，耗煤数量也越多。研究表明，炼焦煤的灰分降低1%，炼铁的焦炭耗量降低2.66%，炼铁焦比要降低3%，炼铁高炉的利用系数可提高3.99%；合成氨生产使用洗选的无烟煤，可节煤20%；发电用煤灰分每增加1%，电厂的能源利用率就降低1%，发热量下降200～360J/g，每度电的标准煤耗增加2～5g；高炉喷吹煤粉，灰分每降低1%，置换比将提高1.5%～2%，工业锅炉和窑炉燃用洗选煤，热效率可提高3%～8%。由于煤炭质量低所导致的浪费是隐性的，数量巨大，更需要给予充分的重视。

提高煤炭质量不仅能节约煤炭资源，还有利用环境资源的改善。煤炭洗选可脱除50%～80%的灰分、30%～40%的全硫。由于煤炭质量的提升，将会极大的降低排放的烟尘、SO2、氮化物等有害气体。据估计，硫分含量每增加0.1%，燃烧1t煤造成环境损失，高估值为10.73元，低估值为4.71元。

表示煤炭质量的指标很多，但在生产中可控的指标主要是灰分、含矸率和水分。本文主要选择了这三个指标，作为生产中质量控制的重点指标。

(1)灰分和含矸率指标

引入开采质量指数来分析煤炭资源的质量变化，并将其定义为灰分和含矸率的和：ρ=g+e。式中：ρ为开采质量指数；g为原煤灰分；e为原煤含矸率。ρ的大小将会影响开采中的回采率和洗选中的精煤洗出率，ρ越小说明原煤质量越高。

开采环节，原煤的低质量会对洗选环节产生明显的影响，主要表现为开采环节不能为洗选提供符合要求的原煤，高的灰分和含矸率会影响精煤产出率。原煤含矸率e和灰分g对精煤产出率的影响较大，但具体的影响程度难以用数量准确表示，根据统计资料，可以近似认为g每增加1%，精煤产出率将降低0.5%左右，e增加1%，精煤产出率将降低0.8%～0.9%左右。g每增减1%，发热量则相应降低或提高0.35～0.5MJ/kg，动力煤灰分g每增减1%，则影子价格相应降低或提高2.26%～3.23%。

煤炭回收率和开采质量指数ρ之间存在着一个反向关系，例如在放顶煤、薄煤层等开采中，提高工作面回采率，会导致煤炭中灰分和含矸率的上升，从而导致煤炭质量下降；同时，由于生产吨精煤所需的原煤量增加, 进而增加了选煤成本，降低了精煤利润率。因此，要取得高的工作面回收率，必然会导致较高的质量指数；降低了质量指数，也会在一定程度上降低回采率。

(2)水分

原煤中的水分，分为内在水分、外在水分、结晶水和分解水。原煤中水分过大时，不利于加工、运输等；燃烧时，会影响热稳定性和热传导，降低燃烧热效率；炼焦时，会降低焦产率和延长焦化周期，造成资源损失。

综合精煤由块精煤、末精煤、浮选精煤三部分组成，其水分的高低由各组成部分的比例和平均水分决定，其组成如表1所示。目前，我国综合精煤水分含量一般在10%之上，有的甚至达到18%，低于美国、澳大利亚等先进国家的8%左右的水平。造成精煤水分较高的主要原因，是原煤中原生煤泥含量较高(这与开采中机械化水平提高有直接关系)和洗选工艺、设备落后。因此，在开采环节中，就要尽量降低开采中粉煤、灰分、矸石的含量；在洗选环节降低精煤水分。

表1 综合精煤水分组成

2 煤炭生产中的全过程质量控制方法

煤炭生产工艺连续性强， 生产流程长而复杂，工序多且互相影响大，生产及管理过程涉及因素多，加大了生产中进行质量管理的难度。因此，煤炭企业质量控制必须从实际出发，建立包括采、掘、运、通及生产调度、煤炭洗选加工、运输在内的高度协调的质量控制体系，强化其全过程、全环节的动态控制。

利用IE的思想和方法，在生产中提高煤炭质量的主要手段有两个：一是优化开采环节的各道工序，降低灰分和含矸率；二是优化洗选环节的各道工序，提高精煤质量。全过程质量控制，就是要从生产过程中的每道工序的优化分析入手，将质量控制的触角延伸到工序层次，寻求并消除存在的影响质量的主要因素。目前，煤炭企业质量控制点并未真正延伸到工序层次，未能将质控结果与过程管理进行有机结合，因此难以从根本上解决生产中的质量控制问题。而全过程质量控制方法，将质量控制的触角真正延伸到了工序层次，强调了质量控制中人的作用，并将质控结果和过程管理进行了有机结合，有效的解决了生产中的质量控制问题。基于IE的全过程质量控制，主要包括以下几个步骤：

(1)根据生产实际和经验，合理选择质量控制指标，兼顾成本和质量，确定科学的指标控制范围。

(2)确定生产中的重点控制工序。工序质量控制是煤炭质量控制的重要内容。因各个工序在煤炭质量形成过程中的作用和地位存在差异，只有对其中的重点工序实施重点控制，方能取得事半功倍的效果。首先，必须确立质量控制的重点工序, 作为重点控制点。重点控制必须兼顾全工序的控制，保证其他工序不出现质量问题。

(3)确定影响煤炭质量的重点因素。从影响各个工序质量的人、机、料、法、环等因素着手， 认真分析产生工序质量的原因， 将质量控制追溯到流程的源头，即从控制产生质量的因素入手来保证质量。只要把影响工序质量的因素控制好了，产品质量也就得到了保证。也就是说，要将对流程下游的控制转变为对流程上游的控制，从对生产结果的控制转变为对影响质量的因素控制。

(4)针对每道工序的重点因素，分别确定控制标准，形成质量控制标准文件。

(5)围绕重点控制因素，制定相应的对策。

(6)实施并检验对策效果，将结果反馈到过程控制中，改进质控对策。

在全过程质量控制的人、机、料、法、环五大因素中，人是质量控制的主体，也是质量控制的重点。要从研究人的心理和行为入手，制定相应的策略来规范、约束人的行为。

3 煤炭生产中的全过程质量控制的内容

3.1 开采中对煤炭质量的控制

原煤质量取决于自然条件和采煤工艺，直接受到生产过程的影响。在相同的自然条件下，采用不同的采煤工艺将直接影响原煤质量。近年来，随着开采机械化水平的提高和开采深度的加大，开采质量指数呈增大趋势。在影响煤炭质量的诸多因素中，开采环节的因素占了70%以上，因此对煤炭质量的控制和提高，应该以开采环节为主。

在开采环节，当顶板破碎、存在夹矸、薄煤层开采、放顶煤开采、割煤机割顶或割底(底板岩性较软或起伏变化大)的情况下，产生的矸石容易混入原煤，这是影响原煤质量的主要因素。

开采环节的开采方法，主要有炮采、普采、高档普采、综采、综放等方式，每种方式的开采工序各不相同，但都包括五个主要的工序：落煤、装煤、运煤、支护、采空区处理。例如，综放工艺包括割煤、伸前伸缩梁(支护)、装煤、移架、推前溜、放煤、运煤、拉后溜、割煤(二刀)、移架、推前溜、放煤、运煤、清理架间浮煤、拉后溜、移设端头支护、超前支护、采空区处理、推移转载机、给煤机进刀等18道工序，每个工序不同的进行方式，都会影响灰分和含矸率大小。因此，分析开采工序，寻找、确定主要工序作为质量控制点非常重要，现场中一般采用专家经验法, 依据对产品质量、工程质量、安全生产的影响程度,确定出关键工序, 作为重点质控点(如拉溜、移架、超前支护等) 予以重点控制。重点控制也要兼顾全工序的控制，如对开采环节的控制，必需保证18个工序都要达到质量要求，最终才能保证开采环节的煤炭质量。

兼顾不同的采煤方法，以“破煤→装煤→运煤→移溜→支护→采空区处理”六个主要工序为对象，来分析开采中影响质量的因素：

(1)落煤。落煤方式有爆破落煤和采煤机割煤两种方式。爆破落煤中，对爆破参数(如炮眼的数量、装药量、炮眼角度等)的设置至关重要，如果爆破参数不当, 会把煤层连同顶底板矸石一同落下，增大了含矸率。同时，为了减少落煤损失，应该合理设计挡煤板的高度和角度。

对机采工作面要严格控制采高，防止割煤机割低或割顶。采煤机的割煤方式不同，会使原煤中灰分不同：单向割煤往返一刀时，若煤厚变化大，底板起伏不平，采煤机上行割底煤会割着底板；双向割煤往返一刀时，上行时不能及时支护顶板, 若顶板条件差也会掉矸, 增加灰分和含矸率；双向割煤往返两刀时, 顶板能得到及时支护, 工作面漏矸少, 对提高煤质有利。工作面过断层、破碎带等时，还要采取特殊措施来防止矸石混入。

(2)装煤。所有的采煤方式在装煤时，影响煤炭质量的因素主要是：人工装煤时，易将软底板和底板泥砂也装进刮板输送机，增加煤的灰分，在装煤时应尽量煤矸分装。

(3)运煤。使用刮板输送机运煤不容易造成夹矸和灰分的增加，但在一些急倾斜煤层工作面，如煤沿着底板自行滑落运输, 容易将底板泥砂也带入煤中，此时需要沿底板铺上溜槽；有条件的工作面，要实行分装分运以减少夹矸含量，并能提高洗选中精煤产出率；条件成熟的生产矿井，应优先考虑在井下设置优劣质煤仓，煤、矸走同一系统时,须在走矸后进行全面清矸后方可走煤；各环节清出的煤泥不得混入煤流中运输,须独立运输以防止影响煤质，井下各煤眼、煤仓必须严格管理,严禁浮煤、矸石、煤泥等杂物进入。

(4)移溜。在推移刮板机前, 应先平整靠近煤壁处的底板,不能强行推移输送机，防止推移过程中将底板泥砂刮进煤中。

(5)工作面支护。落煤后，特别是顶板较破碎时，上方顶板容易掉矸混入煤中，落煤后需要及时采取合适的支护措施。同时，工作面支架的布置方式也会影响含矸率，综采液压支架应互相靠拢, 并打开侧护板，假顶下采煤主要是管理好破碎顶板, 处理好漏矸问题，及时补网、支护等。

(6)采空区处理。充填法处理采空区比垮落法更有利于提高煤质，在单体支柱工作面(采用炮采、普采和高档普采的工作面)回柱时，应先下后上顺序进行，并做好挡矸工作，这样可减少回柱时向工作面掉落矸石；支架(综采、综放工作面)前移时，要注意防止刮擦凹凸不平的工作面顶板，增大灰分，对于破碎的顶板采用掩护式支架有利于夹矸混入。

3.2 洗选中对煤炭质量的控制

选煤是提高煤炭质量的最重要手段，其质量管理尤其重要。选煤过程主要是对产品粒度、灰分、全水分以及杂物含量进行全过程管理。

根据美国、澳大利亚等洗煤先进国家的经验，煤质控制一般采用以下主要措施：①产品粒度一般采用筛分和破碎控制。原煤进行分级后，筛上物进行破碎或进入机械排矸处理，要严格控制入洗原煤粒度和混煤上限；精煤入仓前进行二次破碎，确保粒度要求。②产品灰分主要靠分选设备(跳汰机) 控制。可在产品胶带机上安装了在线测灰仪，如产品灰分超出正常范围则需要进行操作调整。③脱水：跳汰机选出的精煤产品，用弧形筛、振动脱水筛进行预先脱水，末精煤再用离心脱水机进行最终脱水。④除杂：在毛煤、入原煤仓、入洗、洗后、入产品仓、装车等多道工序进行除杂，对不同的杂质采用不同的设备除杂，例如安装除铁器除去铁器杂物，水力除杂机除去木类等软杂质。

4 结论

生产中的煤炭质量控制是一项复杂的工作，需要进行全过程、全工序的进行重点控制。本文从分析生产中质量控制重点指标入手，建立了基于现代IE理论的全过程质量控制方法，以“破煤→装煤→运煤→移溜→支护→采空区处理”六个主要工序为对象，分析了开采中全过程控制内容，成功的将IE的思想和方法应用于生产过程中煤炭质量的控制，将质量控制的触角真正延伸到了工序层面，从根本上实现对煤炭生产质量的全过程控制，对企业的生产实践具有积极的实际意义。

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