基于系统工程优化理论的煤巷快速掘进工艺研究

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【摘要】作业现场的组织管理是影响巷道掘进速率的主要因素之一，本文运用系统工程的优化原理，通过对掘进工作面人-机操作情况进行统计，详细的阐述了影响掘进速度的主要因素，并对支护与掘进的平行作业程度进行优化，作业循环由原来的每班3循环变为4循环。掘进效率每班提高30%，综掘机的开机率由原来的33%，提高到41%，有效的提高了掘进工作面的掘进速度。

【关键词】系统工程；人―机操作；掘进工作面；速度

1、概述

矿井煤巷掘进是一项复杂的系统工程，其掘进效率直接影响到矿井的正常生产接替。随着近几年综掘技术在煤矿的应用，许多煤矿的巷道掘速度有了较大的提高，但是由于受到矿井实际地质条件、现场组织管理水平等因素的制约，巷道掘进速度有时难以达到快速掘进的要求，许多矿井特别是进入回采后期的矿井采掘平衡失调现象仍然严重。根据有关统计，在煤巷综掘过程中，支护所用时间占到一个循环时间的50～60%，切割时间占到20～30%，装运时间占到30～50%，系统故障检修时间占到占10%～15%，其他辅助工序作业时间占到20%左右。由此可见，针对掘进工作面割煤、支护等工艺过程出现的无效时间多，准备时间长，操作时间短等现象，应用工业工程理论进行现场分析改善，提出合理的改进措施，科学有效的进行生产组织管理，解决好支护与掘进的平行作业程度，合理安排工序减少辅助工序的作业时间，对实现巷道的快速掘进具有重要的作用。

2、系统工程优化理论分析

系统工程优化理论包括优化与管理两个部分，主要运用系统工程的专业知识技术，以煤矿中的作业现场（如回采工作面、掘进工作面）为研究对象，对作业现场的作业环境、施工工艺等进行分析研究，分析影响作业效率的有关影响因素，针对现场作业情况，对现场的作业人员、材料、所有设备等系统进行优化，并对优化后的作业工序进行标准化管理，以达到较高的作业效率。

3、掘进工作面现场分析与优化

一、掘进工作面的人-机操作分析

N3轨道下山延伸段掘进工作面采用的是综合机械化煤巷掘进，掘进机是工作的主体，人-机工作的具体的工作程序为：交接班安检割煤前准备工作割煤备料平行作业临时支护安装锚杆安检。

实践操作可以得出：在掘进现场的工序中，割煤和运料为平行作业，而割煤前的准备工作和割煤后的支护主要以是工人手工操作为主的工作程序，根据现场观察和分析，在一个循环的掘进过程中，掘进机工作的时间为60分钟，开机率为33.3%，而进行安检、割煤前准备和支护所用的时间占到总时间的66.7%。所以，缩短以手工为主的准备和支护工作时间是提高掘进效率的关键。因为从安全的角度出发，工人必须是在掘进机完全处于停止状态下才能工作，不能实现人-机平行作业，所以这两个工序的工作效率将直接影响到整个煤巷掘进的工作效率。具体施工工艺在现场应用存在的问题可以归纳为以下几点：

（1）机掘巷道成形不规范，打眼过程中出现跑钻现象，掘进工作面巷道围梯形巷道，顶帮不平整也是影响打眼速度的主要因素之一。（2）安装顶、帮锚杆施工不能平行作业。掘进施工中，顶、帮锚杆在同一轮廓线上，并要求紧跟窝头，顶、帮打眼安装过程相互影响。如：有时顶锚杆施工45min，帮锚杆施工70min，由于相互影响，平行作业时间小于25min。（3）职工操作不熟练，安装锚杆用时太长。S3-3回风巷道在综掘锚杆支护巷道施工中，要求网、托梁要贴帮贴顶，否则要进行人工处理，若遇凹凸不平就要将托梁打弯，使紧贴煤壁。从而造成锚杆安装时间太长。（4）帮钻杆太长，当两帮同时打眼会相互影响。重复安装锚杆现象较多，在搅拌不好或锚固失效的情况下要补打，延长了时间。同时用风钻机械拧紧螺丝时往往预紧力不和要求需要用手拧紧。延长了安装时间。（5）两班交接时间偏大，这种不增加效率的工作方式应该尽量缩短，以提高正常的工作时间。

针对现场出现的问题，根据减少手工操作过程，尽量延长掘进机工作时间的方针，对掘进现场的掘进操作工艺进行建议和改善，以提高掘进效率。提出七个掘进过程中的平行式管理，具体包括：

（1）顶板和两帮支护平行作业。工作面掘出后，分3组人员分别支护巷道上帮、顶板和下帮，并平行施工。及时打设上帮最上部的3排锚杆，下部3排锚杆滞后3～4排打设，留给后路支护人员打设。这样，不仅可避免上帮片帮，也缩短了巷道迎头支护所用的时间。（2）巷道迎头和后路两帮下部支护平行作业。工作面支护人员分为6组，即迎头顶板、上帮、下帮和后路顶板、上帮、下帮，且同时作业。（3）锚索和后路上帮、下帮底部锚杆平行作业。在地质条件较好的地区，将顶、帮锚索的打设滞后到掘进机的后部，不与迎头打设帮、顶锚杆产生影响。（4）接风管与掘进机掘进平行作业。掘进机割煤时迎头支护人员负责接风管，减少占用打设锚杆的时间。（5）掘进与支护材料准备平行作业。综掘机掘进期间，迎头顶板、上帮、下帮支护人员分别准备各组所用材料，并运到施工的地点或附近。（6）支护和铺设溜槽平行作业。迎头支护的同时， 后路支护人员和电工铺设溜槽，铺设溜槽不占用专有时间。（7）掘进机维修和支护平行作业。掘进机的检查、维修，尽量放在支护的时间。

二、施工工艺时间的测量和分析

在对现场的施工工艺进行平行作业的同时，并对目前的各施工工艺进行时间的测量和分析，利用人-机操作图对现场的人-机操作作进一步的分析，以每次机器设备开动和停机为一周期。在同一工作面对同一条件下的工作周期内共观测了10组数据。通过对数据进行统计，得出：割煤前的准备时间的平均值为：30.74min；机器割煤平均时间为：30.03min；临时支护平均时间为：11min；安装锚杆平均时间为：70.66min。

三、作业现场人-机操作分析改善

利用作业间的相互平行和人-机工作的交叉性，对现有的施工工序进行合理的合并，减少施工工艺中串行工程，在掘进机工作过程中对下一周期的生产进行提前准备，从而减少工人的无效时间，来达到正常工作时间的效率。且工序的前后顺序并没有改变，只是对工作现场的一些基本布置和物料以及工具的整理，改善后的一个循环由原来的180mim，降低到90min，掘进前的割煤准备时间由于工序的平行和管理的前瞻性，工作提前。作业循环由原来的每班3循环变为5循环。掘进效率每班提高30%。同时综掘机的开机率由原来的33%，提高到41%。

4、结论

通过运用系统工程的优化原理对各主要作业工序进行了标准化定额，增加平行交叉或追机作业率，提高掘进效率，提出了适合常村煤矿S3-3回风巷道快速掘进的循环作业优化图表，为巷道安全快速高效掘进提供了管理上的保障。其标准化工时定额的方法与思路可以向其他类似地质情况巷道掘进施工组织中进行推广。