基于系統(tǒng)工程優(yōu)化理論的煤巷快速掘進(jìn)工藝研究

【摘要】作業(yè)現(xiàn)場的組織管理是影響巷道掘進(jìn)速率的主要因素之一，本文運(yùn)用系統(tǒng)工程的優(yōu)化原理，通過對掘進(jìn)工作面人-機(jī)操作情況進(jìn)行統(tǒng)計，詳細(xì)的闡述了影響掘進(jìn)速度的主要因素，并對支護(hù)與掘進(jìn)的平行作業(yè)程度進(jìn)行優(yōu)化，作業(yè)循環(huán)由原來的每班3循環(huán)變?yōu)?循環(huán)。掘進(jìn)效率每班提高30%，綜掘機(jī)的開機(jī)率由原來的33%，提高到41%，有效的提高了掘進(jìn)工作面的掘進(jìn)速度。

【關(guān)鍵詞】系統(tǒng)工程；人—機(jī)操作；掘進(jìn)工作面；速度

1、概述

礦井煤巷掘進(jìn)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其掘進(jìn)效率直接影響到礦井的正常生產(chǎn)接替。隨著近幾年綜掘技術(shù)在煤礦的應(yīng)用，許多煤礦的巷道掘速度有了較大的提高，但是由于受到礦井實際地質(zhì)條件、現(xiàn)場組織管理水平等因素的制約，巷道掘進(jìn)速度有時難以達(dá)到快速掘進(jìn)的要求，許多礦井特別是進(jìn)入回采后期的礦井采掘平衡失調(diào)現(xiàn)象仍然嚴(yán)重。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，在煤巷綜掘過程中，支護(hù)所用時間占到一個循環(huán)時間的50～60%，切割時間占到20～30%，裝運(yùn)時間占到30～50%，系統(tǒng)故障檢修時間占到占10%～15%，其他輔助工序作業(yè)時間占到20%左右。由此可見，針對掘進(jìn)工作面割煤、支護(hù)等工藝過程出現(xiàn)的無效時間多，準(zhǔn)備時間長，操作時間短等現(xiàn)象，應(yīng)用工業(yè)工程理論進(jìn)行現(xiàn)場分析改善，提出合理的改進(jìn)措施，科學(xué)有效的進(jìn)行生產(chǎn)組織管理，解決好支護(hù)與掘進(jìn)的平行作業(yè)程度，合理安排工序減少輔助工序的作業(yè)時間，對實現(xiàn)巷道的快速掘進(jìn)具有重要的作用。

2、系統(tǒng)工程優(yōu)化理論分析

系統(tǒng)工程優(yōu)化理論包括優(yōu)化與管理兩個部分，主要運(yùn)用系統(tǒng)工程的專業(yè)知識技術(shù)，以煤礦中的作業(yè)現(xiàn)場（如回采工作面、掘進(jìn)工作面）為研究對象，對作業(yè)現(xiàn)場的作業(yè)環(huán)境、施工工藝等進(jìn)行分析研究，分析影響作業(yè)效率的有關(guān)影響因素，針對現(xiàn)場作業(yè)情況，對現(xiàn)場的作業(yè)人員、材料、所有設(shè)備等系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，并對優(yōu)化后的作業(yè)工序進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，以達(dá)到較高的作業(yè)效率。

3、掘進(jìn)工作面現(xiàn)場分析與優(yōu)化

一、掘進(jìn)工作面的人-機(jī)操作分析

N3軌道下山延伸段掘進(jìn)工作面采用的是綜合機(jī)械化煤巷掘進(jìn)，掘進(jìn)機(jī)是工作的主體，人-機(jī)工作的具體的工作程序為：交接班安檢→割煤前準(zhǔn)備工作→割煤備料平行作業(yè)→臨時支護(hù)→安裝錨桿→安檢。

實踐操作可以得出：在掘進(jìn)現(xiàn)場的工序中，割煤和運(yùn)料為平行作業(yè)，而割煤前的準(zhǔn)備工作和割煤后的支護(hù)主要以是工人手工操作為主的工作程序，根據(jù)現(xiàn)場觀察和分析，在一個循環(huán)的掘進(jìn)過程中，掘進(jìn)機(jī)工作的時間為60分鐘，開機(jī)率為33.3%，而進(jìn)行安檢、割煤前準(zhǔn)備和支護(hù)所用的時間占到總時間的66.7%。所以，縮短以手工為主的準(zhǔn)備和支護(hù)工作時間是提高掘進(jìn)效率的關(guān)鍵。因為從安全的角度出發(fā)，工人必須是在掘進(jìn)機(jī)完全處于停止?fàn)顟B(tài)下才能工作，不能實現(xiàn)人-機(jī)平行作業(yè)，所以這兩個工序的工作效率將直接影響到整個煤巷掘進(jìn)的工作效率。具體施工工藝在現(xiàn)場應(yīng)用存在的問題可以歸納為以下幾點：

（1）機(jī)掘巷道成形不規(guī)范，打眼過程中出現(xiàn)跑鉆現(xiàn)象，掘進(jìn)工作面巷道圍梯形巷道，頂幫不平整也是影響打眼速度的主要因素之一。（2）安裝頂、幫錨桿施工不能平行作業(yè)。掘進(jìn)施工中，頂、幫錨桿在同一輪廓線上，并要求緊跟窩頭，頂、幫打眼安裝過程相互影響。如：有時頂錨桿施工45min，幫錨桿施工70min，由于相互影響，平行作業(yè)時間小于25min。（3）職工操作不熟練，安裝錨桿用時太長。S3-3回風(fēng)巷道在綜掘錨桿支護(hù)巷道施工中，要求網(wǎng)、托梁要貼幫貼頂，否則要進(jìn)行人工處理，若遇凹凸不平就要將托梁打彎，使緊貼煤壁。從而造成錨桿安裝時間太長。（4）幫鉆桿太長，當(dāng)兩幫同時打眼會相互影響。重復(fù)安裝錨桿現(xiàn)象較多，在攪拌不好或錨固失效的情況下要補(bǔ)打，延長了時間。同時用風(fēng)鉆機(jī)械擰緊螺絲時往往預(yù)緊力不和要求需要用手?jǐn)Q緊。延長了安裝時間。（5）兩班交接時間偏大，這種不增加效率的工作方式應(yīng)該盡量縮短，以提高正常的工作時間。

針對現(xiàn)場出現(xiàn)的問題，根據(jù)減少手工操作過程，盡量延長掘進(jìn)機(jī)工作時間的方針，對掘進(jìn)現(xiàn)場的掘進(jìn)操作工藝進(jìn)行建議和改善，以提高掘進(jìn)效率。提出七個掘進(jìn)過程中的平行式管理，具體包括：

（1）頂板和兩幫支護(hù)平行作業(yè)。工作面掘出后，分3組人員分別支護(hù)巷道上幫、頂板和下幫，并平行施工。及時打設(shè)上幫最上部的3排錨桿，下部3排錨桿滯后3～4排打設(shè)，留給后路支護(hù)人員打設(shè)。這樣，不僅可避免上幫片幫，也縮短了巷道迎頭支護(hù)所用的時間。（2）巷道迎頭和后路兩幫下部支護(hù)平行作業(yè)。工作面支護(hù)人員分為6組，即迎頭頂板、上幫、下幫和后路頂板、上幫、下幫，且同時作業(yè)。（3）錨索和后路上幫、下幫底部錨桿平行作業(yè)。在地質(zhì)條件較好的地區(qū)，將頂、幫錨索的打設(shè)滯后到掘進(jìn)機(jī)的后部，不與迎頭打設(shè)幫、頂錨桿產(chǎn)生影響。（4）接風(fēng)管與掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)平行作業(yè)。掘進(jìn)機(jī)割煤時迎頭支護(hù)人員負(fù)責(zé)接風(fēng)管，減少占用打設(shè)錨桿的時間。（5）掘進(jìn)與支護(hù)材料準(zhǔn)備平行作業(yè)。綜掘機(jī)掘進(jìn)期間，迎頭頂板、上幫、下幫支護(hù)人員分別準(zhǔn)備各組所用材料，并運(yùn)到施工的地點或附近。（6）支護(hù)和鋪設(shè)溜槽平行作業(yè)。迎頭支護(hù)的同時， 后路支護(hù)人員和電工鋪設(shè)溜槽，鋪設(shè)溜槽不占用專有時間。（7）掘進(jìn)機(jī)維修和支護(hù)平行作業(yè)。掘進(jìn)機(jī)的檢查、維修，盡量放在支護(hù)的時間。

二、施工工藝時間的測量和分析

在對現(xiàn)場的施工工藝進(jìn)行平行作業(yè)的同時，并對目前的各施工工藝進(jìn)行時間的測量和分析，利用人-機(jī)操作圖對現(xiàn)場的人-機(jī)操作作進(jìn)一步的分析，以每次機(jī)器設(shè)備開動和停機(jī)為一周期。在同一工作面對同一條件下的工作周期內(nèi)共觀測了10組數(shù)據(jù)。通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，得出：割煤前的準(zhǔn)備時間的平均值為：30.74min；機(jī)器割煤平均時間為：30.03min；臨時支護(hù)平均時間為：11min；安裝錨桿平均時間為：70.66min。

三、作業(yè)現(xiàn)場人-機(jī)操作分析改善

利用作業(yè)間的相互平行和人-機(jī)工作的交叉性，對現(xiàn)有的施工工序進(jìn)行合理的合并，減少施工工藝中串行工程，在掘進(jìn)機(jī)工作過程中對下一周期的生產(chǎn)進(jìn)行提前準(zhǔn)備，從而減少工人的無效時間，來達(dá)到正常工作時間的效率。且工序的前后順序并沒有改變，只是對工作現(xiàn)場的一些基本布置和物料以及工具的整理，改善后的一個循環(huán)由原來的180mim，降低到90min，掘進(jìn)前的割煤準(zhǔn)備時間由于工序的平行和管理的前瞻性，工作提前。作業(yè)循環(huán)由原來的每班3循環(huán)變?yōu)?循環(huán)。掘進(jìn)效率每班提高30%。同時綜掘機(jī)的開機(jī)率由原來的33%，提高到41%。

4、結(jié)論

通過運(yùn)用系統(tǒng)工程的優(yōu)化原理對各主要作業(yè)工序進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化定額，增加平行交叉或追機(jī)作業(yè)率，提高掘進(jìn)效率，提出了適合常村煤礦S3-3回風(fēng)巷道快速掘進(jìn)的循環(huán)作業(yè)優(yōu)化圖表，為巷道安全快速高效掘進(jìn)提供了管理上的保障。其標(biāo)準(zhǔn)化工時定額的方法與思路可以向其他類似地質(zhì)情況巷道掘進(jìn)施工組織中進(jìn)行推廣。