首山一礦巖巷綜掘快速成巷工藝系統(tǒng)優(yōu)化及應(yīng)用?

涂興子郭春生李海洋

(1.中國(guó)平煤神馬集團(tuán),河南省平頂山市,467000; 2.河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院,河南省焦作市,454000)

首山一礦巖巷綜掘快速成巷工藝系統(tǒng)優(yōu)化及應(yīng)用?

涂興子1郭春生1李海洋2

(1.中國(guó)平煤神馬集團(tuán),河南省平頂山市,467000; 2.河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院,河南省焦作市,454000)

鑒于首山一礦瓦斯抽采造成巖巷工程量增加、制約采掘接替的問(wèn)題,對(duì)現(xiàn)有綜合機(jī)械化掘進(jìn)成巷工序進(jìn)行改造,優(yōu)化了破巖、排矸和支護(hù)三道主要工序,并在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)其主要工序工時(shí)進(jìn)行多周期實(shí)測(cè),采用額定工時(shí)制定法得出各工序標(biāo)準(zhǔn)工時(shí),對(duì)掘進(jìn)循環(huán)作業(yè)圖表進(jìn)行優(yōu)化,提高了正規(guī)循環(huán)率,加快了掘進(jìn)速度。

巷道掘進(jìn) 綜合機(jī)械化掘進(jìn) 快速掘進(jìn) 掘進(jìn)工序優(yōu)化 標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)

1 工程概況

中平能化集團(tuán)首山一礦己15－17開(kāi)采煤層為突出危險(xiǎn)性煤層,該煤層地壓大,瓦斯治理難度大。為抽采瓦斯、減少地應(yīng)力、消除突出危險(xiǎn)性,保證礦井正常接替,在己15－17－12061工作面下方實(shí)施己15－17－12061機(jī)巷抽放巷。為提高巷道掘進(jìn)速度,保證預(yù)抽期,礦井開(kāi)展巖巷掘進(jìn)工藝優(yōu)化研究,優(yōu)化掘進(jìn)體系。

己15－17－12061機(jī)巷抽放巷位于己二采區(qū)西翼中上部溝李豐斷層?xùn)|翼,考慮瓦斯抽放、便于掘進(jìn)及維護(hù)等因素,將該巷布置在己15－17煤層8～12 m的底板泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r中。巷道開(kāi)口位于己15－17－12061區(qū)段排矸道與己15－17－12061機(jī)巷抽放巷外段交岔點(diǎn)南部66 m處。巷道為拱形斷面,斷面尺寸4500 mm×3400 mm(凈寬×凈高)。

2 綜掘快速成巷工藝系統(tǒng)

綜合機(jī)械化掘進(jìn)過(guò)程中合理的施工工藝和勞動(dòng)組織方式是實(shí)現(xiàn)巖巷快速掘進(jìn)的關(guān)鍵因素,破巖、排矸、支護(hù)三大工序及三者的時(shí)空關(guān)系是制約快速成巷的主要因素。研究綜掘自動(dòng)化破巖技術(shù)、連續(xù)出矸系統(tǒng)及支護(hù)技術(shù),確定合理的施工工藝及勞動(dòng)組織方式,揭示三大工序之間的邏輯結(jié)構(gòu)及時(shí)空分布規(guī)律是綜掘快速成巷的重要保證。

2.1 掘進(jìn)機(jī)破巖技術(shù)

破巖效率對(duì)于提高掘進(jìn)速度至關(guān)重要,為了提高破巖效率,施工過(guò)程中主要進(jìn)行兩方面的優(yōu)化。

2.1.1 改進(jìn)防塵技術(shù)

巖巷掘進(jìn)粉塵降低工作面可見(jiàn)度,嚴(yán)重制約破巖效率,為了保證除塵效果,除采用長(zhǎng)壓短抽通風(fēng)方式外,同時(shí)改進(jìn)、增加兩道除塵技術(shù),主要包括:

(1)改進(jìn)掘進(jìn)機(jī)外噴霧系統(tǒng),研制的新型外噴霧噴嘴結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1,該裝置具有射程大、霧化性好的優(yōu)勢(shì)。

圖1 改進(jìn)后的外噴霧頭結(jié)構(gòu)

(2)布置防塵水幕。在距離工作面50 m處布置濕式過(guò)濾除塵簾,該裝置由水幕管、噴頭、過(guò)濾紗窗等部分組成。

2.1.2 優(yōu)化硬巖掘進(jìn)技術(shù)

由于己15－17－12061機(jī)巷抽放巷巖性和巖層分布不同,掘進(jìn)機(jī)割巖會(huì)采取不同的進(jìn)刀方式,在進(jìn)刀時(shí)嚴(yán)格按照掘進(jìn)機(jī)操作方式和截割方法進(jìn)行。對(duì)于超硬巖層,為了保護(hù)截割頭的安全與加快掘進(jìn)速度,可采用放震動(dòng)炮的方式推進(jìn),按照硬巖位置的不同可分為上硬下軟和上軟下硬兩種狀況,軟巖切割區(qū)域及每個(gè)炮眼間隔尺寸如圖2所示,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況可以適當(dāng)調(diào)整炮眼排數(shù)及切割范圍大小,每個(gè)炮眼深1.2～1.6 m,裝一藥卷即可,施工時(shí)應(yīng)先切割軟巖再放震動(dòng)炮。

圖2 掘進(jìn)工作面硬巖掘進(jìn)方式布置圖

2.2 綜掘連續(xù)裝巖排矸工藝

首山一礦破巖效率的提高導(dǎo)致破巖能力與運(yùn)輸能力出現(xiàn)不匹配的現(xiàn)象,矸石運(yùn)輸環(huán)節(jié)成為制約巖巷掘進(jìn)速度的主要因素之一。針對(duì)這一問(wèn)題,在總結(jié)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,形成了一套獨(dú)立完整的裝巖排矸系統(tǒng),該系統(tǒng)最大特點(diǎn)是將臨時(shí)儲(chǔ)矸倉(cāng)引入到原排矸線路當(dāng)中,能夠?qū)崿F(xiàn)破巖與排矸平行作業(yè),達(dá)到集中、連續(xù)排矸效果。系統(tǒng)由掘進(jìn)機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、帶式輸送機(jī)、臨時(shí)儲(chǔ)矸倉(cāng)、耙裝機(jī)、礦車和調(diào)車線路等設(shè)備沿排矸路線依次布置形成,如圖3所示。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)排矸系統(tǒng)的連續(xù),在臨時(shí)儲(chǔ)矸倉(cāng)后部線路出現(xiàn)故障時(shí)仍能夠開(kāi)機(jī)作業(yè);當(dāng)儲(chǔ)矸倉(cāng)前部路線故障時(shí),后部路線仍能繼續(xù)排矸,保證排矸系統(tǒng)即使出現(xiàn)故障仍能夠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),提高排矸和掘進(jìn)效率。

圖3 掘進(jìn)巷道裝巖排矸設(shè)備布置圖

2.3 巖巷快速掘進(jìn)支護(hù)工藝

支護(hù)工藝的優(yōu)化主要體現(xiàn)在臨時(shí)支護(hù)的改進(jìn)以及永久支護(hù)的平行作業(yè)兩方面。

為了保證臨時(shí)支護(hù)的速率和保證支護(hù)的安全性,支護(hù)方式采用單體液壓支柱反頂鋼筋網(wǎng),如圖4所示,單體液壓支柱數(shù)量2～4根,支柱落柱位置選在掘進(jìn)機(jī)停機(jī)前通過(guò)掘進(jìn)機(jī)切割頭清理出的平整堅(jiān)硬區(qū)域,這樣能夠迅速定位支護(hù),減少支護(hù)時(shí)間。臨時(shí)支護(hù)要在掘進(jìn)機(jī)割巖后及時(shí)進(jìn)行,緊跟掘進(jìn)工作面。

圖4 巷道臨時(shí)支護(hù)方式

永久支護(hù)通過(guò)平行作業(yè)節(jié)省支護(hù)時(shí)間。要求頂部錨桿在臨時(shí)支護(hù)完成后及時(shí)實(shí)施,兩幫永久支護(hù)可滯后頂板支護(hù)一定距離,錨索支護(hù)可滯后掘進(jìn)機(jī)破巖平行作業(yè)。錨桿采用高強(qiáng)樹脂錨桿,錨桿型號(hào)、間排距通過(guò)計(jì)算確定,巷道支護(hù)布置如圖5所示。錨索采用?15.24 mm×7300 mm鋼絞線,錨索托盤為熱軋鋼板沖壓成型的蝶形托盤,承載力不小于錨索錨固力,錨索間排距2400 mm×3200mm,頂板破碎時(shí),間排距為2400 mm×1600 mm,二二布置;錨桿采用?20 mm×2000 mm強(qiáng)樹脂錨桿,間排距800 mm×800 mm;金屬網(wǎng)為鋼筋焊接網(wǎng),鋼筋直徑6 mm,金屬網(wǎng)格80 mm× 80 mm,網(wǎng)搭接100 mm。噴漿作業(yè)可由配套掘進(jìn)隊(duì)集中進(jìn)行,噴漿與切割巖石或打頂部錨桿支護(hù)平行作業(yè)。

圖5 巷道支護(hù)示意圖

3 綜掘快速成巷循環(huán)作業(yè)圖表優(yōu)化

根據(jù)首山一礦選擇的“三八”工作制,在組織掘進(jìn)工作面工序時(shí),應(yīng)以破巖、裝巖和支護(hù)3個(gè)工序?yàn)橹?合理安排各工序,盡量使其進(jìn)行平行作業(yè),以縮短單個(gè)循環(huán)的作業(yè)時(shí)間,提高掘進(jìn)速度。

3.1 循環(huán)作業(yè)圖表工時(shí)確定

利用工業(yè)工程理論中的工作研究理論和生產(chǎn)計(jì)劃控制理論對(duì)綜掘施工工序的操作動(dòng)作、時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化分析,使整個(gè)綜掘系統(tǒng)處于最佳的工作狀態(tài),減少因現(xiàn)場(chǎng)組織混亂而導(dǎo)致的工序沖突或材料尋找時(shí)間,增加有效工作時(shí)間,減少無(wú)效操作。在保證安全、質(zhì)量的前提下,充分挖掘現(xiàn)有人員、設(shè)備的潛力,提高掘進(jìn)效率。

3.1.1 巖巷掘進(jìn)主要工序標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的制定

經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì),在巖巷掘進(jìn)中,交接班、掘進(jìn)準(zhǔn)備工作、掘進(jìn)機(jī)破巖、臨時(shí)支護(hù)、永久支護(hù)和自檢為順序作業(yè),作為影響掘進(jìn)效率的主要工序,其他工序可與上述工序平行作業(yè),因此對(duì)順序作業(yè)工序進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)統(tǒng)計(jì)。根據(jù)工業(yè)工程中的額定工時(shí)制定方法,對(duì)觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,采用二倍標(biāo)準(zhǔn)差法剔除受外界因素影響致使超出正常范圍之外的異常值。其原理為對(duì)順序作業(yè)施工各工序的n次實(shí)測(cè)作業(yè)時(shí)間進(jìn)行平均,計(jì)算公式為:

n——綜掘順序作業(yè)中單個(gè)工序觀測(cè)次數(shù);

Xi——第i次觀測(cè)時(shí)間數(shù)據(jù)。

則其標(biāo)準(zhǔn)偏差可以表示為:

式中:σ——綜掘順序作業(yè)中單個(gè)工序n次觀測(cè)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差。

由于施工干擾因素的不確定性,需要對(duì)觀測(cè)異常數(shù)據(jù)剔除。制定各工序標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)所需要的正常值也即其置信區(qū)間可設(shè)置為(－2σ,＋2σ),超過(guò)這個(gè)范圍的觀測(cè)數(shù)據(jù)視為異常值,具體的時(shí)間范圍如圖6所示。

圖6 巖巷綜掘各工序正常值管制界限

對(duì)剔除異常值后的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均值計(jì)算,就可得到巖巷掘進(jìn)各工序的實(shí)際操作時(shí)間。

3.1.2 主要工序標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的評(píng)定和計(jì)算

為了在整個(gè)工作過(guò)程更好地反映工人的實(shí)際操作時(shí)間,在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的額定過(guò)程中,一般要考慮工人的正常生理或其他因素的影響時(shí)間,比如正常的個(gè)人生理需要或布置任務(wù)等所需要的時(shí)間,在這里都指寬放時(shí)間。最后制定的標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的計(jì)算公式為:

式中:α——標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)評(píng)定系數(shù);

λ1——操作熟練程度系數(shù);

λ2——工人努力程度系數(shù);

λ3——工作環(huán)境系數(shù);

λ4——工作一致性系數(shù)。

通過(guò)評(píng)定系數(shù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)工時(shí):

式中:t——標(biāo)準(zhǔn)工時(shí);

tg——現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)時(shí)間;

α——標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)評(píng)定系數(shù);

β——放寬率。

3.1.3 12061機(jī)巷抽放巷主要工序標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)定額的確定

依據(jù)上述原理確定掘進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)工時(shí),對(duì)各道順序作業(yè)工序時(shí)間進(jìn)行10次測(cè)量,評(píng)定系數(shù)根據(jù)相關(guān)參考文獻(xiàn)選取,計(jì)算所得評(píng)定系數(shù)為0.98,在放寬率為10%的情況下,得出首山一礦己15－17－12061機(jī)巷抽放巷各主要工序標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)定額如表1所示。

表1 己15－17－12061機(jī)巷主要工序優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)min

3.2 循環(huán)作業(yè)圖表優(yōu)化

首山一礦己15－17－12061巷掘進(jìn)調(diào)整后的主要工序?yàn)?交接班→掘進(jìn)準(zhǔn)備工作→掘進(jìn)機(jī)割矸→敲幫問(wèn)頂→臨時(shí)支護(hù)→永久支護(hù)→清矸及其他輔助工序→驗(yàn)收。根據(jù)對(duì)目前施工隊(duì)伍的工序操作水平進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果,考慮多工序平行作業(yè)的可能性,并對(duì)上述工序作四舍五入處理為整數(shù)時(shí)間,最后安排正規(guī)循環(huán)作業(yè)圖表如圖7所示。

圖7 循環(huán)作業(yè)圖表

4 結(jié)論

(1)基于現(xiàn)有綜掘成巷技術(shù),礦井通過(guò)改進(jìn)巷道除塵技術(shù)和硬巖破巖技術(shù)提高巷道破巖效率;增加臨時(shí)儲(chǔ)矸倉(cāng)改進(jìn)排矸路線,保證持續(xù)排矸能力;通過(guò)簡(jiǎn)化臨時(shí)支護(hù)方式及預(yù)留支柱落柱點(diǎn),強(qiáng)化永久支護(hù)平行作業(yè)優(yōu)化支護(hù)工序,有效提高掘進(jìn)速率。

(2)確定礦井“三八制”工作制度,通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)主要工序工時(shí)進(jìn)行多周期實(shí)測(cè),采用額定工時(shí)制定法得出各工序標(biāo)準(zhǔn)工時(shí),在保證工序銜接與工序最優(yōu)平行的前提下,對(duì)掘進(jìn)循環(huán)作業(yè)圖表進(jìn)行優(yōu)化?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明,優(yōu)化后的勞動(dòng)組織方式提高了正規(guī)循環(huán)率,實(shí)現(xiàn)了最高月進(jìn)尺300.5 m,保證了采掘正常接替。

[1] 魏敬喜.大斷面復(fù)合頂板煤巷快速掘進(jìn)技術(shù)研究[D].淮南:安徽理工大學(xué),2010

[2] 李清,楊仁樹,湯增陸等.深部大斷面巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2006(10)

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[5] 薛鵬,夏永合,王偉.提高大斷面快速掘進(jìn)的方法[J].煤礦支護(hù),2011(4)

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[7] 趙宏偉.煤礦巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)研究與應(yīng)用[J].中國(guó)煤炭,2012(8)

[8] 傅武雄.標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)制定與工作改善[M].廈門:廈門大學(xué)出版社,2003

Optimization and application of quick road-made process system in rock drift of fully mechanized excavating in ShouShan No.1 Coal Mine

Tu Xingzi1,Guo Chunsheng1,Li Haiyang2
(1.China Pingmei Shenma Group,Pingdingshan,Henan 467000,China; 2.School of Energy Science and Engineering,Henan Polytechnic University,Jiaozuo,Henan 454000,China)

Aimed at the increase of rock drift engineering quantities and restricted replacement of digging caused by gas extraction,the author reformed the fully mechanized drivage process,optimized three major processes of rock breaking,gangue exhaust and support.Multicycle actual measurements for the master operation and labor time were conducted on the site, and the standard labor times of each process were obtained according to the rated time statute law,then the cycle operation chart of tunneling was optimized,which improved the standard circulation rate and quickened the driving speed.

drivage,fully mechanized driving,speedy drivage,drivage process optimizing, standard labor time

TD 263

A

涂興子(1964－),男,教授級(jí)高工,從事煤礦開(kāi)采技術(shù)研究和生產(chǎn)管理工作。

(責(zé)任編輯 張毅玲)

河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(14A440004)