煤巷掘進施工組織優(yōu)化效果評價指標體系研究

崔林柱

(西山煤電(集團)有限責(zé)任公司，山西 太原 030205)

·問題探討·

煤巷掘進施工組織優(yōu)化效果評價指標體系研究

崔林柱

(西山煤電(集團)有限責(zé)任公司，山西 太原 030205)

分析了模糊層次分析法的基本原理，并指出了建立施工組織方案優(yōu)化效果評價指標體系的原則。在分析影響煤巷掘進效率因素的基礎(chǔ)上，以煤礦高效掘進施工組織方案優(yōu)化效果評價為目標層，選取5個一級指標作為準則層，并選取了與5個一級指標對應(yīng)的20個二級指標，初步建立了煤巷掘進施工組織方案優(yōu)化評價指標體系，并確定了指標因素權(quán)重影響系數(shù)。

模糊層次分析法；煤巷；掘進效率；評價指標體系

目前，影響我國煤巷掘進速度的主要因素包括設(shè)備配置、施工組織管理和掘進工藝水平3個方面。其中，設(shè)備配置機械化程度的高低是最基本的影響因素；科學(xué)合理的施工組織管理是保證快速掘進的前提條件；而施工組織方案評價優(yōu)化是提高巷道掘進效率的有效手段。煤礦巷道掘進施工組織相對復(fù)雜，可以借助模糊層次分析法建立巷道施工組織方案優(yōu)化評價體系，如何確定合理的巷道施工組織方案優(yōu)化評價指標尤顯重要，應(yīng)基于影響煤礦高效掘進施工組織方案的影響因素與巷道實際基本地質(zhì)條件以及工程概況建立效果評價的指標因子體系，抓住共性并體現(xiàn)個性，創(chuàng)建合理、科學(xué)以及完整的指標因子體系[1-2].

1 模糊層次分析法的基本原理

對施工組織進行單一定性或定量的效果評價方法不能很好地得出施工組織方案的優(yōu)劣，因此本文采用層次分析法與模糊綜合評價法相結(jié)合的評價方法，簡稱模糊層次分析法(FAHP)，對進行施工組織方案進行綜合評價，對各個影響因素進行全面的定性與定量分析。

層次分析法是根據(jù)所處理問題的性質(zhì)與所要達到的總目標，將問題分解為不同的組成因素，并按照因素間的相互關(guān)聯(lián)影響以及隸屬關(guān)系將因素按不同層次聚集組合，形成一個多層次的分析結(jié)構(gòu)模型，從而最終使問題歸結(jié)為最低層(供決策的方案、措施等)相對于最高層(總目標)的相對重要權(quán)值的確定或相對優(yōu)劣次序的排定[3-6]. 其具體步驟如下：1) 依據(jù)決策目標建立明確的層次結(jié)構(gòu)模型，確定各個層次的指標因素，最終形成完整的指標因子體系，本文在目標層之下分別設(shè)置一級指標與相對應(yīng)的二級指標。2) 構(gòu)造判斷矩陣并對比分析，判斷矩陣是表示本層所有因素針對上一層某一個因素的相對重要性的比較，得到一個確定性分值之后形成的矩陣。3) 進行層次單排序及其一致性檢驗。4) 最后進行層次總排序及其一致性檢驗。

而模糊綜合評價法首先要確定被評價對象的指標集合評價集；再分別確定各個指標的權(quán)重及它們的隸屬度矢量，獲得模糊評判矩陣；最后把模糊評判矩陣與因素的權(quán)矢量進行模糊運算并進行歸一化，得到模糊綜合評價結(jié)果[7]. 其具體步驟如下：1) 確定評價對象的因素集，本文因素集即層次指標體系。2) 確定評價對象的評語集。3) 確定評價因素的權(quán)重向量。4) 進行單因素模糊評價，確立模糊關(guān)系矩陣。5) 多指標綜合評價，即合成模糊綜合評價結(jié)果矢量。6) 對模糊綜合評價結(jié)果進行分析。

2 影響煤巷掘進效率的因素分析

1) 設(shè)備方面。

我國煤礦井下多采用“單臂掘進機+風(fēng)動錨桿鉆機+帶式輸送機”進行煤巷掘進施工作業(yè)。其中單臂掘進機生產(chǎn)廠家制造水平參差不齊，加上受制造工藝的限制，其零部件的可靠性普遍不高，掘進設(shè)備故障較高，使用壽命較短，單臂掘進機的可靠性和生命周期已成為制約我國煤礦巷道掘進速度的主要因素之一；而井下巷道錨桿支護多采用的風(fēng)動錨桿鉆機，目前表現(xiàn)出鉆具扭矩和推力不足、工人勞動強度大、錨桿安裝時間長、錨桿施工不合格等一系列問題，同時工人施工錨桿時在空頂作業(yè)安全得不到保障，影響巷道掘進效率；帶式輸送機的使用過程中受環(huán)境、結(jié)構(gòu)設(shè)計等影響表現(xiàn)出皮帶容易老化、跑偏等問題，繼而進一步影響巷道的掘進效率。

2) 施工工序及工藝。

煤礦井下煤巷迎頭掘進施工中，掘進機割煤和錨桿安裝是所用時間最長的二道工序，相比而言錨桿安裝是影響巷道掘進速度的關(guān)鍵工序，由于受地質(zhì)條件、機械裝備等制約，錨桿施工多數(shù)情況下不能掘進做到掘、支平行作業(yè)，拉長了各工序的施工時間，繼而造成機械設(shè)備開機率低、工序間間斷不銜接性、工人易出現(xiàn)窩工，最終由工序工藝銜接問題導(dǎo)致循環(huán)時間加長，最終影響巷道掘進速度。

3) 施工組織管理。

在井下煤巷掘進中，施工組織管理主要涉及科學(xué)的勞動組織與基礎(chǔ)的管理制度，勞動組織和管理制度相互作用缺一不可?；谑┕l件和施工任務(wù)及要求確定合理的勞動組織，并選擇確定合理正確的勞動組織形式，繼而配備合理的工種和對應(yīng)的工人人數(shù)，充分利用所有工人，在使用過程中要體現(xiàn)出明確分工、任務(wù)落實到人，建立完善的崗位責(zé)任制，并采用措施保證各工序之間緊密銜接，盡可能采用多工序平行作業(yè)，進而提高掘進速度。在施工組織管理中還要靈活運用科學(xué)合理的技術(shù)手段和管理措施，以便更好發(fā)揮施工組織管理的優(yōu)勢。

4) 人員因素。

煤巷掘進迎頭施工人員的素質(zhì)和勞動積極性對提高施工效率起到關(guān)鍵作用。包括班隊長、工程技術(shù)人員在內(nèi)的一線人員如果對施工工序工藝不了解、實際操作水平有限、積極性不高、不懂安全操作規(guī)程時，將直接影響巷道掘進施工的安全正常進行，在該類人員因素影響下，巷道掘進不能實現(xiàn)快速高效。

5) 地質(zhì)因素。

我國煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜，影響煤巷掘進速度的地質(zhì)因素很多，如煤厚、斷層、巖性、水、瓦斯等。但不同的因素對巷道掘進速度的影響程度是不一樣的。針對不同影響因素應(yīng)對其進行科學(xué)分析并制定和采取不同措施，盡可能降低或避免地質(zhì)因素對掘進效率的影響。

3 評價指標體系的確定

采用模糊綜合評價法對煤礦掘進施工組織方案優(yōu)化效果進行評價，由于巷道掘進相對復(fù)雜，為了得到準確的評價效果分析，建立評價指標體系的時候必須遵循科學(xué)性與合理性原則、全面性與系統(tǒng)性原則、可行性與可操作性原則、針對性與獨立性原則、完備性與互補性原則、定性與定量相結(jié)合原則，在建立指標體系過程中，存在著主觀因素與客觀因素，它們之間相互聯(lián)系又相互影響，因此只有綜合兩種因素來進行指標因素的結(jié)合，并通過定性與定量相結(jié)合的分析方法，繼而實現(xiàn)評價結(jié)果的客觀真實性。

施工組織方案的優(yōu)化效果評價是一項多因素、多層次、多階段的復(fù)雜綜合性項目，利用模糊層次分析法首先要建立由目標層、準則層和指標層組成的遞進層次結(jié)構(gòu)。本文選擇煤礦掘進施工組織方案效果評價為目標層A；根據(jù)影響煤礦掘進效率的影響因素等，確定5個一級指標作為準則層B，具體包括設(shè)備因素、施工工藝及工序、施工組織管理、人員因素和地質(zhì)因素；然后對應(yīng)5個一級指標分別設(shè)置各自4個二級指標，共計20個二級指標，形成了煤巷掘進施工組織方案優(yōu)化效果評價指標體系，其層次結(jié)構(gòu)見圖1.

4 指標因素權(quán)重影響系數(shù)的確定

基于模糊層次分析法所需要的施工組織方案優(yōu)化效果因素集由圖1中二級指標構(gòu)成，利用語義學(xué)標度將施工組織方案優(yōu)化效果評價等級分別定為4個測量等級：“優(yōu)秀”、“良好”、“一般”、“差”，即評價集為D={優(yōu)秀，良好，一般，差}。相應(yīng)的等級影響描述建立表格見表1.

同時對構(gòu)建的指標因子體系，采用專家評分法構(gòu)造各個判斷矩陣，其中相對于煤巷高效掘進施工組織方案優(yōu)化效果評價目標層A，一級指標層B各個因素相對重要性比較見表2.

圖1 煤巷掘進施工組織方案優(yōu)化效果評價層次結(jié)構(gòu)圖

評價等級評語標準等級影響描述D1優(yōu)秀優(yōu)化后掘進速度明顯提升,能夠很好地完成或者是超額完成單月進尺目標D2良好優(yōu)化后掘進速度提升較快,與原方案相比單月進尺數(shù)得到增加,但未達到單月進尺目標D3一般優(yōu)化后掘進速度與原方案相比無明顯提升,單月進尺數(shù)無明顯提高D4差優(yōu)化后掘進速度與原方案相比緩慢,單月進尺數(shù)小于原方案單月進尺數(shù)

表2 一級指標層B各個因素相對重要性比較表

根據(jù)表2可以獲得一級指標和二級指標的判斷矩陣，再結(jié)合求根法求解特征值的近似值方式依據(jù)判斷矩陣確定指標因素權(quán)重，權(quán)重層次示意表見表3.

基于各個因素的權(quán)重影響系數(shù)，采用調(diào)查表法對掘進作業(yè)人員以及相關(guān)技術(shù)人員進行統(tǒng)計，得到單因素評價結(jié)果。根據(jù)單因素評價結(jié)果可以分別得到二級指標的主因素模糊矩陣。結(jié)合模糊綜合評判公式可以得到各個二級指標的模糊綜合評價向量，再進行歸一化處理可以得到二級指標的主因素評價矩陣，再對綜合評價向量進行歸一化處理參照評價集即可獲取評價結(jié)果。

5 結(jié) 論

分析了模糊層次分析法的基本原理，闡述了建立評價指標體系的原則。同時在分析影響煤礦高效掘進因素的基礎(chǔ)上，以煤礦煤巷高效掘進施工組織方案優(yōu)化效果評價為目標層，選取設(shè)備因素、施工工藝及工序等5個一級指標作為準則層，然后對應(yīng)5個一級指標分別設(shè)置各自二級指標，共計20個，從而建立了煤巷掘進施工組織方案優(yōu)化評價指標體系，并確定了指標因素權(quán)重影響系數(shù)。

表3 權(quán)重層次示意表

[1] 費妮娜，陳向明．模糊綜合評價模型的比較[J]．河南教育學(xué)院學(xué)報，2010，19(3)：12-14.

[2] 孫建華．基于煤礦的多層次模糊綜合安全評價方法[J]．煤礦安全，2009，40(5)：125-129.

[3] 郭金玉，張忠彬，孫慶云.層次分析法的研究與應(yīng)用[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2008,18(5):148-153.

[4] 李樹剛，成連平，許晨霞，等.層次分析法在煤礦安全投入中的應(yīng)用[J].煤礦安全，2009(11):123-126.

[5] 曹 凱，王德明.基于層次分析法的礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評價指標[J].煤礦安全，2010(5):43-46.

[6] 王 旭，霍德利.模糊綜合評價法在煤礦安全評價中的應(yīng)用[J].中國礦業(yè),2008，17(5):75-78．

[7] 陸 剛,韓可琦,肖桂彬.礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性的模糊綜合評價[J].采礦與安全工程學(xué)報,2008(2):244-247.

ResearchonAssessmentIndexSystemforOptimizationofConstructionOrganizationinCoalRoadwayDriving

CUILinzhu

The paper analyses the basic principle of fuzzy analytic hierarchy process (FAHP), proposes the principle for establishing an assessment system of optimized construction organization plan. Based on the analysis of the factors influencing the tunneling efficiency of coal roadway, taking the assessment of the optimization effect of the construction program for high-efficiency excavation in coal mine as the target level, 5 first-level indexes are selected as the guideline layer, and 20 second-Level indicators corresponding to the 5 first-level indexes are selected, the coal tunneling construction organization optimization program of evaluation index system is initial established, and the index factor weight influence coefficient determined.

Fuzzy analytic hierarchy process; Coal roadway; Driving efficiency; Assessment index system

2017-08-14

崔林柱(1976—)，男，山西繁峙人，2010年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)，工程師，主要從事煤礦技術(shù)管理工作

(E-mail)85210399@qq.com

[TD-9]

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1672-0652(2017)11-0022-04