深井煤巷掘進(jìn)影響因素分析及施工優(yōu)化

馬小輝，程洪濤，白 楊，葛志會(huì)

(陜西彬長(zhǎng)孟村礦業(yè)有限公司，陜西 咸陽(yáng) 712000)

0 引言

巷道掘進(jìn)是煤炭生產(chǎn)中基礎(chǔ)性的環(huán)節(jié)，對(duì)于巷道掘進(jìn)的工序和時(shí)序優(yōu)化將對(duì)煤炭生產(chǎn)的改善起到不可忽視的作用[1 -4]。近年來，國(guó)內(nèi)巷道掘進(jìn)技術(shù)研究取得一定成就，使得掘進(jìn)速度得到快速提高，由于相應(yīng)的配套管理跟不上，使得掘進(jìn)速度和效率仍有很大的提升空間[5]。因此，按照原煤生產(chǎn)的過程或采煤工藝流程進(jìn)行科學(xué)地組織分工與協(xié)作，使之成為相互協(xié)調(diào)的統(tǒng)一整體，不斷調(diào)整和改善勞動(dòng)組織形式，合理地進(jìn)行勞動(dòng)組織對(duì)提高掘進(jìn)效率有著至關(guān)重要的作用。

為響應(yīng)國(guó)家政策，有效提高勞動(dòng)效率，實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)和高效生產(chǎn)，煤礦及相關(guān)企業(yè)越來越重視對(duì)勞動(dòng)組織形式、結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化研究。劉晉歌等[6]為實(shí)現(xiàn)科技減人、安全提效，積極開展采煤專業(yè)勞動(dòng)組織優(yōu)化研究，提出將綜采區(qū)隊(duì)進(jìn)行分流，勞動(dòng)組織變?yōu)椤耙凰亩摺敝频慕M織結(jié)構(gòu)；尹兵等[7]從優(yōu)化采煤勞動(dòng)組織方面對(duì)其進(jìn)行實(shí)踐探索，提出“五班四運(yùn)轉(zhuǎn)制”，增加原煤產(chǎn)量，提高采煤生產(chǎn)效率；宋發(fā)銀[8]對(duì)提高掘進(jìn)單進(jìn)水平進(jìn)行探索，提出優(yōu)化勞動(dòng)組織管理，提高勞動(dòng)工效的具體措施，從而保證工人安全與高效施工。陳瑞杰[9]對(duì)組織優(yōu)化方面進(jìn)行研究，提出“二九一六”的作業(yè)模式，減少員工上下班的交接時(shí)間，提高實(shí)際作業(yè)時(shí)間，顯著提升井下巖巷掘進(jìn)的效率和質(zhì)量。

上述對(duì)于優(yōu)化勞動(dòng)組織的研究，均通過礦井實(shí)際情況與經(jīng)驗(yàn)判斷相結(jié)合的方式分析其影響掘進(jìn)效率的因素，存在對(duì)影響因素分析不明確、不充分的問題。通過多層次模糊分析法來分析孟村煤礦回采巷道綜掘期間影響掘進(jìn)效率的因素，充分考慮每個(gè)因素對(duì)礦井生產(chǎn)的影響，利用科學(xué)的方法分析具體因素影響程度的大小，明確需要優(yōu)化的內(nèi)容，針對(duì)性地提出提升礦井掘進(jìn)效率的措施，形成一套適用于孟村煤礦4號(hào)煤層地質(zhì)生產(chǎn)條件的勞動(dòng)組織及循環(huán)作業(yè)技術(shù)體系，在提高掘進(jìn)速度，加快工作面的形成、實(shí)現(xiàn)減人提效、安全生產(chǎn)等方面具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程背景

401104工作面為401盤區(qū)的第4個(gè)回采工作面，距離井田東部邊界594～624 m。該工作面掘進(jìn)期間，共設(shè)計(jì)3條巷道，分別為回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷和措施巷，平面布置如圖1所示。

目前依據(jù)礦井的采掘接續(xù)設(shè)計(jì)，礦井掘進(jìn)401104工作面運(yùn)輸巷，預(yù)計(jì)竣工時(shí)間為2022年10月。巷道掘進(jìn)期間使用EBZ-200型綜掘機(jī)一次成巷的施工方法，勞動(dòng)組織方式為“三八”作業(yè)制，規(guī)定日進(jìn)尺為每日1.4 m，由于礦井生產(chǎn)中的管理問題、設(shè)備問題和工藝問題等因素的限制，實(shí)際每日掘進(jìn)距離遠(yuǎn)低于目標(biāo)要求，按照現(xiàn)有的勞動(dòng)組織與作業(yè)方式將無法達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，因此亟需對(duì)其勞動(dòng)組織結(jié)構(gòu)及形式作出優(yōu)化調(diào)整，提升掘進(jìn)效率。

圖1 401104工作面平面布置示意Fig.1 Layout plan of 401104 working face

2 現(xiàn)場(chǎng)跟班調(diào)研

以403109工作面跟班調(diào)研情況為背景，分析目前礦井內(nèi)存在的掘進(jìn)影響因素，進(jìn)而優(yōu)化401104工作面勞動(dòng)組織及正規(guī)循環(huán)作業(yè)圖表，實(shí)現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)和高效生產(chǎn)的目標(biāo)。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研過程中，通過與工人、帶班領(lǐng)導(dǎo)及安檢員交談，得到的信息是：長(zhǎng)期的拖班作業(yè)使得工人作業(yè)積極性不高，工作態(tài)度不端正。區(qū)隊(duì)工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)不到位，驗(yàn)收員等“四員兩長(zhǎng)”職責(zé)不明晰，帶班班長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)作用發(fā)揮不到位，持續(xù)進(jìn)行班組支護(hù)、掘進(jìn)手把手作業(yè)，無時(shí)間督促其他班組成員作業(yè)進(jìn)度。且現(xiàn)場(chǎng)人員嚴(yán)重不足，工作空間大，建議增加鉆具數(shù)量及人員配備，該零點(diǎn)班凌晨3點(diǎn)之后，掘進(jìn)迎頭僅有6人在支護(hù)作業(yè)。

2.1 掘進(jìn)日進(jìn)尺情況

根據(jù)跟班調(diào)研情況，2020年5月18日—2020年5月21日403109工作面運(yùn)輸巷道日進(jìn)尺速度緩慢，預(yù)計(jì)該月進(jìn)尺為60～70 m左右，與作業(yè)規(guī)程規(guī)定的目標(biāo)進(jìn)尺120 m有較大差距，僅完成目標(biāo)的50%～60%。

2.2 掘進(jìn)工序調(diào)研

根據(jù)跟班調(diào)研所得工序用時(shí)記錄情況，可以得出掘進(jìn)工序時(shí)間安排及工序時(shí)間占比情況，在此基礎(chǔ)上對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)工序用時(shí)，并根據(jù)實(shí)際井下跟班調(diào)研掘進(jìn)影響情況。其中，403109工作面運(yùn)輸巷道跟班調(diào)研掘進(jìn)工序耗時(shí)見表1。

表1 支護(hù)工序循環(huán)時(shí)間

2.3 勞動(dòng)組織管理

工作面作業(yè)方式為“三八”制作業(yè)，勞動(dòng)組織時(shí)間分成8點(diǎn)班、4點(diǎn)班和0點(diǎn)班，每班作業(yè)8 h，工種包括班長(zhǎng)、綜掘機(jī)司機(jī)，打眼支護(hù)工等10余類，工作面勞動(dòng)組織方式見表2。

表2 403109工作面勞動(dòng)組織方式

2.4 調(diào)研結(jié)果

由跟班記錄情況反映可得：支護(hù)工序繁雜占用時(shí)間過長(zhǎng)，支護(hù)效率偏低；交接班混亂，職責(zé)不清，拖班問題嚴(yán)重；系統(tǒng)可靠性較低，如皮帶卡停、偏移，工作面停電等；作業(yè)人員不足，缺乏施工經(jīng)驗(yàn)，作業(yè)生疏；由于卸壓鉆老化且水壓不足，工作效率低下，幫部卸壓滯后。

3 掘進(jìn)影響因素分析

3.1 影響因素確定

通過跟班情況，基本確定403109運(yùn)輸巷道掘進(jìn)影響因素。在此基礎(chǔ)上將403109運(yùn)輸巷道影響因素進(jìn)行分類，可分為內(nèi)部原因與外部原因，在內(nèi)部原因中，從管理問題、設(shè)備問題、工藝問題和自然條件4個(gè)方面分析，共找出14個(gè)終端因素，即人員不足、職責(zé)不清、責(zé)任心不強(qiáng)、經(jīng)驗(yàn)不足、拖班嚴(yán)重、工藝銜接性不強(qiáng)、支護(hù)時(shí)間過長(zhǎng)、工藝繁瑣、交接班不規(guī)范、掘進(jìn)機(jī)故障、鉆機(jī)故障、錨桿脫錨、地質(zhì)條件復(fù)雜和勞動(dòng)環(huán)境差。外部原因有2個(gè)終端因素：皮帶卡停、斷裂，工作面停電。

3.2 層次分析法

建立影響因素評(píng)價(jià)的層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。多層次模糊綜合評(píng)估法是層次分析法、模糊評(píng)價(jià)方法的結(jié)合，其基本步驟為：構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；確定指標(biāo)隸屬等級(jí)；確定指標(biāo)權(quán)數(shù)W，建立關(guān)系矩陣R；計(jì)算模糊綜合成值；進(jìn)行模糊綜合評(píng)估。

圖2 影響因素評(píng)價(jià)的層次結(jié)構(gòu)Fig.2 Hierarchical structure of influencing factor evaluation

3.2.1 確定評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重

在建立層次結(jié)構(gòu)和指標(biāo)的基礎(chǔ)上，利用層次分析模型進(jìn)行評(píng)價(jià)。首先要確定影響因素評(píng)價(jià)準(zhǔn)則：在模糊綜合評(píng)價(jià)中，評(píng)價(jià)準(zhǔn)則一般只能通過模糊語(yǔ)言直接對(duì)影響因素的等級(jí)進(jìn)行評(píng)判。評(píng)價(jià)等級(jí)的劃分一般根據(jù)一定的權(quán)重區(qū)間事先予以確定，對(duì)于不同的評(píng)價(jià)主體，可依據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際情況合理規(guī)定，沒有固定的標(biāo)準(zhǔn)。

評(píng)價(jià)影響因素等級(jí)：根據(jù)前述要因與非要因影響因素，將其劃分為5級(jí)，即低影響t1、較低影響t2、中等影響t3、較高影響t4和高影響t5，其影響度取值范圍分別為(0，0.2)，(0.2，0.4)，(0.4，0.6)，(0.6，0.8)和(0.8，1)，從而構(gòu)成該進(jìn)順巷道掘進(jìn)影響因素評(píng)估準(zhǔn)則集：T=(t1，t2，t3，t4，t5)。

影響因素隸屬度向量：根據(jù)巷道掘進(jìn)實(shí)際情況并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，進(jìn)行跟班人員已確定潛在影響因素16項(xiàng)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立影響因素綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并對(duì)該影響等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。在影響因素分析的基礎(chǔ)上，通過兩兩比較對(duì)各影響因素進(jìn)行重要程度分析。通過統(tǒng)計(jì)分析，建立影響因素與指標(biāo)判斷矩陣，并對(duì)其影響程度評(píng)分，得出影響隸屬度矩陣，見表3。

表3 影響因素隸屬度矩陣

3.2.2 確定底層指標(biāo)對(duì)于上一層的權(quán)重

就第3層指標(biāo)相對(duì)于第2層指標(biāo)的重要性給予排序，并合理確定權(quán)重見表4。

表4 權(quán)重向量(B-C)

第2層對(duì)于第1層的重要程度向量見表5。第1層對(duì)于總目標(biāo)的權(quán)重向量見表6。

表5 權(quán)重向量(A-B)

表6 總目標(biāo)權(quán)重向量

由此求出各部分的影響程度，見表7。

表7 工序影響程度

對(duì)各因素影響程度進(jìn)行具體細(xì)化，可以得到第2層、第3層各因素對(duì)巷道掘進(jìn)影響程度，分別如圖3、4所示，其中深色部分為涉及勞動(dòng)組織方面的影響因素。

圖3 第2層各因素影響程度Fig.3 Impact degree of each factor on the second level

采用多層次模糊綜合評(píng)價(jià)方法選擇掘進(jìn)巷道掘進(jìn)速度影響因素評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型，各因素對(duì)巷道掘進(jìn)速度影響程度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，針對(duì)礦井目前存在的勞動(dòng)組織問題，結(jié)合前期調(diào)研分析可得：影響巷道掘進(jìn)速度的主體因素占75%，附屬因素占25%，主體因素決定巷道的掘進(jìn)進(jìn)度；管理因素(主要是人員不足)是除支護(hù)因素外占比最高的，對(duì)礦井掘進(jìn)效率影響重大；在第3層管理因素中人員不足、拖班嚴(yán)重和責(zé)任心不強(qiáng)是影響巷道掘進(jìn)的主要因素，其次為職責(zé)不清、交接班不規(guī)范問題。

圖4 第3層各因素影響程度Fig.4 Impact degree of each factor on the third level

通過對(duì)403109運(yùn)輸巷道掘進(jìn)勞動(dòng)組織影響因素分析，其關(guān)鍵影響因素為人員不足、拖班嚴(yán)重和責(zé)任心不強(qiáng)。

4 優(yōu)化設(shè)計(jì)

由前期現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及影響因素分析可得影響巷道掘進(jìn)速度的因素分為主要影響因素和附屬影響因素，主要影響因素如割煤、運(yùn)輸、支護(hù)等，附屬因素如管理因素和其他偶然性因素等。

由上述分析可知，在影響巷道掘進(jìn)的因素中，人員不足、經(jīng)驗(yàn)不足、掘進(jìn)機(jī)故障、支護(hù)工藝繁瑣、支護(hù)施工時(shí)間長(zhǎng)、銜接性不強(qiáng)、拖班嚴(yán)重、皮帶卡停等是影響進(jìn)尺量的主要因素。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)性優(yōu)化施工工藝，優(yōu)化工序組織，盡量平行作業(yè)，調(diào)整班組人員，加強(qiáng)設(shè)備檢修，加強(qiáng)管理規(guī)范，在安全生產(chǎn)的前提下，可有效提高巷道掘進(jìn)效率及進(jìn)尺量。

4.1 勞動(dòng)組織

根據(jù)以上掘進(jìn)影響因素分析的結(jié)果可知，原有的井下作業(yè)存在人員嚴(yán)重不足的情況，在冊(cè)人數(shù)與實(shí)際出勤人數(shù)有著巨大差距，未能充分利用現(xiàn)有的人力資源進(jìn)行施工，且拖班現(xiàn)象嚴(yán)重，無法保證施工效率和每月預(yù)期目標(biāo)的完成。因此，對(duì)原有的勞動(dòng)組織方式進(jìn)行優(yōu)化，見表8。

施工總?cè)藬?shù)從原有的89人減少至81人，響應(yīng)了減人提效國(guó)家政策要求；原有在冊(cè)支護(hù)人數(shù)從28人減少至19人，出勤人數(shù)從13人降至12人，對(duì)人員組織施工進(jìn)行合理分配，提高作業(yè)人員出勤率，充分高效利用人力資源；班長(zhǎng)人數(shù)從4人上升至8人，由班長(zhǎng)帶頭調(diào)動(dòng)井下作業(yè)人員的積極性，托班嚴(yán)重、職責(zé)不清等管理問題可有效得到解決；技術(shù)員人數(shù)從3人上升至4人，技術(shù)員跟班監(jiān)督，針對(duì)施工人員經(jīng)驗(yàn)不足，工藝銜接性差等問題進(jìn)行及時(shí)糾正。

表8 勞動(dòng)組織表

4.2 正規(guī)循環(huán)作業(yè)

采用“三八制”作業(yè)制度，在原有作業(yè)循環(huán)基礎(chǔ)上，對(duì)以前工作面實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)跟班調(diào)研加以核實(shí)修改，制定新的作業(yè)循環(huán)如圖5所示，優(yōu)化內(nèi)容為：臨時(shí)支護(hù)和永久支護(hù)時(shí)長(zhǎng)由原先的30 min、210 min降低為10 min和110 min，支護(hù)效率大幅度提升，掘進(jìn)效率明顯改善；掘進(jìn)總時(shí)長(zhǎng)從原先530 min一循環(huán)，降至240 min一循環(huán)，滿足1班掘進(jìn)2個(gè)循環(huán)的目標(biāo)要求，提高掘進(jìn)日進(jìn)尺，加快工作面的形成。

圖5 正規(guī)循環(huán)作業(yè)圖表Fig.5 Regular cycle operation chart

5 結(jié)語(yǔ)

(1)通過現(xiàn)場(chǎng)跟班調(diào)研的情況對(duì)403109工作面運(yùn)輸巷道掘進(jìn)影響因素進(jìn)行層次分析，確定影響巷道掘進(jìn)因素，并針對(duì)勞動(dòng)組織問題進(jìn)行主要分析。

(2)以影響因素分析結(jié)果為基礎(chǔ)，優(yōu)化401104工作面運(yùn)輸巷道掘進(jìn)的勞動(dòng)施工組織，并對(duì)勞動(dòng)循環(huán)作業(yè)圖表進(jìn)行重新優(yōu)化編制，保證正規(guī)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)。

(3)在原有作業(yè)循環(huán)基礎(chǔ)上，制定出新的作業(yè)循環(huán)圖表，采用“三八”制作業(yè)，3班掘進(jìn)，早班1個(gè)循環(huán)，中班、夜班各2個(gè)循環(huán)，每循環(huán)1.4 m。

在401104工作面掘進(jìn)過程中，臨時(shí)支護(hù)和永久支護(hù)時(shí)長(zhǎng)由原先的30 min、210 min降低為10 min和110 min，支護(hù)效率大幅度提升。掘進(jìn)總時(shí)長(zhǎng)從原先530 min一個(gè)循環(huán)，降至240 min一個(gè)循環(huán)，滿足1班掘進(jìn)2個(gè)循環(huán)的目標(biāo)要求。