涂興子郭春生李海洋

(1.中國平煤神馬集團,河南省平頂山市,467000; 2.河南理工大學能源科學與工程學院,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)化及應用?

涂興子1郭春生1李海洋2

(1.中國平煤神馬集團,河南省平頂山市,467000; 2.河南理工大學能源科學與工程學院,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、制約采掘接替的問題,對現(xiàn)有綜合機械化掘進成巷工序進行改造,優(yōu)化了破巖、排矸和支護三道主要工序,并在現(xiàn)場對其主要工序工時進行多周期實測,采用額定工時制定法得出各工序標準工時,對掘進循環(huán)作業(yè)圖表進行優(yōu)化,提高了正規(guī)循環(huán)率,加快了掘進速度。

巷道掘進 綜合機械化掘進 快速掘進 掘進工序優(yōu)化 標準工時

1 工程概況

中平能化集團首山一礦己15－17開采煤層為突出危險性煤層,該煤層地壓大,瓦斯治理難度大。為抽采瓦斯、減少地應力、消除突出危險性,保證礦井正常接替,在己15－17－12061工作面下方實施己15－17－12061機巷抽放巷。為提高巷道掘進速度,保證預抽期,礦井開展巖巷掘進工藝優(yōu)化研究,優(yōu)化掘進體系。

己15－17－12061機巷抽放巷位于己二采區(qū)西翼中上部溝李豐斷層東翼,考慮瓦斯抽放、便于掘進及維護等因素,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。巷道開口位于己15－17－12061區(qū)段排矸道與己15－17－12061機巷抽放巷外段交岔點南部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)

綜合機械化掘進過程中合理的施工工藝和勞動組織方式是實現(xiàn)巖巷快速掘進的關(guān)鍵因素,破巖、排矸、支護三大工序及三者的時空關(guān)系是制約快速成巷的主要因素。研究綜掘自動化破巖技術(shù)、連續(xù)出矸系統(tǒng)及支護技術(shù),確定合理的施工工藝及勞動組織方式,揭示三大工序之間的邏輯結(jié)構(gòu)及時空分布規(guī)律是綜掘快速成巷的重要保證。

2.1 掘進機破巖技術(shù)

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

2.1.1 改進防塵技術(shù)

巖巷掘進粉塵降低工作面可見度,嚴重制約破巖效率,為了保證除塵效果,除采用長壓短抽通風方式外,同時改進、增加兩道除塵技術(shù),主要包括:

(1)改進掘進機外噴霧系統(tǒng),研制的新型外噴霧噴嘴結(jié)構(gòu)見圖1,該裝置具有射程大、霧化性好的優(yōu)勢。

圖1 改進后的外噴霧頭結(jié)構(gòu)

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

2.1.2 優(yōu)化硬巖掘進技術(shù)

由于己15－17－12061機巷抽放巷巖性和巖層分布不同,掘進機割巖會采取不同的進刀方式,在進刀時嚴格按照掘進機操作方式和截割方法進行。對于超硬巖層,為了保護截割頭的安全與加快掘進速度,可采用放震動炮的方式推進,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)域及每個炮眼間隔尺寸如圖2所示,根據(jù)現(xiàn)場實際情況可以適當調(diào)整炮眼排數(shù)及切割范圍大小,每個炮眼深1.2～1.6 m,裝一藥卷即可,施工時應先切割軟巖再放震動炮。

圖2 掘進工作面硬巖掘進方式布置圖

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致破巖能力與運輸能力出現(xiàn)不匹配的現(xiàn)象,矸石運輸環(huán)節(jié)成為制約巖巷掘進速度的主要因素之一。針對這一問題,在總結(jié)現(xiàn)場經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,形成了一套獨立完整的裝巖排矸系統(tǒng),該系統(tǒng)最大特點是將臨時儲矸倉引入到原排矸線路當中,能夠?qū)崿F(xiàn)破巖與排矸平行作業(yè),達到集中、連續(xù)排矸效果。系統(tǒng)由掘進機、轉(zhuǎn)載機、帶式輸送機、臨時儲矸倉、耙裝機、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),在臨時儲矸倉后部線路出現(xiàn)故障時仍能夠開機作業(yè);當儲矸倉前部路線故障時,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)運轉(zhuǎn),提高排矸和掘進效率。

圖3 掘進巷道裝巖排矸設(shè)備布置圖

2.3 巖巷快速掘進支護工藝

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

為了保證臨時支護的速率和保證支護的安全性,支護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機停機前通過掘進機切割頭清理出的平整堅硬區(qū)域,這樣能夠迅速定位支護,減少支護時間。臨時支護要在掘進機割巖后及時進行,緊跟掘進工作面。

圖4 巷道臨時支護方式

永久支護通過平行作業(yè)節(jié)省支護時間。要求頂部錨桿在臨時支護完成后及時實施,兩幫永久支護可滯后頂板支護一定距離,錨索支護可滯后掘進機破巖平行作業(yè)。錨桿采用高強樹脂錨桿,錨桿型號、間排距通過計算確定,巷道支護布置如圖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,間排距為2400 mm×1600 mm,二二布置;錨桿采用?20 mm×2000 mm強樹脂錨桿,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)可由配套掘進隊集中進行,噴漿與切割巖石或打頂部錨桿支護平行作業(yè)。

圖5 巷道支護示意圖

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,在組織掘進工作面工序時,應以破巖、裝巖和支護3個工序為主,合理安排各工序,盡量使其進行平行作業(yè),以縮短單個循環(huán)的作業(yè)時間,提高掘進速度。

3.1 循環(huán)作業(yè)圖表工時確定

利用工業(yè)工程理論中的工作研究理論和生產(chǎn)計劃控制理論對綜掘施工工序的操作動作、時間進行優(yōu)化分析,使整個綜掘系統(tǒng)處于最佳的工作狀態(tài),減少因現(xiàn)場組織混亂而導致的工序沖突或材料尋找時間,增加有效工作時間,減少無效操作。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,提高掘進效率。

3.1.1 巖巷掘進主要工序標準工時的制定

經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計,在巖巷掘進中,交接班、掘進準備工作、掘進機破巖、臨時支護、永久支護和自檢為順序作業(yè),作為影響掘進效率的主要工序,其他工序可與上述工序平行作業(yè),因此對順序作業(yè)工序進行現(xiàn)場觀測統(tǒng)計。根據(jù)工業(yè)工程中的額定工時制定方法,對觀測的數(shù)據(jù)進行整理,采用二倍標準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。其原理為對順序作業(yè)施工各工序的n次實測作業(yè)時間進行平均,計算公式為:

n——綜掘順序作業(yè)中單個工序觀測次數(shù);

Xi——第i次觀測時間數(shù)據(jù)。

則其標準偏差可以表示為:

式中:σ——綜掘順序作業(yè)中單個工序n次觀測時間標準差。

由于施工干擾因素的不確定性,需要對觀測異常數(shù)據(jù)剔除。制定各工序標準工時所需要的正常值也即其置信區(qū)間可設(shè)置為(－2σ,＋2σ),超過這個范圍的觀測數(shù)據(jù)視為異常值,具體的時間范圍如圖6所示。

圖6 巖巷綜掘各工序正常值管制界限

對剔除異常值后的觀測數(shù)據(jù)進行算術(shù)平均值計算,就可得到巖巷掘進各工序的實際操作時間。

3.1.2 主要工序標準工時的評定和計算

為了在整個工作過程更好地反映工人的實際操作時間,在進行標準工時的額定過程中,一般要考慮工人的正常生理或其他因素的影響時間,比如正常的個人生理需要或布置任務等所需要的時間,在這里都指寬放時間。最后制定的標準工時的計算公式為:

式中:α——標準工時評定系數(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)。

通過評定系數(shù)計算標準工時:

式中:t——標準工時;

tg——現(xiàn)場觀測時間;

α——標準工時評定系數(shù);

β——放寬率。

3.1.3 12061機巷抽放巷主要工序標準工時定額的確定

依據(jù)上述原理確定掘進標準工時,對各道順序作業(yè)工序時間進行10次測量,評定系數(shù)根據(jù)相關(guān)參考文獻選取,計算所得評定系數(shù)為0.98,在放寬率為10%的情況下,得出首山一礦己15－17－12061機巷抽放巷各主要工序標準工時定額如表1所示。

表1 己15－17－12061機巷主要工序優(yōu)化標準工時min

3.2 循環(huán)作業(yè)圖表優(yōu)化

首山一礦己15－17－12061巷掘進調(diào)整后的主要工序為:交接班→掘進準備工作→掘進機割矸→敲幫問頂→臨時支護→永久支護→清矸及其他輔助工序→驗收。根據(jù)對目前施工隊伍的工序操作水平進行測量的結(jié)果,考慮多工序平行作業(yè)的可能性,并對上述工序作四舍五入處理為整數(shù)時間,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),礦井通過改進巷道除塵技術(shù)和硬巖破巖技術(shù)提高巷道破巖效率;增加臨時儲矸倉改進排矸路線,保證持續(xù)排矸能力;通過簡化臨時支護方式及預留支柱落柱點,強化永久支護平行作業(yè)優(yōu)化支護工序,有效提高掘進速率。

(2)確定礦井“三八制”工作制度,通過對現(xiàn)場主要工序工時進行多周期實測,采用額定工時制定法得出各工序標準工時,在保證工序銜接與工序最優(yōu)平行的前提下,對掘進循環(huán)作業(yè)圖表進行優(yōu)化。現(xiàn)場試驗證明,優(yōu)化后的勞動組織方式提高了正規(guī)循環(huán)率,實現(xiàn)了最高月進尺300.5 m,保證了采掘正常接替。

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

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

[3] 馬立強,張東升等.深井大斷面巖巷快速掘進機械化作業(yè)線配置[J].煤炭科學技術(shù),2009(8)

[4] 王國威.淺談提高巖巷掘進速度[J].采礦技術(shù), 2005(2)

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

[6] 要擇強.大斷面巖巷下山快速施工試驗[J].中國煤炭,2008(8)

[7] 趙宏偉.煤礦巖巷快速掘進技術(shù)研究與應用[J].中國煤炭,2012(8)

[8] 傅武雄.標準工時制定與工作改善[M].廈門:廈門大學出版社,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,教授級高工,從事煤礦開采技術(shù)研究和生產(chǎn)管理工作。

(責任編輯 張毅玲)

河南省教育廳科學技術(shù)研究重點項目(14A440004)