基于精益化管理的煤矿掘进联巷最佳间距计算研究

王富强

（神华神东煤炭集团公司 上湾煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017209）

以神东煤炭集团上湾煤矿为例，2011年该矿经对试运行的设备运行及效能管理系统（MES）分析，并经国际资讯公司麦肯锡诊断分析，该矿设备综合利用率还有一定提升空间，一些工程设计参数（例如掘进工作面联巷间距仍凭经验确定）有待合理完善、精确化、科学化。

根据连采生产组织、材料消耗、队伍能力建设、现场管理、科技创新、知识系统管理文化建设等方面分析[1，2]，需要结合七大浪费（等待浪费、检修浪费、生产过程浪费、不良品浪费、生产组织浪费、人力资源浪费、运营效率浪费）制约连采效率提升的不利因素。其中最重要的是时间浪费，因此，计算合理的联巷间距可提升连采掘进效率、降低掘进中的设备时间等待浪费，也是实现煤矿精益化管理的重要措施。

1 研究对象介绍

1.1 工作面介绍

以神华神东上湾煤矿三盘区12上煤303掘进面为例，采取胶运、辅运双巷掘进，胶运顺槽施工长度1637.6 m；辅运顺槽施工长度1 637.6 m；按照经验[3]，顺槽间共有31个联巷共计569.5 m，三盘区12上煤303采面移变绕道共计113 m；回风措施巷、措施巷措施巷调车硐室共计169 m；主、辅回撤通道及联巷共计633 m；回撤通道内探巷、调车硐室共计92 m；303综采工作面切眼、2个端头支架架窝、机窝、4个调车硐室共计349 m；2个临时水仓共计12m；施工总量5212.7m。

1.2 掘进工艺介绍

1）落煤。①切槽采垛：采用连采机截割煤和装煤。每次掘进巷道前，司机先开动连采机调整在巷道前进方向左侧，并按激光线确定位置（激光线距巷道左帮3.2 m）。开始向前方煤壁切割直至割入深度达一个循环进度，即为切槽；然后退出连采机，再调整到巷道右侧，开始截割剩余部分，即为采垛。连采机是以切槽和采垛工序完成巷道掘进[2]。②截割方式：无论切槽还是采垛、连采机截割时，先将连采机截割头调整至巷道顶部，将截割头切入煤体[3]，然后逐渐调整截割头高度，由上向下截割煤体，当割到巷道底板时，连采机稍向后退，割完底煤，使巷道底板平整，并装完余煤，再将截割头调整在巷道顶板，接着进行下一个循环，这样循环进行，直至进尺达到一个循环进度时，才将连采机移到下一条巷道作业。

2）装煤。采用连采机自装煤方式，连采机割煤时煤落入收集头上，装在收集头上的圆盘耙爪连续运转，将煤装入中部运输机，可将煤装卸到搭接在连采机后面的梭车内。

3）运煤。选用美国JOY公司10SC32-48B-5梭车完成，由梭车、给料破碎机、顺槽皮带共同完成煤炭运输。

4）清理浮煤。选用UN488型铲车清理巷道内的浮煤、淤泥，保证巷道干净、畅通；每个掘进循环完毕后清理巷道内的浮煤。

5）联巷掘进及抹角要求。303采面胶辅运顺槽掘进区段的净煤柱为18 m。掘进时从胶运顺槽开口抹角掘进联巷，联巷宽5m、高3.4m，正常情况下联巷分两次贯通。联巷开口抹角不大于4 m×4 m、控制在3.5 m×3.5 m，其他抹角满足正常生产需要及梭车拐弯即可，不大于3m×3m、控制在2m×2m。准备用作胶轮车调车联巷的需要提前安排抹大角，确保正常行车。

2 确定求解目标和已知条件

2.1 确定求解目标

求解X（第n与第n+1联巷最佳距离），保证煤机、梭车、给料破碎机处于最佳匹配状态，减少和消除等待耗时。掘进面设备位置图，见图1。

图1 掘进面设备位置图

2.2 基本参数

巷道长度L=1 620 m，双巷掘进，联巷长度18 m，循环长度11 m，联巷长度范围：20＜X＜80；褐煤密度ρ=(1.3～1.4g)/cm3=(1.3～1.4)t/m3。

12CM15-10D（变频）连采机额定割煤生产能力Ql=（15～27）t/min(随地质条件变化而变化)；结合实际考虑工程质量修边耗费时间gl=（6～15）t/min。

JOY10SC32-48B-5梭车卸煤时间 Ts=（30～45）s，结合实际取Ts=38 s；梭车额定行走速度Vem=7.2 km/h，Vek=8km/h；考虑到联巷拐角结合实际Vs=126 m/min=2.1 m/s；连采机额定运输能力：Pl=27 t/min；梭车载重能力Qs=18t。

3 求解计算方法

3.1 微观计算方法

1）计算梭车装载时间：Tz=Qs/PL=18/27=40s。

2）计算煤机割煤时间：Tm=Qs/gl=18/（6～15）=（1.2～3）min=（72～180）s。

据实际取均值Tm=126s，Tm＞Tz（边割煤边给梭车装煤），耗时不考虑。

3）列方程：2×（15+18+X）/Vs=Tm-Ts.

4）把各参数代入方程求解：X=（Tm-Ts）×Vs/2-33=（126-38）×2.1/2-33=57.3m。

5）解答结果说明：割煤生产能力QL=8.6 t/min、梭车行走速度Vs=2.1 m/s、梭车卸煤时间Ts=38 s的情况下，联巷最佳长度约为58 m；在此需要说明的是：联巷长度随地质条件[4]（煤层硬度影响连采机割煤生产能力）的改变而改变。

6）采样，不同条件下所对应的求解目标结果，如表1所示。

表1 不同地质条件下对应的联巷间距

3.2 宏观计算方法

1）分析掘进耗时：巷道掘进总耗时：TZ=T1+T2+T3。其中，T1为巷道掘进生产耗时与地质条件煤质硬度有关，为生产性耗时；T2为开联巷耗时，与联巷数量有关，而联巷数量与联巷长度X有关；T3为非生产耗时，例如倒机耗时等。

2）寻求平衡点：即TZ最小时的X值。T2、T3为相互制约的矛盾约束条件[5]，T2大就会变小，T3大T2就会变小，寻求平衡点即为最佳联巷距离。

3）计算：掘进速度：Vs=4 m/h；T1=2L/Vs.

倒机次数耗时函数：tn=40+11n/3（n 为整数，n≥2）.

令 T3=T2，则令 n=4，则 X=4.72×11=51.92≈52m。

4）答案分析：当前地质条件下，最佳联巷间距约为52m。联巷间距会随地质条件的变化而变化，不同的地质条件决定了联巷间距的最佳距离。

4 结束语

基于精益化管理思想，为了提升上湾煤矿连采面的掘进效率，首先进行目标确定，分析了制约目标实现的边界约束条件。计算过程中采用了微观分析和宏观分析的两种算法，计算结果符合实际情况，表明了计算方法的科学性和实用性，它比以往的经验法更加科学、精益、合理，具有推广意义。实际计算中应把这两种方法结合起来。再者，现场的实际状况和地质条件不同，计算结果不尽相同，计算过程中，也应与现场实际紧密结合起来。

[1]杨爱军.煤矿采矿新技术应用探究[J].经营管理者，2012(09):375.

[2]Tan Guan-zheng,He Huan,Sloman Aaron.Global optimal path planning for mobile robot based on improved Dijkstra algorithm and ant system algorithm[J].Journal of Central South University of Technology,2006（1）：22-24.

[3]张美玉,黄翰,郝志峰,杨晓伟.基于蚁群算法的机器人路径规划[J].计算机工程与应用，2005(25):34-35.

[4]张志礼,柴建设,姜之骏.采矿方法数据库[J].河北理工学院学报，1993(03):1-5.

[5]李宝堂.煤矿的高效开采技术探讨[J].经营管理者，2011(10):389.