首山一矿岩巷综掘快速成巷工艺系统优化及应用∗

涂兴子郭春生李海洋

(1.中国平煤神马集团,河南省平顶山市,467000; 2.河南理工大学能源科学与工程学院,河南省焦作市,454000)

首山一矿岩巷综掘快速成巷工艺系统优化及应用∗

涂兴子1郭春生1李海洋2

(1.中国平煤神马集团,河南省平顶山市,467000; 2.河南理工大学能源科学与工程学院,河南省焦作市,454000)

鉴于首山一矿瓦斯抽采造成岩巷工程量增加、制约采掘接替的问题,对现有综合机械化掘进成巷工序进行改造,优化了破岩、排矸和支护三道主要工序,并在现场对其主要工序工时进行多周期实测,采用额定工时制定法得出各工序标准工时,对掘进循环作业图表进行优化,提高了正规循环率,加快了掘进速度。

巷道掘进 综合机械化掘进 快速掘进 掘进工序优化 标准工时

1 工程概况

中平能化集团首山一矿己15－17开采煤层为突出危险性煤层,该煤层地压大,瓦斯治理难度大。为抽采瓦斯、减少地应力、消除突出危险性,保证矿井正常接替,在己15－17－12061工作面下方实施己15－17－12061机巷抽放巷。为提高巷道掘进速度,保证预抽期,矿井开展岩巷掘进工艺优化研究,优化掘进体系。

己15－17－12061机巷抽放巷位于己二采区西翼中上部沟李丰断层东翼,考虑瓦斯抽放、便于掘进及维护等因素,将该巷布置在己15－17煤层8～12 m的底板泥质灰岩、灰岩中。巷道开口位于己15－17－12061区段排矸道与己15－17－12061机巷抽放巷外段交岔点南部66 m处。巷道为拱形断面,断面尺寸4500 mm×3400 mm(净宽×净高)。

2 综掘快速成巷工艺系统

综合机械化掘进过程中合理的施工工艺和劳动组织方式是实现岩巷快速掘进的关键因素,破岩、排矸、支护三大工序及三者的时空关系是制约快速成巷的主要因素。研究综掘自动化破岩技术、连续出矸系统及支护技术,确定合理的施工工艺及劳动组织方式,揭示三大工序之间的逻辑结构及时空分布规律是综掘快速成巷的重要保证。

2.1 掘进机破岩技术

破岩效率对于提高掘进速度至关重要,为了提高破岩效率,施工过程中主要进行两方面的优化。

2.1.1 改进防尘技术

岩巷掘进粉尘降低工作面可见度,严重制约破岩效率,为了保证除尘效果,除采用长压短抽通风方式外,同时改进、增加两道除尘技术,主要包括:

(1)改进掘进机外喷雾系统,研制的新型外喷雾喷嘴结构见图1,该装置具有射程大、雾化性好的优势。

图1 改进后的外喷雾头结构

(2)布置防尘水幕。在距离工作面50 m处布置湿式过滤除尘帘,该装置由水幕管、喷头、过滤纱窗等部分组成。

2.1.2 优化硬岩掘进技术

由于己15－17－12061机巷抽放巷岩性和岩层分布不同,掘进机割岩会采取不同的进刀方式,在进刀时严格按照掘进机操作方式和截割方法进行。对于超硬岩层,为了保护截割头的安全与加快掘进速度,可采用放震动炮的方式推进,按照硬岩位置的不同可分为上硬下软和上软下硬两种状况,软岩切割区域及每个炮眼间隔尺寸如图2所示,根据现场实际情况可以适当调整炮眼排数及切割范围大小,每个炮眼深1.2～1.6 m,装一药卷即可,施工时应先切割软岩再放震动炮。

图2 掘进工作面硬岩掘进方式布置图

2.2 综掘连续装岩排矸工艺

首山一矿破岩效率的提高导致破岩能力与运输能力出现不匹配的现象,矸石运输环节成为制约岩巷掘进速度的主要因素之一。针对这一问题,在总结现场经验的基础上,形成了一套独立完整的装岩排矸系统,该系统最大特点是将临时储矸仓引入到原排矸线路当中,能够实现破岩与排矸平行作业,达到集中、连续排矸效果。系统由掘进机、转载机、带式输送机、临时储矸仓、耙装机、矿车和调车线路等设备沿排矸路线依次布置形成,如图3所示。系统能够实现排矸系统的连续,在临时储矸仓后部线路出现故障时仍能够开机作业;当储矸仓前部路线故障时,后部路线仍能继续排矸,保证排矸系统即使出现故障仍能够连续运转,提高排矸和掘进效率。

图3 掘进巷道装岩排矸设备布置图

2.3 岩巷快速掘进支护工艺

支护工艺的优化主要体现在临时支护的改进以及永久支护的平行作业两方面。

为了保证临时支护的速率和保证支护的安全性,支护方式采用单体液压支柱反顶钢筋网,如图4所示,单体液压支柱数量2～4根,支柱落柱位置选在掘进机停机前通过掘进机切割头清理出的平整坚硬区域,这样能够迅速定位支护,减少支护时间。临时支护要在掘进机割岩后及时进行,紧跟掘进工作面。

图4 巷道临时支护方式

永久支护通过平行作业节省支护时间。要求顶部锚杆在临时支护完成后及时实施,两帮永久支护可滞后顶板支护一定距离,锚索支护可滞后掘进机破岩平行作业。锚杆采用高强树脂锚杆,锚杆型号、间排距通过计算确定,巷道支护布置如图5所示。锚索采用ø15.24 mm×7300 mm钢绞线,锚索托盘为热轧钢板冲压成型的蝶形托盘,承载力不小于锚索锚固力,锚索间排距2400 mm×3200mm,顶板破碎时,间排距为2400 mm×1600 mm,二二布置;锚杆采用ø20 mm×2000 mm强树脂锚杆,间排距800 mm×800 mm;金属网为钢筋焊接网,钢筋直径6 mm,金属网格80 mm× 80 mm,网搭接100 mm。喷浆作业可由配套掘进队集中进行,喷浆与切割岩石或打顶部锚杆支护平行作业。

图5 巷道支护示意图

3 综掘快速成巷循环作业图表优化

根据首山一矿选择的“三八”工作制,在组织掘进工作面工序时,应以破岩、装岩和支护3个工序为主,合理安排各工序,尽量使其进行平行作业,以缩短单个循环的作业时间,提高掘进速度。

3.1 循环作业图表工时确定

利用工业工程理论中的工作研究理论和生产计划控制理论对综掘施工工序的操作动作、时间进行优化分析,使整个综掘系统处于最佳的工作状态,减少因现场组织混乱而导致的工序冲突或材料寻找时间,增加有效工作时间,减少无效操作。在保证安全、质量的前提下,充分挖掘现有人员、设备的潜力,提高掘进效率。

3.1.1 岩巷掘进主要工序标准工时的制定

经调查统计,在岩巷掘进中,交接班、掘进准备工作、掘进机破岩、临时支护、永久支护和自检为顺序作业,作为影响掘进效率的主要工序,其他工序可与上述工序平行作业,因此对顺序作业工序进行现场观测统计。根据工业工程中的额定工时制定方法,对观测的数据进行整理,采用二倍标准差法剔除受外界因素影响致使超出正常范围之外的异常值。其原理为对顺序作业施工各工序的n次实测作业时间进行平均,计算公式为:

n——综掘顺序作业中单个工序观测次数;

Xi——第i次观测时间数据。

则其标准偏差可以表示为:

式中:σ——综掘顺序作业中单个工序n次观测时间标准差。

由于施工干扰因素的不确定性,需要对观测异常数据剔除。制定各工序标准工时所需要的正常值也即其置信区间可设置为(－2σ,＋2σ),超过这个范围的观测数据视为异常值,具体的时间范围如图6所示。

图6 岩巷综掘各工序正常值管制界限

对剔除异常值后的观测数据进行算术平均值计算,就可得到岩巷掘进各工序的实际操作时间。

3.1.2 主要工序标准工时的评定和计算

为了在整个工作过程更好地反映工人的实际操作时间,在进行标准工时的额定过程中,一般要考虑工人的正常生理或其他因素的影响时间,比如正常的个人生理需要或布置任务等所需要的时间,在这里都指宽放时间。最后制定的标准工时的计算公式为:

式中:α——标准工时评定系数;

λ1——操作熟练程度系数;

λ2——工人努力程度系数;

λ3——工作环境系数;

λ4——工作一致性系数。

通过评定系数计算标准工时:

式中:t——标准工时;

tg——现场观测时间;

α——标准工时评定系数;

β——放宽率。

3.1.3 12061机巷抽放巷主要工序标准工时定额的确定

依据上述原理确定掘进标准工时,对各道顺序作业工序时间进行10次测量,评定系数根据相关参考文献选取,计算所得评定系数为0.98,在放宽率为10%的情况下,得出首山一矿己15－17－12061机巷抽放巷各主要工序标准工时定额如表1所示。

表1 己15－17－12061机巷主要工序优化标准工时min

3.2 循环作业图表优化

首山一矿己15－17－12061巷掘进调整后的主要工序为:交接班→掘进准备工作→掘进机割矸→敲帮问顶→临时支护→永久支护→清矸及其他辅助工序→验收。根据对目前施工队伍的工序操作水平进行测量的结果,考虑多工序平行作业的可能性,并对上述工序作四舍五入处理为整数时间,最后安排正规循环作业图表如图7所示。

图7 循环作业图表

4 结论

(1)基于现有综掘成巷技术,矿井通过改进巷道除尘技术和硬岩破岩技术提高巷道破岩效率;增加临时储矸仓改进排矸路线,保证持续排矸能力;通过简化临时支护方式及预留支柱落柱点,强化永久支护平行作业优化支护工序,有效提高掘进速率。

(2)确定矿井“三八制”工作制度,通过对现场主要工序工时进行多周期实测,采用额定工时制定法得出各工序标准工时,在保证工序衔接与工序最优平行的前提下,对掘进循环作业图表进行优化。现场试验证明,优化后的劳动组织方式提高了正规循环率,实现了最高月进尺300.5 m,保证了采掘正常接替。

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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

涂兴子(1964－),男,教授级高工,从事煤矿开采技术研究和生产管理工作。

(责任编辑 张毅玲)

河南省教育厅科学技术研究重点项目(14A440004)