煤巷掘进施工组织优化效果评价指标体系研究

崔林柱

(西山煤电(集团)有限责任公司，山西 太原 030205)

·问题探讨·

煤巷掘进施工组织优化效果评价指标体系研究

崔林柱

(西山煤电(集团)有限责任公司，山西 太原 030205)

分析了模糊层次分析法的基本原理，并指出了建立施工组织方案优化效果评价指标体系的原则。在分析影响煤巷掘进效率因素的基础上，以煤矿高效掘进施工组织方案优化效果评价为目标层，选取5个一级指标作为准则层，并选取了与5个一级指标对应的20个二级指标，初步建立了煤巷掘进施工组织方案优化评价指标体系，并确定了指标因素权重影响系数。

模糊层次分析法；煤巷；掘进效率；评价指标体系

目前，影响我国煤巷掘进速度的主要因素包括设备配置、施工组织管理和掘进工艺水平3个方面。其中，设备配置机械化程度的高低是最基本的影响因素；科学合理的施工组织管理是保证快速掘进的前提条件；而施工组织方案评价优化是提高巷道掘进效率的有效手段。煤矿巷道掘进施工组织相对复杂，可以借助模糊层次分析法建立巷道施工组织方案优化评价体系，如何确定合理的巷道施工组织方案优化评价指标尤显重要，应基于影响煤矿高效掘进施工组织方案的影响因素与巷道实际基本地质条件以及工程概况建立效果评价的指标因子体系，抓住共性并体现个性，创建合理、科学以及完整的指标因子体系[1-2].

1 模糊层次分析法的基本原理

对施工组织进行单一定性或定量的效果评价方法不能很好地得出施工组织方案的优劣，因此本文采用层次分析法与模糊综合评价法相结合的评价方法，简称模糊层次分析法(FAHP)，对进行施工组织方案进行综合评价，对各个影响因素进行全面的定性与定量分析。

层次分析法是根据所处理问题的性质与所要达到的总目标，将问题分解为不同的组成因素，并按照因素间的相互关联影响以及隶属关系将因素按不同层次聚集组合，形成一个多层次的分析结构模型，从而最终使问题归结为最低层(供决策的方案、措施等)相对于最高层(总目标)的相对重要权值的确定或相对优劣次序的排定[3-6]. 其具体步骤如下：1) 依据决策目标建立明确的层次结构模型，确定各个层次的指标因素，最终形成完整的指标因子体系，本文在目标层之下分别设置一级指标与相对应的二级指标。2) 构造判断矩阵并对比分析，判断矩阵是表示本层所有因素针对上一层某一个因素的相对重要性的比较，得到一个确定性分值之后形成的矩阵。3) 进行层次单排序及其一致性检验。4) 最后进行层次总排序及其一致性检验。

而模糊综合评价法首先要确定被评价对象的指标集合评价集；再分别确定各个指标的权重及它们的隶属度矢量，获得模糊评判矩阵；最后把模糊评判矩阵与因素的权矢量进行模糊运算并进行归一化，得到模糊综合评价结果[7]. 其具体步骤如下：1) 确定评价对象的因素集，本文因素集即层次指标体系。2) 确定评价对象的评语集。3) 确定评价因素的权重向量。4) 进行单因素模糊评价，确立模糊关系矩阵。5) 多指标综合评价，即合成模糊综合评价结果矢量。6) 对模糊综合评价结果进行分析。

2 影响煤巷掘进效率的因素分析

1) 设备方面。

我国煤矿井下多采用“单臂掘进机+风动锚杆钻机+带式输送机”进行煤巷掘进施工作业。其中单臂掘进机生产厂家制造水平参差不齐，加上受制造工艺的限制，其零部件的可靠性普遍不高，掘进设备故障较高，使用寿命较短，单臂掘进机的可靠性和生命周期已成为制约我国煤矿巷道掘进速度的主要因素之一；而井下巷道锚杆支护多采用的风动锚杆钻机，目前表现出钻具扭矩和推力不足、工人劳动强度大、锚杆安装时间长、锚杆施工不合格等一系列问题，同时工人施工锚杆时在空顶作业安全得不到保障，影响巷道掘进效率；带式输送机的使用过程中受环境、结构设计等影响表现出皮带容易老化、跑偏等问题，继而进一步影响巷道的掘进效率。

2) 施工工序及工艺。

煤矿井下煤巷迎头掘进施工中，掘进机割煤和锚杆安装是所用时间最长的二道工序，相比而言锚杆安装是影响巷道掘进速度的关键工序，由于受地质条件、机械装备等制约，锚杆施工多数情况下不能掘进做到掘、支平行作业，拉长了各工序的施工时间，继而造成机械设备开机率低、工序间间断不衔接性、工人易出现窝工，最终由工序工艺衔接问题导致循环时间加长，最终影响巷道掘进速度。

3) 施工组织管理。

在井下煤巷掘进中，施工组织管理主要涉及科学的劳动组织与基础的管理制度，劳动组织和管理制度相互作用缺一不可。基于施工条件和施工任务及要求确定合理的劳动组织，并选择确定合理正确的劳动组织形式，继而配备合理的工种和对应的工人人数，充分利用所有工人，在使用过程中要体现出明确分工、任务落实到人，建立完善的岗位责任制，并采用措施保证各工序之间紧密衔接，尽可能采用多工序平行作业，进而提高掘进速度。在施工组织管理中还要灵活运用科学合理的技术手段和管理措施，以便更好发挥施工组织管理的优势。

4) 人员因素。

煤巷掘进迎头施工人员的素质和劳动积极性对提高施工效率起到关键作用。包括班队长、工程技术人员在内的一线人员如果对施工工序工艺不了解、实际操作水平有限、积极性不高、不懂安全操作规程时，将直接影响巷道掘进施工的安全正常进行，在该类人员因素影响下，巷道掘进不能实现快速高效。

5) 地质因素。

我国煤矿地质条件复杂，影响煤巷掘进速度的地质因素很多，如煤厚、断层、岩性、水、瓦斯等。但不同的因素对巷道掘进速度的影响程度是不一样的。针对不同影响因素应对其进行科学分析并制定和采取不同措施，尽可能降低或避免地质因素对掘进效率的影响。

3 评价指标体系的确定

采用模糊综合评价法对煤矿掘进施工组织方案优化效果进行评价，由于巷道掘进相对复杂，为了得到准确的评价效果分析，建立评价指标体系的时候必须遵循科学性与合理性原则、全面性与系统性原则、可行性与可操作性原则、针对性与独立性原则、完备性与互补性原则、定性与定量相结合原则，在建立指标体系过程中，存在着主观因素与客观因素，它们之间相互联系又相互影响，因此只有综合两种因素来进行指标因素的结合，并通过定性与定量相结合的分析方法，继而实现评价结果的客观真实性。

施工组织方案的优化效果评价是一项多因素、多层次、多阶段的复杂综合性项目，利用模糊层次分析法首先要建立由目标层、准则层和指标层组成的递进层次结构。本文选择煤矿掘进施工组织方案效果评价为目标层A；根据影响煤矿掘进效率的影响因素等，确定5个一级指标作为准则层B，具体包括设备因素、施工工艺及工序、施工组织管理、人员因素和地质因素；然后对应5个一级指标分别设置各自4个二级指标，共计20个二级指标，形成了煤巷掘进施工组织方案优化效果评价指标体系，其层次结构见图1.

4 指标因素权重影响系数的确定

基于模糊层次分析法所需要的施工组织方案优化效果因素集由图1中二级指标构成，利用语义学标度将施工组织方案优化效果评价等级分别定为4个测量等级：“优秀”、“良好”、“一般”、“差”，即评价集为D={优秀，良好，一般，差}。相应的等级影响描述建立表格见表1.

同时对构建的指标因子体系，采用专家评分法构造各个判断矩阵，其中相对于煤巷高效掘进施工组织方案优化效果评价目标层A，一级指标层B各个因素相对重要性比较见表2.

图1 煤巷掘进施工组织方案优化效果评价层次结构图

评价等级评语标准等级影响描述D1优秀优化后掘进速度明显提升,能够很好地完成或者是超额完成单月进尺目标D2良好优化后掘进速度提升较快,与原方案相比单月进尺数得到增加,但未达到单月进尺目标D3一般优化后掘进速度与原方案相比无明显提升,单月进尺数无明显提高D4差优化后掘进速度与原方案相比缓慢,单月进尺数小于原方案单月进尺数

表2 一级指标层B各个因素相对重要性比较表

根据表2可以获得一级指标和二级指标的判断矩阵，再结合求根法求解特征值的近似值方式依据判断矩阵确定指标因素权重，权重层次示意表见表3.

基于各个因素的权重影响系数，采用调查表法对掘进作业人员以及相关技术人员进行统计，得到单因素评价结果。根据单因素评价结果可以分别得到二级指标的主因素模糊矩阵。结合模糊综合评判公式可以得到各个二级指标的模糊综合评价向量，再进行归一化处理可以得到二级指标的主因素评价矩阵，再对综合评价向量进行归一化处理参照评价集即可获取评价结果。

5 结 论

分析了模糊层次分析法的基本原理，阐述了建立评价指标体系的原则。同时在分析影响煤矿高效掘进因素的基础上，以煤矿煤巷高效掘进施工组织方案优化效果评价为目标层，选取设备因素、施工工艺及工序等5个一级指标作为准则层，然后对应5个一级指标分别设置各自二级指标，共计20个，从而建立了煤巷掘进施工组织方案优化评价指标体系，并确定了指标因素权重影响系数。

表3 权重层次示意表

[1] 费妮娜，陈向明．模糊综合评价模型的比较[J]．河南教育学院学报，2010，19(3)：12-14.

[2] 孙建华．基于煤矿的多层次模糊综合安全评价方法[J]．煤矿安全，2009，40(5)：125-129.

[3] 郭金玉，张忠彬，孙庆云.层次分析法的研究与应用[J].中国安全科学学报，2008,18(5):148-153.

[4] 李树刚，成连平，许晨霞，等.层次分析法在煤矿安全投入中的应用[J].煤矿安全，2009(11):123-126.

[5] 曹 凯，王德明.基于层次分析法的矿井通风系统安全评价指标[J].煤矿安全，2010(5):43-46.

[6] 王 旭，霍德利.模糊综合评价法在煤矿安全评价中的应用[J].中国矿业,2008，17(5):75-78．

[7] 陆 刚,韩可琦,肖桂彬.矿井通风系统可靠性的模糊综合评价[J].采矿与安全工程学报,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年毕业于中国矿业大学，工程师，主要从事煤矿技术管理工作

(E-mail)85210399@qq.com

[TD-9]

B

1672-0652(2017)11-0022-04