皖北矿区煤巷快速掘进影响因素层次分析研究

马 力

（皖北煤电集团，安徽 宿州 234000）

1 工程背景

皖北煤电集团有限责任公司恒源煤矿Ⅱ634机巷位于Ⅱ634 工作面下部，预计标高-693.7～-743m，平均倾角2.5°。巷道施工范围内对应地表标高为+30.7～ +32.4m，地势较为平坦，主要为耕地，无其他建筑物，预计掘进对此无影响。Ⅱ634 机巷布置在 6 煤层中跟顶板施工，据已施工的Ⅱ633 机巷、Ⅱ632 机巷、Ⅱ632 风巷掘进过程中资料分析，巷道在掘进期间揭露的岩层主要为泥岩及细砂岩、粉砂岩。II634 机巷主要采用 EBZ-160 掘进机破岩（特殊情况采用打眼放炮）、配合 SDJ-80 胶带输送机联合出矸，激光指向仪定向，锚梁网索支护，如图1。

2 影响快速掘进的因素分析

根据对II634 机巷掘进现场跟班调研，在1个作业循环中，支护时间占循环总时间的50%～67%，掘进时间占17%～34%，工作准备时间及机械故障时间占10%～15%。其中支护和掘进是影响 II634 机巷快速掘进的关键因素，钻孔效率已经达到瓶颈期，主要表现在：

（1）锚杆支护前占用时间较长。班组间交接时间长，准备工作和临时支护用时多。

（2）锚杆支护整体时间长。在整个掘进施工过程中，锚杆支护是掘、运、支主要环节的重要影响因素，主要有：① 机掘巷道成形效果不好，打眼过程中出现跑钻现象。锚杆支护断面多为矩形，顶帮不平整也是影响打眼速度的主要因素之一；②安装顶、帮锚杆施工不能平行作业。掘进施工中，顶、帮锚杆在同一轮廓线上，并要求紧跟迎头，顶、帮打眼安装过程相互影响，如：有时顶板锚杆施工45min，帮锚杆施工 70min，由于相互影响，平行作业时间小于 25min； ③ 职工操作不熟练，安装锚杆用时太长；④ 帮钻杆太长，当两帮同时打眼会相互影响。重复安装锚杆现象较多，在搅拌不好或锚固失效的情况下要补打，延长了时间。同时用风钻机械拧紧螺丝时往往预紧力不符合设计要求，需要用手动工具拧紧。

（3）掘、支不平衡，工作面掘进机割煤时间通常占17%～34%，而打锚杆支护时间需占50%～67%，掘进快而支护慢。这种矛盾随着掘进机截割功率不断增大、截割能力不断增强更加突出。

（4）在掘进过程中，现场降尘措施效果不良，能见度低，对掘进机司机的视线造成影响，拖延掘进速度。煤矿普遍采用喷雾形式降尘，但是现场效果不尽如人意。

（5）作业人员对设备的操作熟练程度和维护检修能力有局限性，也是影响煤巷快速掘进的因素。

图1 Ⅱ634机巷支护断面图

3 掘进影响因素权重计算与结果分析

3.1 一级指标重要度比较

对皖北煤电集团有限责任公司所属煤矿传统煤巷掘进评价目标的一级指标进行重要度比较，结果如表1 所示。

表1 一级指标重要度的比较结果

根据表1传统煤巷掘进方式的组织成分构建判断矩阵A为：

用“和积法”计算权重向量：

（1）将 A 的每一列元素作归一化得A'：

（2）将归一化后的判断矩阵按列相加得w'：

（3）对w'作归一化得其最大特征向量w：

（4）计算A的最大特征根λmax

（5）进行一致性检验：

当n=6时，RI=1.12则

由此可得，判断矩阵通过一致性检验，说明此权重值具有可行性。

3.2 二级指标要素权重计算

（1）设备问题F

设备问题中依据层次分析法建立判断矩阵如下：

表2 设备问题有关指标的比较结果

（2）技术问题T

技术问题中依据层次分析法建立判断矩阵如下：

表3 技术问题有关指标的比较结果

（3）管理问题M

管理问题中依据层次分析法建立判断矩阵如下：

表4 管理问题有关指标的比较结果

（4）组织问题O

组织问题中依据层次分析法建立判断矩阵如下：

表5 组织问题有关指标的比较结果

（5）地质条件G

地质条件中依据层次分析法建立判断矩阵如下：

表6 地质条件有关指标的比较结果

（6）二级指标一致性检验

为了保持决策者做成对比较的一致性，我们要对指标进行一致性检验，其计 算步骤如下。

① 设备问题

将成对比较矩阵中的每一列与该列所对应的系数相乘，然后再相加，得到一 个向量“加权值”

将上面所得加权值向量除以每个标准的优先级。

设备选型：0.947/0.32=2.959375

设备匹配：0.789/0.26=3.034615385

设备衔接：1.263/0.42=3.007142857

将以上数据求平均值，用A1表示。

进而通过以下公式计算一致性指标（CI）

其中N为比较项的个数。

把数据代入得：

引入平均随机一致性指标RI，RI的值取决于该比较项的个数。通过查表可得当N=3 时，RI=0.53，则一致性指标为：

证明设备问题判断矩阵具有满意的一致性。

② 技术问题

同上，引入RI=0.53，则一致性指标为：

证明技术问题判断矩阵具有满意的一致性。

③ 管理问题

同上，引入RI=0.53，则一致性指标为：

证明管理问题判断矩阵具有满意的一致性。

④ 组织问题

同上，引入RI=0.53，则一致性指标为：

证明组织问题判断矩阵具有满意的一致性。

⑤ 地质条件

把数据代入得：

同上，引入RI=0.53，则一致性指标为：

证明地质条件判断矩阵具有满意的一致性。

4 掘进影响因素等级评定

通过一致性检验可以看出，进行成对比较的设计是符合要求的，进而我们以此对每种影响因素进行综合的等级评定。计算过程如下：

（1）传统煤巷掘进可行性总值的计算

依据煤巷传统掘进评价体系各相关因素的权重值形成表7，并依据如下公式对煤巷传统掘进可行性总值T总进行计算：

表7 煤巷传统掘进评价结果汇总表

（2）传统煤巷掘进评价级别的设立和划分

本文依据评价总值的范围将其分为四个等级，如表8所示。

表8 煤巷传统掘进评价等级划分

（3）传统煤巷掘进等级评定

根据影响煤巷快速掘进因素构建的评价模型，结合皖北煤电集团有限责任公司煤矿实际情况，对各个影响因素予以赋值，并通过计算最后得出煤巷掘进可行性评价总值，如表9所示。

表9 皖北集团所属煤矿煤巷掘进评价结果汇总表

（4）评价结果与分析

最终求得皖北煤电煤矿煤巷掘进可行性评价总值T总=0.84401919。根据煤巷掘进评价级别划分可知，煤巷掘进方案实施是完全可行的。将设备问题F、技术问题T、管理问题M、组织问题O、地质条件G五个因素进行重要度排序依次为：组织问题O＞设备问题F＞地质条件G＞管理问题M＞技术问题T。

5 结论

（1）分析获得了II643机巷快速掘进存在的主要问题：掘快支慢、支前准备和临时支护时间长、掘进现场粉尘降尘效果不良、操作人员的技术水平局限性。

（2）采用层次分析法计算分析了一级指标组织管理F、支护工艺T、地质条件M、施工工艺G、施工装备G五个方面对二级指标设备问题F、技术问题T、管理问题M 、组织问题O、地质条件G进行了一致性检验，表明各影响因素权重值可行，煤巷掘进可行性评价总值T总=0.84401919，结果表明煤巷掘进方案是可行的。

（3）分析获得了影响煤巷掘进的五个因素重要度排序依次是：组织问题O＞设备问题F＞地质条件G＞管理问题M＞技术问题T。