深井煤巷掘进影响因素分析及施工优化

2023-02-10马小辉程洪涛葛志会

陕西煤炭 2023年1期

马小辉，程洪涛，白杨，葛志会

(陕西彬长孟村矿业有限公司，陕西咸阳 712000)

0 引言

巷道掘进是煤炭生产中基础性的环节，对于巷道掘进的工序和时序优化将对煤炭生产的改善起到不可忽视的作用[1 -4]。近年来，国内巷道掘进技术研究取得一定成就，使得掘进速度得到快速提高，由于相应的配套管理跟不上，使得掘进速度和效率仍有很大的提升空间[5]。因此，按照原煤生产的过程或采煤工艺流程进行科学地组织分工与协作，使之成为相互协调的统一整体，不断调整和改善劳动组织形式，合理地进行劳动组织对提高掘进效率有着至关重要的作用。

为响应国家政策，有效提高劳动效率，实现煤矿安全生产和高效生产，煤矿及相关企业越来越重视对劳动组织形式、结构进行优化研究。刘晋歌等[6]为实现科技减人、安全提效，积极开展采煤专业劳动组织优化研究，提出将综采区队进行分流，劳动组织变为“一四二七”制的组织结构；尹兵等[7]从优化采煤劳动组织方面对其进行实践探索，提出“五班四运转制”，增加原煤产量，提高采煤生产效率；宋发银[8]对提高掘进单进水平进行探索，提出优化劳动组织管理，提高劳动工效的具体措施，从而保证工人安全与高效施工。陈瑞杰[9]对组织优化方面进行研究，提出“二九一六”的作业模式，减少员工上下班的交接时间，提高实际作业时间，显著提升井下岩巷掘进的效率和质量。

上述对于优化劳动组织的研究，均通过矿井实际情况与经验判断相结合的方式分析其影响掘进效率的因素，存在对影响因素分析不明确、不充分的问题。通过多层次模糊分析法来分析孟村煤矿回采巷道综掘期间影响掘进效率的因素，充分考虑每个因素对矿井生产的影响，利用科学的方法分析具体因素影响程度的大小，明确需要优化的内容，针对性地提出提升矿井掘进效率的措施，形成一套适用于孟村煤矿4号煤层地质生产条件的劳动组织及循环作业技术体系，在提高掘进速度，加快工作面的形成、实现减人提效、安全生产等方面具有现实意义。

1 工程背景

401104工作面为401盘区的第4个回采工作面，距离井田东部边界594～624 m。该工作面掘进期间，共设计3条巷道，分别为回风巷、运输巷和措施巷，平面布置如图1所示。

目前依据矿井的采掘接续设计，矿井掘进401104工作面运输巷，预计竣工时间为2022年10月。巷道掘进期间使用EBZ-200型综掘机一次成巷的施工方法，劳动组织方式为“三八”作业制，规定日进尺为每日1.4 m，由于矿井生产中的管理问题、设备问题和工艺问题等因素的限制，实际每日掘进距离远低于目标要求，按照现有的劳动组织与作业方式将无法达到预期目标，因此亟需对其劳动组织结构及形式作出优化调整，提升掘进效率。

图1 401104工作面平面布置示意Fig.1 Layout plan of 401104 working face

2 现场跟班调研

以403109工作面跟班调研情况为背景，分析目前矿井内存在的掘进影响因素，进而优化401104工作面劳动组织及正规循环作业图表，实现矿井安全生产和高效生产的目标。

现场调研过程中，通过与工人、带班领导及安检员交谈，得到的信息是：长期的拖班作业使得工人作业积极性不高，工作态度不端正。区队工程质量标准落实不到位，验收员等“四员两长”职责不明晰，带班班长优势作用发挥不到位，持续进行班组支护、掘进手把手作业，无时间督促其他班组成员作业进度。且现场人员严重不足，工作空间大，建议增加钻具数量及人员配备，该零点班凌晨3点之后，掘进迎头仅有6人在支护作业。

2.1 掘进日进尺情况

根据跟班调研情况，2020年5月18日—2020年5月21日403109工作面运输巷道日进尺速度缓慢，预计该月进尺为60～70 m左右，与作业规程规定的目标进尺120 m有较大差距，仅完成目标的50%～60%。

2.2 掘进工序调研

根据跟班调研所得工序用时记录情况，可以得出掘进工序时间安排及工序时间占比情况，在此基础上对比标准工序用时，并根据实际井下跟班调研掘进影响情况。其中，403109工作面运输巷道跟班调研掘进工序耗时见表1。

表1 支护工序循环时间

2.3 劳动组织管理

工作面作业方式为“三八”制作业，劳动组织时间分成8点班、4点班和0点班，每班作业8 h，工种包括班长、综掘机司机，打眼支护工等10余类，工作面劳动组织方式见表2。

表2 403109工作面劳动组织方式

2.4 调研结果

由跟班记录情况反映可得：支护工序繁杂占用时间过长，支护效率偏低；交接班混乱，职责不清，拖班问题严重；系统可靠性较低，如皮带卡停、偏移，工作面停电等；作业人员不足，缺乏施工经验，作业生疏；由于卸压钻老化且水压不足，工作效率低下，帮部卸压滞后。

3 掘进影响因素分析

3.1 影响因素确定

通过跟班情况，基本确定403109运输巷道掘进影响因素。在此基础上将403109运输巷道影响因素进行分类，可分为内部原因与外部原因，在内部原因中，从管理问题、设备问题、工艺问题和自然条件4个方面分析，共找出14个终端因素，即人员不足、职责不清、责任心不强、经验不足、拖班严重、工艺衔接性不强、支护时间过长、工艺繁琐、交接班不规范、掘进机故障、钻机故障、锚杆脱锚、地质条件复杂和劳动环境差。外部原因有2个终端因素：皮带卡停、断裂，工作面停电。

3.2 层次分析法

建立影响因素评价的层次结构如图2所示。多层次模糊综合评估法是层次分析法、模糊评价方法的结合，其基本步骤为：构建综合评价指标体系；确定指标隶属等级；确定指标权数W，建立关系矩阵R；计算模糊综合成值；进行模糊综合评估。

图2 影响因素评价的层次结构Fig.2 Hierarchical structure of influencing factor evaluation

3.2.1 确定评估指标的权重

在建立层次结构和指标的基础上，利用层次分析模型进行评价。首先要确定影响因素评价准则：在模糊综合评价中，评价准则一般只能通过模糊语言直接对影响因素的等级进行评判。评价等级的划分一般根据一定的权重区间事先予以确定，对于不同的评价主体，可依据经验和实际情况合理规定，没有固定的标准。

评价影响因素等级：根据前述要因与非要因影响因素，将其划分为5级，即低影响t1、较低影响t2、中等影响t3、较高影响t4和高影响t5，其影响度取值范围分别为(0，0.2)，(0.2，0.4)，(0.4，0.6)，(0.6，0.8)和(0.8，1)，从而构成该进顺巷道掘进影响因素评估准则集：T=(t1，t2，t3，t4，t5)。

影响因素隶属度向量：根据巷道掘进实际情况并对其结构进行分析，进行跟班人员已确定潜在影响因素16项作为评价指标，建立影响因素综合评价指标体系，并对该影响等级进行评价。在影响因素分析的基础上，通过两两比较对各影响因素进行重要程度分析。通过统计分析，建立影响因素与指标判断矩阵，并对其影响程度评分，得出影响隶属度矩阵，见表3。

表3 影响因素隶属度矩阵

3.2.2 确定底层指标对于上一层的权重

就第3层指标相对于第2层指标的重要性给予排序，并合理确定权重见表4。

表4 权重向量(B-C)

第2层对于第1层的重要程度向量见表5。第1层对于总目标的权重向量见表6。

表5 权重向量(A-B)

表6 总目标权重向量

由此求出各部分的影响程度，见表7。

表7 工序影响程度

对各因素影响程度进行具体细化，可以得到第2层、第3层各因素对巷道掘进影响程度，分别如图3、4所示，其中深色部分为涉及劳动组织方面的影响因素。

图3 第2层各因素影响程度Fig.3 Impact degree of each factor on the second level

采用多层次模糊综合评价方法选择掘进巷道掘进速度影响因素评价指标，构建层次结构模型，各因素对巷道掘进速度影响程度进行综合评价，针对矿井目前存在的劳动组织问题，结合前期调研分析可得：影响巷道掘进速度的主体因素占75%，附属因素占25%，主体因素决定巷道的掘进进度；管理因素(主要是人员不足)是除支护因素外占比最高的，对矿井掘进效率影响重大；在第3层管理因素中人员不足、拖班严重和责任心不强是影响巷道掘进的主要因素，其次为职责不清、交接班不规范问题。

图4 第3层各因素影响程度Fig.4 Impact degree of each factor on the third level

通过对403109运输巷道掘进劳动组织影响因素分析，其关键影响因素为人员不足、拖班严重和责任心不强。

4 优化设计

由前期现场调研及影响因素分析可得影响巷道掘进速度的因素分为主要影响因素和附属影响因素，主要影响因素如割煤、运输、支护等，附属因素如管理因素和其他偶然性因素等。

由上述分析可知，在影响巷道掘进的因素中，人员不足、经验不足、掘进机故障、支护工艺繁琐、支护施工时间长、衔接性不强、拖班严重、皮带卡停等是影响进尺量的主要因素。在此基础上，针对性优化施工工艺，优化工序组织，尽量平行作业，调整班组人员，加强设备检修，加强管理规范，在安全生产的前提下，可有效提高巷道掘进效率及进尺量。

4.1 劳动组织

根据以上掘进影响因素分析的结果可知，原有的井下作业存在人员严重不足的情况，在册人数与实际出勤人数有着巨大差距，未能充分利用现有的人力资源进行施工，且拖班现象严重，无法保证施工效率和每月预期目标的完成。因此，对原有的劳动组织方式进行优化，见表8。

施工总人数从原有的89人减少至81人，响应了减人提效国家政策要求；原有在册支护人数从28人减少至19人，出勤人数从13人降至12人，对人员组织施工进行合理分配，提高作业人员出勤率，充分高效利用人力资源；班长人数从4人上升至8人，由班长带头调动井下作业人员的积极性，托班严重、职责不清等管理问题可有效得到解决；技术员人数从3人上升至4人，技术员跟班监督，针对施工人员经验不足，工艺衔接性差等问题进行及时纠正。

表8 劳动组织表

4.2 正规循环作业

采用“三八制”作业制度，在原有作业循环基础上，对以前工作面实际现场跟班调研加以核实修改，制定新的作业循环如图5所示，优化内容为：临时支护和永久支护时长由原先的30 min、210 min降低为10 min和110 min，支护效率大幅度提升，掘进效率明显改善；掘进总时长从原先530 min一循环，降至240 min一循环，满足1班掘进2个循环的目标要求，提高掘进日进尺，加快工作面的形成。