基于精益化管理的煤礦掘進(jìn)聯(lián)巷最佳間距計(jì)算研究

王富強(qiáng)

（神華神東煤炭集團(tuán)公司 上灣煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209）

以神東煤炭集團(tuán)上灣煤礦為例，2011年該礦經(jīng)對(duì)試運(yùn)行的設(shè)備運(yùn)行及效能管理系統(tǒng)（MES）分析，并經(jīng)國際資訊公司麥肯錫診斷分析，該礦設(shè)備綜合利用率還有一定提升空間，一些工程設(shè)計(jì)參數(shù)（例如掘進(jìn)工作面聯(lián)巷間距仍憑經(jīng)驗(yàn)確定）有待合理完善、精確化、科學(xué)化。

根據(jù)連采生產(chǎn)組織、材料消耗、隊(duì)伍能力建設(shè)、現(xiàn)場(chǎng)管理、科技創(chuàng)新、知識(shí)系統(tǒng)管理文化建設(shè)等方面分析[1，2]，需要結(jié)合七大浪費(fèi)（等待浪費(fèi)、檢修浪費(fèi)、生產(chǎn)過程浪費(fèi)、不良品浪費(fèi)、生產(chǎn)組織浪費(fèi)、人力資源浪費(fèi)、運(yùn)營效率浪費(fèi)）制約連采效率提升的不利因素。其中最重要的是時(shí)間浪費(fèi)，因此，計(jì)算合理的聯(lián)巷間距可提升連采掘進(jìn)效率、降低掘進(jìn)中的設(shè)備時(shí)間等待浪費(fèi)，也是實(shí)現(xiàn)煤礦精益化管理的重要措施。

1 研究對(duì)象介紹

1.1 工作面介紹

以神華神東上灣煤礦三盤區(qū)12上煤303掘進(jìn)面為例，采取膠運(yùn)、輔運(yùn)雙巷掘進(jìn)，膠運(yùn)順槽施工長度1637.6 m；輔運(yùn)順槽施工長度1 637.6 m；按照經(jīng)驗(yàn)[3]，順槽間共有31個(gè)聯(lián)巷共計(jì)569.5 m，三盤區(qū)12上煤303采面移變繞道共計(jì)113 m；回風(fēng)措施巷、措施巷措施巷調(diào)車硐室共計(jì)169 m；主、輔回撤通道及聯(lián)巷共計(jì)633 m；回撤通道內(nèi)探巷、調(diào)車硐室共計(jì)92 m；303綜采工作面切眼、2個(gè)端頭支架架窩、機(jī)窩、4個(gè)調(diào)車硐室共計(jì)349 m；2個(gè)臨時(shí)水倉共計(jì)12m；施工總量5212.7m。

1.2 掘進(jìn)工藝介紹

1）落煤。①切槽采垛：采用連采機(jī)截割煤和裝煤。每次掘進(jìn)巷道前，司機(jī)先開動(dòng)連采機(jī)調(diào)整在巷道前進(jìn)方向左側(cè)，并按激光線確定位置（激光線距巷道左幫3.2 m）。開始向前方煤壁切割直至割入深度達(dá)一個(gè)循環(huán)進(jìn)度，即為切槽；然后退出連采機(jī)，再調(diào)整到巷道右側(cè)，開始截割剩余部分，即為采垛。連采機(jī)是以切槽和采垛工序完成巷道掘進(jìn)[2]。②截割方式：無論切槽還是采垛、連采機(jī)截割時(shí)，先將連采機(jī)截割頭調(diào)整至巷道頂部，將截割頭切入煤體[3]，然后逐漸調(diào)整截割頭高度，由上向下截割煤體，當(dāng)割到巷道底板時(shí)，連采機(jī)稍向后退，割完底煤，使巷道底板平整，并裝完余煤，再將截割頭調(diào)整在巷道頂板，接著進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)，這樣循環(huán)進(jìn)行，直至進(jìn)尺達(dá)到一個(gè)循環(huán)進(jìn)度時(shí)，才將連采機(jī)移到下一條巷道作業(yè)。

2）裝煤。采用連采機(jī)自裝煤方式，連采機(jī)割煤時(shí)煤落入收集頭上，裝在收集頭上的圓盤耙爪連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，將煤裝入中部運(yùn)輸機(jī)，可將煤裝卸到搭接在連采機(jī)后面的梭車內(nèi)。

3）運(yùn)煤。選用美國JOY公司10SC32-48B-5梭車完成，由梭車、給料破碎機(jī)、順槽皮帶共同完成煤炭運(yùn)輸。

4）清理浮煤。選用UN488型鏟車清理巷道內(nèi)的浮煤、淤泥，保證巷道干凈、暢通；每個(gè)掘進(jìn)循環(huán)完畢后清理巷道內(nèi)的浮煤。

5）聯(lián)巷掘進(jìn)及抹角要求。303采面膠輔運(yùn)順槽掘進(jìn)區(qū)段的凈煤柱為18 m。掘進(jìn)時(shí)從膠運(yùn)順槽開口抹角掘進(jìn)聯(lián)巷，聯(lián)巷寬5m、高3.4m，正常情況下聯(lián)巷分兩次貫通。聯(lián)巷開口抹角不大于4 m×4 m、控制在3.5 m×3.5 m，其他抹角滿足正常生產(chǎn)需要及梭車拐彎即可，不大于3m×3m、控制在2m×2m。準(zhǔn)備用作膠輪車調(diào)車聯(lián)巷的需要提前安排抹大角，確保正常行車。

2 確定求解目標(biāo)和已知條件

2.1 確定求解目標(biāo)

求解X（第n與第n+1聯(lián)巷最佳距離），保證煤機(jī)、梭車、給料破碎機(jī)處于最佳匹配狀態(tài)，減少和消除等待耗時(shí)。掘進(jìn)面設(shè)備位置圖，見圖1。

圖1 掘進(jìn)面設(shè)備位置圖

2.2 基本參數(shù)

巷道長度L=1 620 m，雙巷掘進(jìn)，聯(lián)巷長度18 m，循環(huán)長度11 m，聯(lián)巷長度范圍：20＜X＜80；褐煤密度ρ=(1.3～1.4g)/cm3=(1.3～1.4)t/m3。

12CM15-10D（變頻）連采機(jī)額定割煤生產(chǎn)能力Ql=（15～27）t/min(隨地質(zhì)條件變化而變化)；結(jié)合實(shí)際考慮工程質(zhì)量修邊耗費(fèi)時(shí)間gl=（6～15）t/min。

JOY10SC32-48B-5梭車卸煤時(shí)間 Ts=（30～45）s，結(jié)合實(shí)際取Ts=38 s；梭車額定行走速度Vem=7.2 km/h，Vek=8km/h；考慮到聯(lián)巷拐角結(jié)合實(shí)際Vs=126 m/min=2.1 m/s；連采機(jī)額定運(yùn)輸能力：Pl=27 t/min；梭車載重能力Qs=18t。

3 求解計(jì)算方法

3.1 微觀計(jì)算方法

1）計(jì)算梭車裝載時(shí)間：Tz=Qs/PL=18/27=40s。

2）計(jì)算煤機(jī)割煤時(shí)間：Tm=Qs/gl=18/（6～15）=（1.2～3）min=（72～180）s。

據(jù)實(shí)際取均值Tm=126s，Tm＞Tz（邊割煤邊給梭車裝煤），耗時(shí)不考慮。

3）列方程：2×（15+18+X）/Vs=Tm-Ts.

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

5）解答結(jié)果說明：割煤生產(chǎn)能力QL=8.6 t/min、梭車行走速度Vs=2.1 m/s、梭車卸煤時(shí)間Ts=38 s的情況下，聯(lián)巷最佳長度約為58 m；在此需要說明的是：聯(lián)巷長度隨地質(zhì)條件[4]（煤層硬度影響連采機(jī)割煤生產(chǎn)能力）的改變而改變。

6）采樣，不同條件下所對(duì)應(yīng)的求解目標(biāo)結(jié)果，如表1所示。

表1 不同地質(zhì)條件下對(duì)應(yīng)的聯(lián)巷間距

3.2 宏觀計(jì)算方法

1）分析掘進(jìn)耗時(shí)：巷道掘進(jìn)總耗時(shí)：TZ=T1+T2+T3。其中，T1為巷道掘進(jìn)生產(chǎn)耗時(shí)與地質(zhì)條件煤質(zhì)硬度有關(guān)，為生產(chǎn)性耗時(shí)；T2為開聯(lián)巷耗時(shí)，與聯(lián)巷數(shù)量有關(guān)，而聯(lián)巷數(shù)量與聯(lián)巷長度X有關(guān)；T3為非生產(chǎn)耗時(shí)，例如倒機(jī)耗時(shí)等。

2）尋求平衡點(diǎn)：即TZ最小時(shí)的X值。T2、T3為相互制約的矛盾約束條件[5]，T2大就會(huì)變小，T3大T2就會(huì)變小，尋求平衡點(diǎn)即為最佳聯(lián)巷距離。

3）計(jì)算：掘進(jìn)速度：Vs=4 m/h；T1=2L/Vs.

倒機(jī)次數(shù)耗時(shí)函數(shù)：tn=40+11n/3（n 為整數(shù)，n≥2）.

令 T3=T2，則令 n=4，則 X=4.72×11=51.92≈52m。

4）答案分析：當(dāng)前地質(zhì)條件下，最佳聯(lián)巷間距約為52m。聯(lián)巷間距會(huì)隨地質(zhì)條件的變化而變化，不同的地質(zhì)條件決定了聯(lián)巷間距的最佳距離。

4 結(jié)束語

基于精益化管理思想，為了提升上灣煤礦連采面的掘進(jìn)效率，首先進(jìn)行目標(biāo)確定，分析了制約目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的邊界約束條件。計(jì)算過程中采用了微觀分析和宏觀分析的兩種算法，計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際情況，表明了計(jì)算方法的科學(xué)性和實(shí)用性，它比以往的經(jīng)驗(yàn)法更加科學(xué)、精益、合理，具有推廣意義。實(shí)際計(jì)算中應(yīng)把這兩種方法結(jié)合起來。再者，現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀況和地質(zhì)條件不同，計(jì)算結(jié)果不盡相同，計(jì)算過程中，也應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際緊密結(jié)合起來。

[1]楊愛軍.煤礦采礦新技術(shù)應(yīng)用探究[J].經(jīng)營管理者，2012(09):375.

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[3]張美玉,黃翰,郝志峰,楊曉偉.基于蟻群算法的機(jī)器人路徑規(guī)劃[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2005(25):34-35.

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[5]李寶堂.煤礦的高效開采技術(shù)探討[J].經(jīng)營管理者，2011(10):389.