皖北礦區(qū)煤巷快速掘進影響因素層次分析研究

馬 力

（皖北煤電集團，安徽 宿州 234000）

1 工程背景

皖北煤電集團有限責任公司恒源煤礦Ⅱ634機巷位于Ⅱ634 工作面下部，預計標高-693.7～-743m，平均傾角2.5°。巷道施工范圍內對應地表標高為+30.7～ +32.4m，地勢較為平坦，主要為耕地，無其他建筑物，預計掘進對此無影響。Ⅱ634 機巷布置在 6 煤層中跟頂板施工，據(jù)已施工的Ⅱ633 機巷、Ⅱ632 機巷、Ⅱ632 風巷掘進過程中資料分析，巷道在掘進期間揭露的巖層主要為泥巖及細砂巖、粉砂巖。II634 機巷主要采用 EBZ-160 掘進機破巖（特殊情況采用打眼放炮）、配合 SDJ-80 膠帶輸送機聯(lián)合出矸，激光指向儀定向，錨梁網(wǎng)索支護，如圖1。

2 影響快速掘進的因素分析

根據(jù)對II634 機巷掘進現(xiàn)場跟班調研，在1個作業(yè)循環(huán)中，支護時間占循環(huán)總時間的50%～67%，掘進時間占17%～34%，工作準備時間及機械故障時間占10%～15%。其中支護和掘進是影響 II634 機巷快速掘進的關鍵因素，鉆孔效率已經(jīng)達到瓶頸期，主要表現(xiàn)在：

（1）錨桿支護前占用時間較長。班組間交接時間長，準備工作和臨時支護用時多。

（2）錨桿支護整體時間長。在整個掘進施工過程中，錨桿支護是掘、運、支主要環(huán)節(jié)的重要影響因素，主要有：① 機掘巷道成形效果不好，打眼過程中出現(xiàn)跑鉆現(xiàn)象。錨桿支護斷面多為矩形，頂幫不平整也是影響打眼速度的主要因素之一；②安裝頂、幫錨桿施工不能平行作業(yè)。掘進施工中，頂、幫錨桿在同一輪廓線上，并要求緊跟迎頭，頂、幫打眼安裝過程相互影響，如：有時頂板錨桿施工45min，幫錨桿施工 70min，由于相互影響，平行作業(yè)時間小于 25min； ③ 職工操作不熟練，安裝錨桿用時太長；④ 幫鉆桿太長，當兩幫同時打眼會相互影響。重復安裝錨桿現(xiàn)象較多，在攪拌不好或錨固失效的情況下要補打，延長了時間。同時用風鉆機械擰緊螺絲時往往預緊力不符合設計要求，需要用手動工具擰緊。

（3）掘、支不平衡，工作面掘進機割煤時間通常占17%～34%，而打錨桿支護時間需占50%～67%，掘進快而支護慢。這種矛盾隨著掘進機截割功率不斷增大、截割能力不斷增強更加突出。

（4）在掘進過程中，現(xiàn)場降塵措施效果不良，能見度低，對掘進機司機的視線造成影響，拖延掘進速度。煤礦普遍采用噴霧形式降塵，但是現(xiàn)場效果不盡如人意。

（5）作業(yè)人員對設備的操作熟練程度和維護檢修能力有局限性，也是影響煤巷快速掘進的因素。

圖1 Ⅱ634機巷支護斷面圖

3 掘進影響因素權重計算與結果分析

3.1 一級指標重要度比較

對皖北煤電集團有限責任公司所屬煤礦傳統(tǒng)煤巷掘進評價目標的一級指標進行重要度比較，結果如表1 所示。

表1 一級指標重要度的比較結果

根據(jù)表1傳統(tǒng)煤巷掘進方式的組織成分構建判斷矩陣A為：

用“和積法”計算權重向量：

（1）將 A 的每一列元素作歸一化得A'：

（2）將歸一化后的判斷矩陣按列相加得w'：

（3）對w'作歸一化得其最大特征向量w：

（4）計算A的最大特征根λmax

（5）進行一致性檢驗：

當n=6時，RI=1.12則

由此可得，判斷矩陣通過一致性檢驗，說明此權重值具有可行性。

3.2 二級指標要素權重計算

（1）設備問題F

設備問題中依據(jù)層次分析法建立判斷矩陣如下：

表2 設備問題有關指標的比較結果

（2）技術問題T

技術問題中依據(jù)層次分析法建立判斷矩陣如下：

表3 技術問題有關指標的比較結果

（3）管理問題M

管理問題中依據(jù)層次分析法建立判斷矩陣如下：

表4 管理問題有關指標的比較結果

（4）組織問題O

組織問題中依據(jù)層次分析法建立判斷矩陣如下：

表5 組織問題有關指標的比較結果

（5）地質條件G

地質條件中依據(jù)層次分析法建立判斷矩陣如下：

表6 地質條件有關指標的比較結果

（6）二級指標一致性檢驗

為了保持決策者做成對比較的一致性，我們要對指標進行一致性檢驗，其計 算步驟如下。

① 設備問題

將成對比較矩陣中的每一列與該列所對應的系數(shù)相乘，然后再相加，得到一 個向量“加權值”

將上面所得加權值向量除以每個標準的優(yōu)先級。

設備選型：0.947/0.32=2.959375

設備匹配：0.789/0.26=3.034615385

設備銜接：1.263/0.42=3.007142857

將以上數(shù)據(jù)求平均值，用A1表示。

進而通過以下公式計算一致性指標（CI）

其中N為比較項的個數(shù)。

把數(shù)據(jù)代入得：

引入平均隨機一致性指標RI，RI的值取決于該比較項的個數(shù)。通過查表可得當N=3 時，RI=0.53，則一致性指標為：

證明設備問題判斷矩陣具有滿意的一致性。

② 技術問題

同上，引入RI=0.53，則一致性指標為：

證明技術問題判斷矩陣具有滿意的一致性。

③ 管理問題

同上，引入RI=0.53，則一致性指標為：

證明管理問題判斷矩陣具有滿意的一致性。

④ 組織問題

同上，引入RI=0.53，則一致性指標為：

證明組織問題判斷矩陣具有滿意的一致性。

⑤ 地質條件

把數(shù)據(jù)代入得：

同上，引入RI=0.53，則一致性指標為：

證明地質條件判斷矩陣具有滿意的一致性。

4 掘進影響因素等級評定

通過一致性檢驗可以看出，進行成對比較的設計是符合要求的，進而我們以此對每種影響因素進行綜合的等級評定。計算過程如下：

（1）傳統(tǒng)煤巷掘進可行性總值的計算

依據(jù)煤巷傳統(tǒng)掘進評價體系各相關因素的權重值形成表7，并依據(jù)如下公式對煤巷傳統(tǒng)掘進可行性總值T總進行計算：

表7 煤巷傳統(tǒng)掘進評價結果匯總表

（2）傳統(tǒng)煤巷掘進評價級別的設立和劃分

本文依據(jù)評價總值的范圍將其分為四個等級，如表8所示。

表8 煤巷傳統(tǒng)掘進評價等級劃分

（3）傳統(tǒng)煤巷掘進等級評定

根據(jù)影響煤巷快速掘進因素構建的評價模型，結合皖北煤電集團有限責任公司煤礦實際情況，對各個影響因素予以賦值，并通過計算最后得出煤巷掘進可行性評價總值，如表9所示。

表9 皖北集團所屬煤礦煤巷掘進評價結果匯總表

（4）評價結果與分析

最終求得皖北煤電煤礦煤巷掘進可行性評價總值T總=0.84401919。根據(jù)煤巷掘進評價級別劃分可知，煤巷掘進方案實施是完全可行的。將設備問題F、技術問題T、管理問題M、組織問題O、地質條件G五個因素進行重要度排序依次為：組織問題O＞設備問題F＞地質條件G＞管理問題M＞技術問題T。

5 結論

（1）分析獲得了II643機巷快速掘進存在的主要問題：掘快支慢、支前準備和臨時支護時間長、掘進現(xiàn)場粉塵降塵效果不良、操作人員的技術水平局限性。

（2）采用層次分析法計算分析了一級指標組織管理F、支護工藝T、地質條件M、施工工藝G、施工裝備G五個方面對二級指標設備問題F、技術問題T、管理問題M 、組織問題O、地質條件G進行了一致性檢驗，表明各影響因素權重值可行，煤巷掘進可行性評價總值T總=0.84401919，結果表明煤巷掘進方案是可行的。

（3）分析獲得了影響煤巷掘進的五個因素重要度排序依次是：組織問題O＞設備問題F＞地質條件G＞管理問題M＞技術問題T。