基于精益化管理的煤礦掘進聯巷最佳間距計算研究

王富強

（神華神東煤炭集團公司 上灣煤礦，內蒙古 鄂爾多斯 017209）

以神東煤炭集團上灣煤礦為例，2011年該礦經對試運行的設備運行及效能管理系統（MES）分析，并經國際資訊公司麥肯錫診斷分析，該礦設備綜合利用率還有一定提升空間，一些工程設計參數（例如掘進工作面聯巷間距仍憑經驗確定）有待合理完善、精確化、科學化。

根據連采生產組織、材料消耗、隊伍能力建設、現場管理、科技創新、知識系統管理文化建設等方面分析[1，2]，需要結合七大浪費（等待浪費、檢修浪費、生產過程浪費、不良品浪費、生產組織浪費、人力資源浪費、運營效率浪費）制約連采效率提升的不利因素。其中最重要的是時間浪費，因此，計算合理的聯巷間距可提升連采掘進效率、降低掘進中的設備時間等待浪費，也是實現煤礦精益化管理的重要措施。

1 研究對象介紹

1.1 工作面介紹

以神華神東上灣煤礦三盤區12上煤303掘進面為例，采取膠運、輔運雙巷掘進，膠運順槽施工長度1637.6 m；輔運順槽施工長度1 637.6 m；按照經驗[3]，順槽間共有31個聯巷共計569.5 m，三盤區12上煤303采面移變繞道共計113 m；回風措施巷、措施巷措施巷調車硐室共計169 m；主、輔回撤通道及聯巷共計633 m；回撤通道內探巷、調車硐室共計92 m；303綜采工作面切眼、2個端頭支架架窩、機窩、4個調車硐室共計349 m；2個臨時水倉共計12m；施工總量5212.7m。

1.2 掘進工藝介紹

1）落煤。①切槽采垛：采用連采機截割煤和裝煤。每次掘進巷道前，司機先開動連采機調整在巷道前進方向左側，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一個循環進度，即為切槽；然后退出連采機，再調整到巷道右側，開始截割剩余部分，即為采垛。連采機是以切槽和采垛工序完成巷道掘進[2]。②截割方式：無論切槽還是采垛、連采機截割時，先將連采機截割頭調整至巷道頂部，將截割頭切入煤體[3]，然后逐漸調整截割頭高度，由上向下截割煤體，當割到巷道底板時，連采機稍向后退，割完底煤，使巷道底板平整，并裝完余煤，再將截割頭調整在巷道頂板，接著進行下一個循環，這樣循環進行，直至進尺達到一個循環進度時，才將連采機移到下一條巷道作業。

2）裝煤。采用連采機自裝煤方式，連采機割煤時煤落入收集頭上，裝在收集頭上的圓盤耙爪連續運轉，將煤裝入中部運輸機，可將煤裝卸到搭接在連采機后面的梭車內。

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

4）清理浮煤。選用UN488型鏟車清理巷道內的浮煤、淤泥，保證巷道干凈、暢通；每個掘進循環完畢后清理巷道內的浮煤。

5）聯巷掘進及抹角要求。303采面膠輔運順槽掘進區段的凈煤柱為18 m。掘進時從膠運順槽開口抹角掘進聯巷，聯巷寬5m、高3.4m，正常情況下聯巷分兩次貫通。聯巷開口抹角不大于4 m×4 m、控制在3.5 m×3.5 m，其他抹角滿足正常生產需要及梭車拐彎即可，不大于3m×3m、控制在2m×2m。準備用作膠輪車調車聯巷的需要提前安排抹大角，確保正常行車。

2 確定求解目標和已知條件

2.1 確定求解目標

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

圖1 掘進面設備位置圖

2.2 基本參數

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

12CM15-10D（變頻）連采機額定割煤生產能力Ql=（15～27）t/min(隨地質條件變化而變化)；結合實際考慮工程質量修邊耗費時間gl=（6～15）t/min。

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

3 求解計算方法

3.1 微觀計算方法

1）計算梭車裝載時間：Tz=Qs/PL=18/27=40s。

2）計算煤機割煤時間：Tm=Qs/gl=18/（6～15）=（1.2～3）min=（72～180）s。

據實際取均值Tm=126s，Tm＞Tz（邊割煤邊給梭車裝煤），耗時不考慮。

3）列方程：2×（15+18+X）/Vs=Tm-Ts.

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

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

6）采樣，不同條件下所對應的求解目標結果，如表1所示。

表1 不同地質條件下對應的聯巷間距

3.2 宏觀計算方法

1）分析掘進耗時：巷道掘進總耗時：TZ=T1+T2+T3。其中，T1為巷道掘進生產耗時與地質條件煤質硬度有關，為生產性耗時；T2為開聯巷耗時，與聯巷數量有關，而聯巷數量與聯巷長度X有關；T3為非生產耗時，例如倒機耗時等。

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

3）計算：掘進速度：Vs=4 m/h；T1=2L/Vs.

倒機次數耗時函數：tn=40+11n/3（n 為整數，n≥2）.

令 T3=T2，則令 n=4，則 X=4.72×11=51.92≈52m。

4）答案分析：當前地質條件下，最佳聯巷間距約為52m。聯巷間距會隨地質條件的變化而變化，不同的地質條件決定了聯巷間距的最佳距離。

4 結束語

基于精益化管理思想，為了提升上灣煤礦連采面的掘進效率，首先進行目標確定，分析了制約目標實現的邊界約束條件。計算過程中采用了微觀分析和宏觀分析的兩種算法，計算結果符合實際情況，表明了計算方法的科學性和實用性，它比以往的經驗法更加科學、精益、合理，具有推廣意義。實際計算中應把這兩種方法結合起來。再者，現場的實際狀況和地質條件不同，計算結果不盡相同，計算過程中，也應與現場實際緊密結合起來。

[1]楊愛軍.煤礦采礦新技術應用探究[J].經營管理者，2012(09):375.

[2]Tan Guan-zheng,He Huan,Sloman Aaron.Global optimal path planning for mobile robot based on improved Dijkstra algorithm and ant system algorithm[J].Journal of Central South University of Technology,2006（1）：22-24.

[3]張美玉,黃翰,郝志峰,楊曉偉.基于蟻群算法的機器人路徑規劃[J].計算機工程與應用，2005(25):34-35.

[4]張志禮,柴建設,姜之駿.采礦方法數據庫[J].河北理工學院學報，1993(03):1-5.

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