煤礦井下工程全生命周期過程協同體系研究

安景文，張志強

(中國礦業大學(北京)管理學院，北京 100083)

1 概述

煤炭企業的生產過程具有顯著的單件性特點，每個礦井、各個水平、各個采區，甚至每個工作面，都各不相同，而就每項具體工作而言，都具有相應的目標和約束條件，這就決定了每一項工作都是一個“工程”，完全可以采用工程管理的方法對其進行管理，以取得最佳的經濟效益和社會效益。本文將煤礦井下工程的范圍定義為圍繞煤礦井下工作面開展的開拓、掘進、安裝、回采、回撤工程，這五項工程是煤礦價值鏈的核心，煤礦的生產管理、經營管理、安全管理等工作都是圍繞其具體開展的。因此，煤礦井下工程可以從工程管理的角度，運用工程生命周期具體分析煤礦井下工程管理的階段和過程，為煤礦的具體管理工作理清工作內容。同時，目前煤礦井下工程管理的理論和思想是建立在高度分工的基礎上,強調分工的重要性，而對整體重視不足，造成系統不清、流程不順、協調不力、溝通不暢，極大地影響了煤礦井下工程整體管理效能的發揮，增加了管理成本，降低了管理效率。因此，煤礦井下工程全生命周期的各個階段和各個工程都必須打破原有的界限，用系統的觀點統籌考慮，使其相互滲透、相互作用，形成一個有機的整體。因此，目前很有必要從“協同”角度對煤礦井下工程的管理問題展開系統深入地研究[1-3]。

協同學是20世紀70年代初聯邦德國理論物理學家哈肯創立的，是研究協同系統從無序到有序的演化規律的新興綜合性學科。協同學具有廣闊的應用范圍，它在化學、物理學、經濟學、生物學、社會學，以及管理科學等許多方面都取得了重要的應用成果。但目前對煤礦協同管理的研究多側重于供應鏈協同、企業協同、組織協同等外部協同，對煤礦內部協同，尤其是煤礦井下工程的協同問題鮮有研究。因此，針對目前煤礦井下工程協同性不足的現狀，首先，從工程生命周期的角度，識別出煤礦井下工程的生命周期階段和相應的過程；然后，根據煤礦井下工程工作實際和工程范圍的界定，構建煤礦井下工程全生命周期過程協同體系的單項工程協同體系、單工作面工程協同體系和多工作面工程協同體系的三大協同體系；其次，分析總結出煤礦井下工程全生命周期過程協同體系的三大體系的協同機制，最后，根據協同學中序參量的定義，給出了影響三大協同體系運行的協同有序度的數學表達式。本文創造性的研究對于優化現有煤礦生產管理方式、增加煤礦井下工程全生命周期的協調性、提高煤礦生產的經濟效益和勞動效率具有一定的理論和實踐意義[4-6]。

2 煤礦井下工程生命周期

項目生命周期確定了項目的開端和結束，決定了在項目結束時應該包括或不包括哪些過渡措施。通過這種方式，我們可以利用項目生命周期設定來將項目和執行組織的連續性操作鏈接起來。通過研究煤礦井下工程生命周期的具體階段和過程，使煤礦井下工程的管理從煤礦管理的大體系中明晰出來，理清煤礦井下工程管理的主線和具體內容。

2.1 煤礦井下工程生命周期階段

現代項目管理理論將整個項目的全部工作看成是由一系列項目階段構成的一個完整的項目生命周期。對于一般意義上的項目和工程，生命周期包括“啟動、規劃、執行、完成”四個主要階段(圖1)。在項目管理中，通常相同性質的項目工作會劃分在同一個項目階段中，實際中具體工作根據不同領域和不同方法再進行具體劃分。在項目生命周期運行過程中的不同階段里，由不同的組織、個人和資源扮演著主要角色。

圖1 項目生命周期

煤礦井下工程(開拓、掘進、安裝、回采、回撤)具有顯著的單件性特點，每項工程各不相同，都具有相應的目標和約束條件，這些“工程”特性就決定了可把煤礦井下工程運用項目生命周期進行階段分析。煤礦井下工程相對于一般地面工程簡單，項目環節、內容、參與方都相對較少且相對固定。因此，根據項目生命周期理論并結合煤礦井下工程的特點，可把煤礦井下工程的生命周期劃分為“計劃設計、施工控制、考核結算”三個主要階段(圖2)。

圖2 煤礦井下工程生命周期

設計計劃階段：根據具體工程的目標(質量、工期、成本、安全)和計劃，設計具體工程的設計說明書、預算報告等，為工程的施工奠定技術和經營基礎。

施工控制階段：根據設計標準、預算指標、管理規定等，開展工程的施工工作，并從生產管理、預算控制、安全管理三個方面對工程的施工過程進行控制。

考核結算階段：根據本礦工作面工程的作業規程及相關規定等，進行項目的檢查、考核、結算工作。礦和下一環節的區科都要對工程的具體情況考核，并根據考核結果對區科、班組和個人結算。

2.2 煤礦井下工程生命周期過程

現代項目管理認為，項目是由一系列的項目階段所構成的一個完整過程，而各個項目階段又是由一系列具體活動構成的一個工作過程。所謂“過程”是指能夠生成具體結果的一系列活動的組合。項目管理過程一般是由五個不同的項目管理具體工作過程構成，即起始過程、計劃過程、實施過程、控制過程、結束過程。它們構成了一個項目管理工作過程組。項目管理具體工作過程之間的關系是一種前后銜接的關系，是通過輸入、輸出而相互關聯的關系。項目管理工作過程組的各個具體工作過程之間在時間上會有不同程度的交叉和重疊。同時，項目管理具體工作過程之間的相互作用和相互影響還會跨越不同的兩個項目階段。這種關系如圖3所示。

圖3 一個項目階段/項目生命周期中各過程的交叉、重疊關系

從圖3可以看出，項目生命周期和一個項目階段中的各個階段和過程是相互重疊的，一個過程往往都與別的過程重疊，這就產生了項目生命周期各個階段和過程的銜接問題，為項目生命周期和工程間的協同問題的解決創造了條件。

根據工程生命周期的工作過程的分類和具體內容，結合煤礦井下工程管理實際，對煤礦井下工程按照項目生命周期各階段工作過程進行分類識別。煤礦井下工程生命周期具體過程如表1所示。

表1 煤礦井下工程生命周期過程

由表1煤礦井下工程具體過程識別的結果可以發現：如煤礦井下工程的工程設計、工程施工、檢查驗收等過工作過程雖然屬于不同的生命周期階段和過程，但這三個工作工程之間聯系緊密，構成了一套完整的煤礦井下工程生產管理流程。因此，為了實現煤礦井下工程的協同，實現煤礦井下工程管理的目標，有必要從工程生命周期角度，并結合煤礦井下工程管理實踐，按照各個工程項目的階段特征和技術特點找到他們之間的聯系，構建煤礦井下工程全生命周期過程協同管理體系。

3 煤礦井下工程全生命周期過程協同體系

對煤炭企業而言，煤礦井下工程的過程協同是對煤礦井下工程體系中各個過程(工程、階段、環節、工序等)進行協同，實現它們之間的優化組合與配置，進而產生一個在結構、功能等方向遠遠超越原有組織系統、具有新生命體的系統。工程項目的所有工程、階段、過程等都是不可分割的，需要用協同的觀點統籌考慮。本文按照工程協同范圍的不同由小到大將煤礦井下工程全生命周期過程協同體系分為三大體系：單項工程協同體系、單工作面工程協同體系、多工作面工程協同體系。

3.1 煤礦井下工程全生命周期過程協同體系——單項工程

煤礦井下單項工程全生命周期過程協同是為實現單項工程項目全生命周期的信息、資源共享和各方協同工作，將原來孤立的工程各階段和過程進行整合，形成一個協調的系統。

在以往生產中，工程各方只注重本單位利益，不考慮工程各階段的實際情況，給其它階段的工作帶來不必要的困難，影響施工質量和效率。例如以前設計階段只對具體工程開展技術設計，成本控制往往放在施工和考核階段，這就造成了成本控制無標準、控制困難的粗放式生產問題。可以在設計階段就運用預算管理的方法，設計預算標準和辦法，做到成本的全過程控制。因此，要想實現單項工程各階段有序進行，必須實現單項工程各階段的協同。

通過上文對煤礦井下工程生命周期階段和過程的分析，以單項工程性質為依據，以流程為主線，以協同為目的，構建煤礦井下單項工程全生命周期過程協同體系，如圖4所示。

目標是工程協同的結果，同時也對整個協同過程有著指導作用。隨著項目結構和過程協同的分解，以工程全生命周期總目標為主導的目標分解、控制分解、考核分解也在同步進行，這樣就把項目目標和計劃逐步轉變成設計工作，施工任務和驗收工作等。

圖4 煤礦井下單項工程全生命周期過程協同體系

煤礦井下單項工程的生命周期包括設計計劃階段、施工控制階段、考核結算階段。這三個階段是煤礦井下單項工程實施的過程。

煤礦井下單項工程的各個階段的各個具體工作過程之間在時間和工作性質上會有不同程度的延續、交叉和重疊。如煤礦井下工程的預算編制、預算控制、預算考核、結算過程雖然屬于不同的生命周期階段和過程，但這三個工作工程之間聯系緊密，構成了一套完整的煤礦井下工程經營管理流程。因此，要根據單項工程的目標合理協調各階段和各過程，合理設計各協同界面，制定確保各階段和過程協同的管理制度、流程等，實現各階段和過程的無縫銜接。

3.2 煤礦井下工程全生命周期過程協同體系——單工作面工程

煤礦井下單工作面工程全生命周期過程的協同是為實現單工作面工程項目全生命周期的信息、資源共享和各方協同工作，將單工作面工程看成一個工程項目，從生命周期角度研究整個工程項目的過程協同問題，將原來孤立的工程各項工程、各階段、各過程進行整合，形成一個協調的系統。

煤礦生產過程根據其工藝特點可劃分為許多生產環節，本文的煤礦井下工程工作面生產環節按其工藝特點和生產流程可以劃分為開拓、掘進、安裝、回采和回撤五部分。

在以往煤礦生產中，各單位只注重本單位生產或從自身利益出發，片面應付完成生產，不考慮后期生產，給后期工作帶來不必要的困難或工力浪費，嚴重制約生產。例如掘進到安裝，安裝到回采，回采到回撤一系列工程銜接，在原來掘進貫通以后，直接交給準備安裝，在掘進期間不考慮安裝因素，只從本單位出發，只求快速掘進、貫通，巷道的一系列設備、設施不予考慮，例如軌道鋪設，只要掘進能使就行，不考慮一系列尺寸，造成巷道貫通以后，安裝前還要投入大批人力進行臥底、調道，更換軌枕；巷道鋪設管路，只用普通鉛絲吊掛，沒有統一標準尺寸，安裝前還要重新鋪設供液管路，給安裝帶來不便；上風、下運皮帶安裝位置，若不提前考慮后期還得重新安裝。這些問題若不提前考慮周全或管理不到位將嚴重制約生產銜接，后期還要投入大量人力進行改造，造成不必要工力、資金浪費，成為預期回采的絆腳石。安裝到回采，回采到回撤等同理，后續一步考慮不到位將會制約下一步生產。要想實現煤礦井下工程的有序進行，必須實現井下工作面各工程的協同。

通過上文對煤礦井下單項工程全生命周期過程協同的分析，以單工作面各工程性質為依據，以流程為主線，以協同為目的，構建煤礦井下單項工程全生命周期過程協同體系，如圖5所示。

單工作面工程全生命周期協同包括計劃設計階段、工程施工階段(開拓、掘進、安裝、回采、回撤工程)、分析處理階段三個階段。每個階段又包括很多具體協同的內容。

單工作面工程各環節的協同即上一道工序為下一道工序做鋪墊、服務，做到首尾互應，回采、掘進、準備安裝、回采、回撤統一設計，上道工序能完成的工作不能放到下道工序。上一道工序為下一道工序服務，不為下一道工序留下隱患、不留下反手工作，保證下一道工序安全快捷高效施工。

單工作面各工程、各階段、各過程間在時間和工作性質上會有不同程度的延續、交叉和重疊。如回采交回撤，回采結束時，做收尾的工序是直接為回撤服務的工序，回采移交回撤后，回撤是否可以在最短的時間進行回撤，關鍵是看回撤收尾工序是否按協同的要求將回撤進入后的準備工作在回采過程中就已經完成。因此，要根據單工作面工程的目標合理協調各工程、各階段、各過程，合理設計各協同界面，在界面處設置檢查驗收點和控制點，并制定確保各階段和過程協同的管理制度、流程等，實現各工程、各階段、各過程的無縫銜接。

3.3 煤礦井下工程全生命周期過程協同體系——多工作面工程

煤礦井下多工作面工程全生命周期過程的協同是為實現多工作面工程項目全生命周期的信息、資源共享和各方協同工作，將多工作面工程看成一個大工程項目，從生命周期角度研究整個工程項目的過程協同問題，將原來孤立的各項工程、各階段、各過程進行整合，形成一個協調的系統[7-8]。

在以往煤礦生產中，煤礦計劃部門對工程實際情況和資源狀況缺乏系統思考，生產計劃安排不合理，給煤礦的正常生產帶來困難，影響施工質量和效率。例如多工作面工程可能面臨一個單位要在幾個工作面施工，本單位施工能力有限，生產進度無法保證，而別的單位沒有施工工作。這就造成了勞動力的閑置。因此要合理設計采掘接替計劃，合理配置生產資源，做好正規循環作業，使各工作面的生產有序開展，保證各工程的質量和進度。

通過上文對煤礦井下單工作面工程全生命周期過程協同的分析，以多工作面各工程性質為依據，以流程為主線，以協同為目的，構建煤礦井下多工作面工程全生命周期過程協同體系，如圖6所示。

圖5 煤礦井下單工作面工程全生命周期過程協同體系

圖6 煤礦井下多工作面工程全生命周期過程協同體系

多工作面工程全生命周期協同包括計劃設計階段、工程施工階段(多工作面工程)、分析處理階段三個階段。每個階段又包括很多具體協同的內容。

多工作面各工程、各階段、各過程間在時間和工作性質上會有不同程度的延續、交叉和重疊。假如三個工作面工程現都需要進入安裝階段，但準備區力量有限，只能同時完成兩個工作面的安裝，這就是資源的約束給連續生產造成了障礙。因此，要根據多工作面工程的目標和資源約束合理設計各工程的順序和工期，協調各階段、各過程的開展，合理設置各協同界面，根據資源約束，在各界面處設置檢查驗收點和控制點，并制定確保各工程協同的管理制度、流程等，實現各工作面工程的無縫銜接。

4 煤礦井下工程全生命周期過程協同機制

根據以上三個系統的分析，可以看出以上三個系統各有特點，主要協同內容各不相同，下面列出三個系統的具體協同機制，如表2所示。

5 煤礦井下工程全生命周期過程協同有序度

按照協同學的理論，協同管理可以定義為系統處于變革或臨界狀態下，以協同思想為指導，綜合運用管理手段和方法，促使系統內部各子系統或要素按照協同的方式進行整合、相互作用、相互合作協調，從而實現一致性和互補性，進而產生支配整個系統發展的序參量，使系統實現自組織，從一種序狀態走向另一種新的序狀態，并使系統產生整體作用大于各要素作用力之和的系統管理方法。

對于煤礦井下工程全生命周期過程協同管理體系來說，系統運行的動力是系統內部各子系統---各工程、階段、過程等之間的競爭與合作，而不是外部指令，序參量就是在這競爭與合作過程中產生，序參量是使系統達到有序并決定系統有序狀態的程度。序參量是描述系統有序程度的參量，并不是系統中某個占據支配地位的子系統。

通過對煤礦井下工程全生命周期過程協同管理體系各子系統之間的相互競爭與協同的研究，在以前學者研究的基礎上本文提出本系統的序參量為各工程、階段、過程等之間的協調程度。用字母設各工程、階段、過程等間協調程度(C)是系統運行過程中在隨機漲落力(N)的影響下，由于單項工程各階段(S)，單工作面各工程(O)，多工作面各工程(M)的各自協同作用達到臨界狀態時形成的。

對應上文煤礦井下工程協同體系的三個體系的內容，各系統序參量的形成過程可用式(1)～(3)表示。

1) 單項工程協同有序度

dC1/dt=k1C1+β(S1,S2,S3)+N1

(1)

式中：S1為設計階段；S2為施工階段；S3為驗收階段。

2) 單工作面工程協同有序度

式中：O1為開拓工程；O2為掘進工程；O3為安裝工程；O4為回采工程；O5為回撤工程。

3) 多工作面工程協同有序度

式中：M1為工作面1工程；M2為工作面2工程；M3為工作面3工程。

式(1)～(3)中：β為隨機漲落力對系統子系統之間協同作用的影響所導致的各個子系統的變化；N為隨機漲落力對系統運行的影響；t為時間；k為子系統的變化率及其與原有狀態的關系。

6 結論

與傳統煤礦管理理論相比，煤礦井下工程協同在思想、視角及處理問題的方法上都有很大的不同。煤礦井下工程協同管理突出強調各工程、階段、過程、工序間協同、配合的思想，重視企業內部資源的優化配置和合理利用,以使系統產生自組織功能而實現協同效應,達到工程管理工期、質量、成本、安全的目標。因此，煤礦協同管理可以克服傳統煤礦生產管理中協同性不足的問題。本文將協同學理論和工程生命周期理論創造性地運用于煤礦井下工程管理實踐之中，使得理論與企業實際能夠密切結合，對系統優化現有煤礦生產管理方式、增加煤礦井下工程全生命周期的協調性、提高煤礦生產的經濟效益和勞動效率具有一定的理論和實踐意義。本文對煤礦井下工程協同的研究是初步探索，更廣泛與更深入的研究與實證還有待于進一步開展[9-10]。

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