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        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

        2013-10-22 06:55:10王富強(qiáng)
        山西煤炭 2013年4期
        關(guān)鍵詞:浪費(fèi)間距巷道

        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(guó)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(guò)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(yíng)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(pán)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(zhǎng)度1637.6 m;輔運(yùn)順槽施工長(zhǎng)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(pán)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(cāng)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(wú)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(pán)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(guó)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(kāi)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(kāi)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(jiàn)圖1。

        圖1 掘進(jìn)面設(shè)備位置圖

        2.2 基本參數(shù)

        巷道長(zhǎng)度L=1 620 m,雙巷掘進(jìn),聯(lián)巷長(zhǎng)度18 m,循環(huán)長(zhǎng)度11 m,聯(lián)巷長(zhǎng)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(shuō)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(zhǎng)度約為58 m;在此需要說(shuō)明的是:聯(lián)巷長(zhǎng)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(kāi)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(zhǎng)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(yǔ)

        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(guò)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(lái)。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(guò)程中,也應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際緊密結(jié)合起來(lái)。

        [1]楊愛(ài)軍.煤礦采礦新技術(shù)應(yīng)用探究[J].經(jīng)營(yíng)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(jī)器人路徑規(guī)劃[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2005(25):34-35.

        [4]張志禮,柴建設(shè),姜之駿.采礦方法數(shù)據(jù)庫(kù)[J].河北理工學(xué)院學(xué)報(bào),1993(03):1-5.

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

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