皖北礦區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 膠帶輸送機聯合出矸，激光指向儀定向，錨梁網索支護，如圖1。

2 影響快速掘進的因素分析

根據對II634 機巷掘進現場跟班調研，在1個作業循環中，支護時間占循環總時間的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，鉆孔效率已經達到瓶頸期，主要表現在：

（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、支主要環節的重要影響因素，主要有：① 機掘巷道成形效果不好，打眼過程中出現跑鉆現象。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。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，但是現場效果不盡如人意。

（5）作業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

根據表1傳統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

將以上數據求平均值，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。

把數據代入得：

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。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

把數據代入得：

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）傳統煤巷掘進可行性總值的計算

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

表7 煤巷傳統掘進評價結果匯總表

（2）傳統煤巷掘進評價級別的設立和劃分

本文依據評價總值的范圍將其分為四個等級，如表8所示。

表8 煤巷傳統掘進評價等級劃分

（3）傳統煤巷掘進等級評定

根據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。