采煤工作面的循环作业优化方案

采煤工作面的循环就是完成工作面破煤、装煤、运煤、支护和采空区处理等工序的全过程,并且周而复始地进行下去。炮采、普采工作面多以工作面放顶工序作为完成一个循环的标志;综采工作面一般是以进刀或移架工序作为完成一个循环的标志;放顶煤采煤工作面则是按完成一次放煤工序过程作为循环的标志。

采煤工作面循环作业的主要内容包括循环方式、作业形式、工序安排及劳动组织等。

(1)循环方式

循环方式是循环进度和昼夜循环次数的组合。采煤工作面的循环方式主要分为单循环与多循环。

1)循环进度

采煤工作面每完成一个循环向前推进的距离,是每次破煤的深度(截深)和循环破煤次数的乘积。炮采工作面的破煤进度,是根据工作面顶板的稳定状况和所选顶梁的长度确定的,一般取值为0.8～1.0 m。综采、普采工作面采煤机截深,应根据工作面顶板岩石性质、煤层特征、采煤机械设备性能以及支架结构、参数和工作面生产工序等特点合理确定。当前,我国一般取值为0.6～0.8 m,最大取值可达1.0 m。随着科学技术的不断进步,大功率高效重型成套综合机械化设备的推广应用,设备可靠性不断提高,为更好地发挥设备能力,加大采煤机截深已经成为综合机械化发展趋势。美国采煤机截深达到1.4 m,经济效益十分明显。

2)昼夜循环次数

主要根据采煤工作面的顶板条件、采煤工艺方式、操作人员素质、管理水平、工作面的基本参数和作业方式合理确定。高产高效工作面可达12次以上。

3)正规循环作业

按照作业规程中循环作业图表安排的工序顺序和劳动定员,在规定的时间内保质、保量、安全地完成循环作业的全部工作量,并周而复始地进行采煤工作的一种作业方法。符合规定的循环时间、循环进度、工作质量和劳动定员等是正规循环作业的四项基本要求,按照循环图表作业是正规循环的基本特点。因此,根据工作面的地质条件和生产技术设备制定出切实可行的正规循环作业图表,是工作面组织正规循环作业的前提。

4)正规循环率

为了加强采煤工作面现场规范化、科学化、标准化管理,生产现场多采用正规循环率来评价工作面生产组织管理水平,即

在一般情况下日进单循环和双循环作业,采煤工作面正规循环率不能低于80%;日完成3个以上循环的,正规循环率不能低于75%。例如,平顶山煤业集团公司规定:综采工作面正规循环率不低于80%,普采工作面正规循环率不低于85%,炮采工作面正规循环率不低于90%;对加班加点,挤占和取消设备检修及生产准备时间进行的循环作业,一律视为无效循环。

(2)作业形式

作业形式是采煤工作面在一昼夜内生产班与准备班的相互配合关系。确定工作面的作业形式应与矿井的工作制度相适应。

生产班是指在规定工作时间内从事采煤工作面各道工序作业的班组,又称为采煤班。准备班则是在工作时间内主要进行支护、运输、机电等设备的旧常维护、检修作业、巷道维护、工作面安全措施的施工等准备工作的班组。

我国大多数矿井的工作制度采用“三八”工作制,每天分成3个作业班,每班工作8 h。有的采煤工作面采用“四六”工作制或“四八”交叉工作制。“四六”工作制就是每天分4个作业班,每班工作6 h。“四八”交叉工作制就是每天分4个班,每班工作8 h,班与班之间交叉作业2 h。

“三八”工作制的作业形式,有“两采一准”“边采边准”“两班半采煤半班准备”等几种。“四六”工作制与“四八”交叉工作制的作业形式,有“三采一准”或“边采边准”等形式。

1)两采一准作业形式

这种作业形式是昼夜3个作业班中2个班生产1个班准备。有专门的准备检修班,准备时间比较充分,可保证工作面支护、机械、电气等设备的正常检修时间,有利于保障支架和机械、电气设备的完好性。准备班还可进行工作面的安全工程施工,确保生产班安全顺利地进行生产。这种作业形式经常应用在机械化采煤工作面或开采有煤与瓦斯突出危险的工作面。

2)边采边准作业形式

这种作业形式是昼夜3个作业班中2个班边生产边准备。其特点是生产的时间相对较长,可实现日进多循环;工作面推进速度比较快,有利于顶板控制。但这种作业形式没有专门的准备检修班,不能保障机械设备的正常维护、保养和检修,对设备的正常使用有一定的影响,必须2～3天安排一班进行设备的集中检修。这种作业形式在机械设备比较简单的炮采工作面应用较多。

3)两班半采煤半班准备作业形式

针对边采边准作业形式无法保障每天正常的检修时间,该作业形式在2个班采煤的基础上,另一班则用半班准备半班生产。这样既增加工作面的生产时间又保证有固定的机械设备检修时间,可较好地保障工作面开采设备的可靠性和完好性。该作业形式主要在一些设备比较先进、检修工作量较少的机采和炮采工作面采用。

4)三采一准作业形式

三采一准作业形式是“四六”工作制时经常采用的作业形式。每天3个生产班工作时间为18 h,与两采一准形式相比增加有效生产时间2 h,可较好地发挥设备效益又保证设备的检修时间,并有效地改善井下工人工作条件,对保障工人身心健康与矿井的安全生产非常有利。在工作地点较远的综采工作面多采用该作业形式。

5)四班交叉三采一准作业形式(www.xing528.com)

四班交叉三采一准作业形式是在“四六”工作制三采一准基础上,为使工人每天有效的工作时间达到8 h采用的一种作业形式。该作业形式每次交接班时两班工人在工作地点相互交叉2 h,接班的提前进行生产准备工作。该作业形式保证工人有效的工作时间和提高设备利用率,可提高工作面的生产能力。但这种作业形式在交接班时在工作面的较长时间内有两班工作人员,组织管理比较复杂,不利于工作面安全管理。因此该作业形式只在一些中小型矿井中工作地点距离井口较近或有时为赶任务、抢循环等情况下采用,是一种临时性的作业形式。

此外,还有两采两准作业形式,就是2个生产班每班工作8 h,2个准备班穿插在2个生产班中间,每班工作4 h。生产班主要完成工作面的破煤和支护工作,准备班主要进行放顶作业。目前炮采、普采工作面采用单体液压支柱支护顶板,工作面支护和放顶工序已成为采煤综合工种作业,工作面不再安排专门作业的放顶工,因此这种作业形式已很少采用。

(3)工序安排

确定工作面的循环方式和作业形式时,应合理安排采煤工作面的生产工序。工序安排的基本要求是:充分利用工作面的空间和作业时间,避免各工序的相互影响,提高工时利用率;保持工作面的均衡生产,最大限度地提高工作面的生产能力。

1)安排工序时应注意的问题

①保证主要工序的顺利进行　采煤工作面的主要工序是破煤、装煤、推移输送机、支设支架和放顶。主要工序的安排,直接影响着采煤工作面的安全生产和经济效益,因此,在安排工序时,必须保证主要工序在时间和空间能顺利进行。

②处理好主要工序和辅助工序的关系　辅助工序与基本工序的作业关系可采用平行作业或顺序作业。工序的顺序安排,一定要符合工艺要求,确保前一工序按时转入后一工序,各工序之间有机配合,互不影响。如工作面的两端头作业,不能按时完成准备工作,采煤机就无法进刀;单体支柱支护的工作面,放顶工序不能按时完成,就不能进行下一循环破煤工序作业。

③采用平行作业,提高工作效率　在保证安全的前提下,工作面的工序应尽可能采用平行作业。充分利用工作面的有限空间和工作时间,缩短循环周期。安排平行作业,各工序在空间上要保持一定的距离。推移输送机要滞后采煤机10～15 m;工作面破煤工序与放顶工序之间的距离要在15 m以上;单体支柱支护分段作业时,放顶工序分段距离必须大于15 m。这样可避免工序间相互干扰,影响安全生产。

2)工序流线图

利用统筹法原理,按各工序所占用的时间和它们的相互关系(如顺序作业、平行作业等关系),确定主要工序线路和辅助工序线路,主要工序线路用粗实线表示,辅助工序线路用细实线表示。顺序作业画在一条线上,用箭头表示先后关系。平行作业的工序,用上下平行的线段表示。超前或滞后一定时间依次开工的工序,用斜线表示。图13.5工作面的循环工艺流线图,虚线方框内表示由综合工种完成的工作。该循环工艺流线图主要工序是“采煤机割煤准备→割煤→端头斜切进刀”等工序组成;辅助工序线有两条,做缺口线和支护线,随采煤机割煤滞后进行挂梁、移输送机、支柱和放顶作业。次要工序与主要工序平行作业。

图13.5　某矿普采工作面循环工艺流线图

根据循环工艺流线图各工序相互关系和所需占用时间,结合企业管理网络管理知识,确定工艺流线图中的关键线路,计算出完成循环作业所需时间。对关键线路进行优化减少循环作业时间,可增加工作面的日循环次数。

(4)劳动组织

劳动组织是各工作班中劳动力定员与各工种的相互配合关系。采煤工作面劳动组织对提高工作面的产量和劳动效率有很大影响。劳动组织应根据循环方式、作业形式和工序安排合理确定。根据循环方式确定一昼夜内工作面总的工作量及各工种的工作量定额,计算各工种所需定员,依据作业形式分配生产班与准备班的工作时间,然后按工种确定每个生产班的工作量、劳动定员及占据的时间与空间。

劳动组织包括工作面的劳动力配备和劳动组织形式。劳动力配备有关内容将在煤矿企业管理课程中讲述。采煤工作面劳动组织形式主要分为四种。

1)追机作业

这种劳动组织形式一般和专业工种相配合。特点是依照普采工作面的生产过程,组织挂梁、推移输送机、支柱和回柱放顶等专业工作组,在采煤机割煤后顺序跟机进行作业。它的主要优点是,各工种之间分工明确,工种单一,便于新工人尽快掌握生产技术;有利于实现工种岗位责任制;适应机采工作的特点,各工种工作效果与采煤机工作效能一致;人力集中,在正常条件下可较好地发挥机械采煤的优势,加快采煤机割煤速度,提高采煤工效。其缺点是各工种分工过细,追机作业劳动强度较大;由于各工种要顺序作业,一个工种跟不上将影响整个采煤生产过程;在采煤机进刀过程中,可出现部分工种窝工现象。追机作业易出现各工种之间工作量的不平衡,造成忙闲不均的现象。

追机作业劳动组织形式主要使用在工作面长度较长、每生产班进刀数较少、顶板条件较好、采煤队管理水平较高的机采和综采工作面。

2)分段作业

这种劳动组织形式一般和综合工种相配合。在工作面除采煤机司机、机电工、泵站工、钻眼爆破工、作缺口等与工作面长度无关的专职工种外,将工作面的采支工组成若干个工作小组,每小组2～3人,按工作面长度分为几段,各工作小组在本段内完成采煤过程中除破煤外的各项工作。根据工作难易程度和工作量大小,每段长度为15～20 m。它的主要优点是各段劳动强度比较均衡;能实现定地点、定人员、定工作量,易保证工作面的工程质量;工人每天固定在某段工作便于掌握该段的顶板变化规律,可进行及时预防处理,有利于工作面的安全生产;能够培养一职多能,整体能力强的职工队伍;当工作面较短,工作面推进速度快,组织多循环作业更为有利。其缺点是采煤机进入该段时,工人工作量比较集中易出现工作时间内的忙闲不均;当工作面长度过长时,占用人员较多,可造成窝工现象;当煤层局部发生变化时,该段工作量显著增大,而处理人员较少,将影响整个工作面采煤工作顺利进行。

分段作业劳动组织形式主要适用于工作面长度较短、顶板条件较差、班进多循环的作业条件,在单体支柱支护的采煤工作面应用比较广泛。炮采、刨煤机开采的采煤工作面均采用分段作业形式。

3)分段接力追机作业

这种劳动组织形式在工作面除少数专业工种外,采支工每2～3人为一小组,工作面共计6～7小组,每小组一次负责10～15 m范围内的采、支工作。完成一段工作后,再追机进行另一段的采煤工作。形成几个小组轮流接力前进的工作过程。该作业形式避免了在工作时间内出现忙闲不均的现象,可充分利用工时;遇到突发事件,可集中人员进行处理。其主要不足是工人工作地点不固定,不利于工作面的质量管理;回采准备时间不充分,工作面生产管理难度较大。

分段接力追机作业主要使用于工作面长度较大、顶板条件较好、出勤人员较少的机采或炮采工作面。

4)分段综合作业

该劳动组织形式是将工作面分为3～4段,每段配置6～8名工人为一个工作小组,负责段内的各项采煤工作。各工作组由组长负责进行适当分工,可采用组内追机或分段作业,组内还可进行协调管理,相互帮助,有利于工作面的安全生产管理。

分段综合作业能较好地发挥工人的基本特长,是一种比较合理劳动组织形式。在工作组内相互协调配合,有利于工作面的生产管理,其使用条件与分段作业基本相同。