于新鋒

(中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計研究院有限公司，湖北 武漢 430064)

無軌膠輪車作為礦井先進(jìn)的輔助運(yùn)輸方式，具有機(jī)動靈活、操作簡單、裝卸方便、運(yùn)輸速度快、運(yùn)輸工作量大、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)新建大型礦井中得到廣泛應(yīng)用[1，2]。近年來，我國建設(shè)了一批采用緩坡副斜井進(jìn)行輔助運(yùn)輸?shù)牡V井，緩坡副斜井傾角一般在6°以內(nèi)，井筒長度可達(dá)到4000m及以上[3]。雖然無軌膠輪車為礦井輔助運(yùn)輸提供了有力保障，但受井下條件限制，為減少井筒斷面尺寸、降低井巷工程量和投資，緩坡副斜井一般采用單道雙向行駛，為有效解決車輛通行問題，錯車硐室的設(shè)置尤為重要。

目前國內(nèi)斜井井筒及井下輔助運(yùn)輸設(shè)計相關(guān)規(guī)范規(guī)定在無軌膠輪車運(yùn)輸?shù)男本玻?dāng)不滿足雙向車道運(yùn)行時，應(yīng)設(shè)置會讓硐室[4，5]，對于如何設(shè)置、硐室間距如何確定等并沒有相關(guān)規(guī)定，為緩坡副斜井設(shè)計帶來不便。因而，緩坡副斜井錯車硐室設(shè)置方式及間距研究工作對于井筒設(shè)計、提高井筒通行能力、確保運(yùn)輸安全具有重要意義。

1 工程概況

雙馬煤礦設(shè)計生產(chǎn)能力4.0Mt/a，煤層為近水平煤層，采用斜井開拓方式，布置主、副、回風(fēng)斜井。其中副斜井采用緩坡斜井，井口標(biāo)高+1373.5m，井筒落底標(biāo)高+1046m，落差327.5m，井筒傾角最大5.5°，井筒長度4151m。井筒內(nèi)無軌膠輪車采用單道雙向行駛，井筒正常段斷面采用半圓拱形斷面，凈寬5.4m，凈高4.6m，凈斷面積21.6m2，如圖1所示。

圖1 緩坡副斜井正常段斷面圖(mm)

雙馬煤礦緩坡副斜井僅服務(wù)于礦井輔助運(yùn)輸，根據(jù)雙馬煤礦采、掘工作面輔助運(yùn)輸人員、設(shè)備、材料等情況，設(shè)計確定礦井最大班輔助運(yùn)輸總量為103車/班。

2 錯車硐室設(shè)置方式

2.1 錯車硐室形式

目前，煤礦井下錯車硐室有盡頭式硐室和井筒加寬式布置2種方式[5]。硐室式巷道斷面小，利于支護(hù)，但受擴(kuò)散通風(fēng)影響，硐室深度一般小于6m；而加寬式則不受擴(kuò)散通風(fēng)距離影響，布置長度相對靈活，也利于車輛錯車會讓，因此，雙馬煤礦緩坡副斜井井筒內(nèi)的錯車硐室采用加寬式布置方式，如圖2所示。

圖2 加寬式錯車硐室布置平面圖

2.2 錯車硐室寬度

錯車硐室的寬度應(yīng)按雙向車道的寬度進(jìn)行考慮，根據(jù)《煤礦井下輔助運(yùn)輸設(shè)計規(guī)范》，雙向車道運(yùn)行時巷道斷面寬度可按式(1)計算[4]：

B錯=b1+b2+b3+b4+b5

(1)

式中，B錯為錯車硐室斷面寬度，m；b1、b2為雙向車道內(nèi)車輛寬度，取2.4m；b3為人行道寬度，取1.2m；b4為車輛與巷道側(cè)壁最小間距，取0.5m；b5為對向車輛間距離，取0.5m。

經(jīng)計算，錯車硐室斷面寬度為7m；礦井無軌膠輪車一般車輛寬度小于2.4m，但井下支架搬運(yùn)車寬度卻為3.5m，考慮到其運(yùn)行頻率較低，在不考慮人行道寬度的情況下，對支架搬運(yùn)車與一般車輛錯車會讓進(jìn)行驗(yàn)算即可，可采用式(2)驗(yàn)算：

B錯=b1+b2+2b4+b5

(2)

經(jīng)驗(yàn)算，錯車硐室斷面寬度為7.4m時，才能滿足支架搬運(yùn)車與一般車輛錯車要求，因此，錯車硐室斷面寬度取7.4m，該礦井井筒正常段凈寬B為5.4m，因此錯車硐室斷面加寬值B1為2.0m，錯車硐室斷面如圖3所示。

圖3 加寬式錯車硐室斷面圖(mm)

2.3 錯車硐室長度

根據(jù)《公路路線設(shè)計規(guī)范》，四級公路設(shè)置錯車道的有效長度應(yīng)不小于20m[6]；而相關(guān)研究[7-9]認(rèn)為考慮到相會時車輛不停車錯車，從第一輛車進(jìn)入錯車道直線段到兩輛車完成錯車需要2倍的車輛長度，因此建議錯車道直線段距離應(yīng)不小于2倍的車長。《煤礦斜井井筒及硐室設(shè)計規(guī)范》(GB 20415—2017)規(guī)定無軌膠輪車會讓硐室長度應(yīng)大于或等于車長的2倍，此規(guī)范實(shí)施之前，煤炭行業(yè)相關(guān)規(guī)范對加寬式錯車硐室長度并無具體要求。

根據(jù)礦井規(guī)范要求及礦井實(shí)際情況，當(dāng)有無軌膠輪車進(jìn)入兩個錯車硐室之間后，會有語音及燈光提示信號，提示相向其他車輛停車等候錯車。該礦井井筒設(shè)計時，煤炭行業(yè)相關(guān)規(guī)范對加寬式錯車硐室長度并無具體要求，因此考慮到硐室工程量及支護(hù)原因，設(shè)計錯車硐室直線段長度按滿足車輛停車會讓要求即可。雙馬煤礦配置的無軌膠輪車長度一般在6～7.5m之間，因此錯車硐室直線段L1長度取10m。

錯車硐室漸變段采用直線漸變，為充分減少錯車硐室工程量，漸變段與正常段夾角按45°考慮，漸變段長度L2取2m。

3 錯車硐室間距

3.1 緩坡副斜井通行能力

錯車硐室的間距與緩坡副斜井的通行能力有著直接的關(guān)系，在相同條件下，錯車硐室間距越長，則錯車時間會相應(yīng)增加，井筒通行能力就會下降；錯車硐室間距過小，雖提高了井筒通行能力，但會增加錯車硐室工程量和建設(shè)投資。

要合理確定錯車硐室間距，首先要確定無軌膠輪車在井筒內(nèi)的通行能力，緩坡副斜井井筒內(nèi)單向最大小時流量可按式(3)計算：

Qd=K1K2Q/T

(3)

式中，Qd為單向最大小時流量，輛/h；K1為無軌膠輪車臨時加開系數(shù)，取1.15；K2為車輛運(yùn)行不平衡系數(shù)，取1.20；Q為井下最大班運(yùn)輸總量，取103車/班；T為凈輔助提升時間，每班取4.5h。

經(jīng)計算，井筒內(nèi)單向最大流量為32 輛/h。

3.2 錯車硐室間距確定

在確定錯車硐室間距時，假設(shè)井筒內(nèi)無軌膠輪車服從均勻分布，兩個錯車硐室之間車輛錯讓場景模型為：無軌膠輪車A位于第一個錯車硐室內(nèi)等待對向無軌膠輪車B駛過后加速駛出錯車硐室，回到正常段平穩(wěn)運(yùn)行一段時間，遇到對向另一無軌膠輪車C，需要第2次錯車，從而減速駛?cè)氲诙€錯車硐室。兩個錯車硐室之間的距離為設(shè)置錯車硐室所需確定的最大間距。井筒內(nèi)錯車模型如圖4所示。

圖4 井筒內(nèi)錯車模型示意圖

由圖4可知，錯車硐室間距為無軌膠輪車加速運(yùn)行距離、平穩(wěn)運(yùn)行距離、減速運(yùn)行距離之和，車輛加、減速運(yùn)行距離可按式(4)、式(5)計算[7，8]：

式中，L加為車輛加速運(yùn)行距離，m；L減為車輛減速運(yùn)行距離，m；V0為車輛運(yùn)行速度，取20km/h；a0為車輛平均行駛加速度，取2.5m/s2；V1為車輛減速后的速度，取10km/h；t0為駕駛員的感知反應(yīng)時間，取2.5s；t1為發(fā)動機(jī)減速時間，取3.0s；a1為發(fā)動機(jī)減速度，取1.8m/s2；a2為制動器減速度，取2.5m/s2。

經(jīng)計算[9-11]，無軌膠輪車輛加速運(yùn)行距離為6.2m；無軌膠輪車輛減速運(yùn)行距離為24.0m。

要想計算無軌膠輪車輛平穩(wěn)運(yùn)行距離，首先要確定其平穩(wěn)運(yùn)行時間，車輛平穩(wěn)運(yùn)行時間可通過單向兩輛無軌膠輪車經(jīng)過同一錯車硐室的時間間隔減去加、減速時間得出，因此無軌膠輪車平穩(wěn)運(yùn)行距離可按式(6)計算[7，8]：

式中，L平為車輛平穩(wěn)運(yùn)行距離，m；t平為車輛平穩(wěn)運(yùn)行時間，s；t2為制動器減速時間，s。

經(jīng)計算，車輛平穩(wěn)運(yùn)行時間為103.7s，車輛平穩(wěn)運(yùn)行距離為576.1m。錯車硐室之間的最大間距(L加+L平+L減)=606.3m。

4 現(xiàn)場實(shí)施效果

雙馬煤礦緩坡副斜井井筒長度4151m，井筒內(nèi)共設(shè)置了6個加寬式錯車硐室，錯車硐室平均間距約593m，礦井于2015年12月預(yù)驗(yàn)收投入生產(chǎn)，目前，礦井生產(chǎn)能力可達(dá)4.5Mt/a，經(jīng)統(tǒng)計，礦井生產(chǎn)過程中，正常情況下每班下井車輛約為80車/班，下井車輛最多約為98車/班，從實(shí)際生產(chǎn)情況來看，無軌膠輪車在井筒內(nèi)運(yùn)行順暢，未發(fā)生過對向車輛之間的刮蹭等運(yùn)輸安全事故，提高了井筒內(nèi)無軌膠輪車的通行能力，為礦井穩(wěn)定生產(chǎn)提供了保障。

5 結(jié) 語

錯車硐室的設(shè)置可以有效提高單道雙向行駛緩坡副斜井井筒的通行能力，防止運(yùn)輸安全事故的發(fā)生；通過理論分析計算，合理確定錯車硐室的斷面寬度、長度及設(shè)置間距，在降低井巷工程量及建設(shè)投資的同時，有效發(fā)揮了錯車硐室在緩坡副斜井井筒內(nèi)的錯讓交會功能。雙馬煤礦緩坡副斜井錯車硐室的成功應(yīng)用，也為其他類似條件下的緩坡副斜井井筒仍至井下輔助運(yùn)輸大巷內(nèi)錯車硐室的設(shè)置提供了參考、應(yīng)用價值。