劉克安

（中國有色金屬建設(shè)股份有限公司，北京）

我國地下礦山無軌采掘設(shè)備已得到廣泛應(yīng)用，采用無軌斜坡道開拓在礦山開采中起到非常重要的作用。斜坡道開拓系統(tǒng)相比其他開拓方式，具有生產(chǎn)工藝簡單，礦山基建周期短，礦山基建投資少的優(yōu)勢[1-2]。尤其對于露天轉(zhuǎn)地下的礦山以及埋深較淺的礦床，采用斜坡道開拓的優(yōu)勢愈加明顯，如今國外大部分地下礦山都傾向于采用斜坡道開拓，國內(nèi)從20 世紀(jì)90 年代起也開始興起無軌采掘設(shè)備斜坡道開拓技術(shù)的發(fā)展[3]。地下無軌采掘設(shè)備具有機動靈活、操作簡單、裝卸方便、運輸速度快、運輸量大、效率高等優(yōu)點，在我國新建大型礦山中得到廣泛應(yīng)用[4]。為了使斜坡道運輸能力與礦山生產(chǎn)規(guī)模相匹配，需要在降低基建開拓投資的條件下，盡可能提升斜坡道的通行能力及運輸能力。斜坡道運輸能力受到巷道斷面尺寸的限制，以及主要運輸設(shè)備選型配置的影響，在地下特殊作業(yè)環(huán)境中，合理的斜坡道錯車硐室結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置，可以提升斜坡道運輸設(shè)備的通行能力，提高地下礦山的生產(chǎn)效率。

1 工程背景

國外某大型地下鉛鋅礦，礦體埋藏較淺，開拓深度小于300 m，設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模100 萬t/a，采用斜坡道開拓方式，無軌設(shè)備運輸。斜坡道布置于礦體下盤，采用折返式向下延深，出口位于礦體北部，斜坡道總長度約為2 km。斜坡道斷面根據(jù)運行期間無軌設(shè)備外形尺寸及通風(fēng)要求確定，并且滿足基建期的設(shè)備懸掛與運輸要求，設(shè)計的斜坡道直線段的凈斷面規(guī)格（寬×高）：5 000 mm×4 200 mm。按照規(guī)范要求斜坡道應(yīng)設(shè)躲避硐室或人行通道，設(shè)置人行道的主斜坡道行車視野更優(yōu)，行車速度更快。因此，在斜坡道一側(cè)設(shè)置人行通道。斜坡道開拓系統(tǒng)示意如圖1 所示。

圖1 斜坡道開拓系統(tǒng)示意

2 斜坡道運輸能力

將道路通行能力應(yīng)用于礦山斜坡道，則可驗證斜坡道的運輸能力，需首先計算斜坡道的行車密度，再根據(jù)汽車的有效運輸時間計算出斜坡道的運輸能力[5]。斜坡道開拓的礦山中，斜坡道需擔(dān)負(fù)全礦的礦石、廢石、人員、材料和設(shè)備的運輸，斜坡道運行設(shè)備情況統(tǒng)計如表1 所示。斜坡道的行車密度和卡車載重是斜坡道運輸能力的兩個主要影響因素，經(jīng)過對斜坡道運輸能力計算[6]，礦山斜坡道的行車密度約為14 輛/h。斜坡道行車密度計算如表2 所示。

表2 斜坡道行車密度計算

3 錯車硐室的結(jié)構(gòu)形式

斜坡道錯車硐室的結(jié)構(gòu)形式有T 型錯車硐室和平行錯車硐室兩種形式，錯車硐室的主要功能是滿足單行斜坡道內(nèi)的對向行駛車輛的錯車，其次還要作為斜坡道基建開拓期間的存矸、出矸硐室。錯車硐室的結(jié)構(gòu)尺寸考慮井下最大鏟裝運輸設(shè)備的外形尺寸，本工程中斜坡道基建開拓期間采用30 t 礦卡搭配10t 鏟運機出矸，生產(chǎn)期采用42 t 礦卡搭配14 t 鏟運機完成出礦，設(shè)備最大外形尺寸為長×寬×高：11 m×3.05 m×3.14 m。

斜坡道錯車硐室的位置應(yīng)布置于斜坡道直線段，坡度近水平便于車輛?？垮e車，斜坡道聯(lián)絡(luò)道與分段巷道銜接處可設(shè)置錯車硐室，兼做錯車硐室及聯(lián)絡(luò)道入口。根據(jù)設(shè)備的運輸尺寸并考慮安全間隙，T 型錯車硐室沿斜坡道方向的總長度25 m（包含斜坡道正常段10 m），錯車及存矸硐室長度15 m，錯車硐室與斜坡道銜接處切3 m×3 m 等邊三角，以滿足設(shè)備轉(zhuǎn)彎半徑需求，銜接處頂板挑高7 m，滿足鏟運機裝車需求。T型錯車硐室的結(jié)構(gòu)形式如圖2 所示。平行錯車硐室沿斜坡道方向的總長度25 m（包含斜坡道正常段6 m），按照最大車寬3.2 m 的兩倍、兩側(cè)安全間隙0.6 m 的兩倍及錯車安全距離1 m 考慮，平行錯車硐室的寬度8.6 m，加寬存車段長度13 m，存矸硐室長度12 m，斜坡道與錯車硐室銜接處切3 m×3.6 m 斜三角便于錯車，錯車硐室頂板挑高6 m，以滿足鏟運機裝車需求。平行錯車硐室的結(jié)構(gòu)形式如圖3 所示。

圖2 T 型錯車硐室結(jié)構(gòu)

圖3 平行錯車硐室結(jié)構(gòu)

斜坡道兩種錯車硐室的空頂面積均較大，對于大斷面錯車硐室的支護(hù)設(shè)計，巷道支護(hù)暫按Ⅲ級圍巖進(jìn)行設(shè)計，采用錨桿+噴射混凝土支護(hù)+鋼筋網(wǎng)隨掘進(jìn)進(jìn)行初次支護(hù)，錨桿采用φ47.5×3 管縫式錨桿，錨桿長度L=2 400 mm，間排距1.0 m×1.0 m，鋼筋網(wǎng)片100 mm×100 mm×6 mm，噴射混凝土厚度150 mm，強度為C25；在錯車硐室全部掘進(jìn)完成后，采用錨索進(jìn)行二次加固支護(hù)，錨索采用兩根直徑15.2 mm 錨索，長度6 300 mm，間排距2 000 m×2 000 mm，使用錨索臺車完成支護(hù)工作。若遇到含水層、局部不穩(wěn)定、破碎巖層段，根據(jù)圍巖條件調(diào)整錯車硐室的位置或改變支護(hù)參數(shù)。

相比斜坡道T 型錯車硐室和平行錯車硐室，兩種錯車硐室在具體工程應(yīng)用中各有優(yōu)劣，T 型錯車硐室的掘進(jìn)及支護(hù)工程量小，頂板暴露面積小易于頂板支護(hù)，施工較為簡單不影響斜坡道的建設(shè)進(jìn)度，平行錯車硐室的基建開拓量較大，但是平行錯車硐室的通行能力大，錯車過程也更為安全高效。兩種錯車硐室的對比結(jié)果詳見表3。對于本工程斜坡道運輸能力的實際需求，斜坡道內(nèi)行車密度較大，適合采用平行錯車硐室結(jié)構(gòu)形式。

表3 兩種錯車硐室的對比結(jié)果

4 斜坡道交通信號管控系統(tǒng)

斜坡道通過交通信號控制系統(tǒng)，以車輛優(yōu)先級別為控制規(guī)則，能夠引導(dǎo)斜坡道內(nèi)行車規(guī)范，提升斜坡道內(nèi)車輛通行能力和運輸效率，有效減少斜坡道運輸事故的發(fā)生[7]。斜坡道交通信號管控系統(tǒng)由交通燈控制和車輛精確定位兩個部分組成，車輛定位和人員精確定位系統(tǒng)是同一套系統(tǒng)，交通燈控制軟件通過車輛精確定位系統(tǒng)對井下車輛進(jìn)行實時的跟蹤定位，獲取車輛的類型、位置變化得到車輛運行軌跡等信息；系統(tǒng)軟件通過獲取的井下車輛實時位置信息結(jié)合井下車輛行駛規(guī)則判斷出井下各路口信號燈的顏色，從而以既定的交通原則指令通過網(wǎng)絡(luò)傳送到各區(qū)域的交通燈控制器，實現(xiàn)井下交通燈智能化管控。斜坡道交通信號控制系統(tǒng)如圖4 所示。

圖4 斜坡道交通信號控制系統(tǒng)

斜坡道交通信號控制系統(tǒng)的邏輯依據(jù)車輛通行的邏輯，斜坡道內(nèi)車輛通行的邏輯為“輕車讓重車、小車讓大車、下行車讓上行車”。在斜坡道內(nèi)兩車相向而行，上行車輛與下行車輛錯車避讓在錯車硐室內(nèi)進(jìn)行，上行車輛一般是連續(xù)行駛的重車，因此以下行車輛避讓上行車輛為原則，當(dāng)下行車輛和上行車輛同時相向駛向單行區(qū)段2，當(dāng)下行車輛下行越過信號燈6，進(jìn)入避讓點3 時，信號燈4 為紅燈，提示下行車輛提前到避讓點2 避讓，交通控制系統(tǒng)控制邏輯示意如圖5 所示。當(dāng)小車與大車相遇時，實時定位車輛的位置，根據(jù)車輛的類型確定優(yōu)先級，以同樣的控制邏輯控制交通信號燈，實現(xiàn)斜坡道內(nèi)車輛在錯車硐室內(nèi)的合理避讓。

圖5 交通控制系統(tǒng)控制邏輯示意

5 結(jié)論

本文以國外地下礦山斜坡道內(nèi)錯車硐室的合理設(shè)置為背景，通過分析得出以下幾點總結(jié)：

（1） 對于該礦山斜坡道的行車密度進(jìn)行計算，礦山斜坡道的行車密度約為14 輛/h，可見單一斜坡道的行車密度比較大，需要設(shè)置合理的錯車硐室，以提升斜坡道的通行能力。（2） 對比斜坡道T 型錯車硐室和平型錯車硐室的結(jié)構(gòu)形式，分析認(rèn)為平行錯車硐室的通行效率高，適合于該礦山單一斜坡道的運輸需求。（3） 通過設(shè)置斜坡道交通信號管控系統(tǒng)，按照規(guī)定的行車優(yōu)先級控制原則，能夠提升斜坡道的通行能力和運輸效率。