主斜井高低道線路優(yōu)化的研究與應(yīng)用

王朋朋 任志丹

摘要：本文通過研究斜井上部車場(chǎng)設(shè)置高低道的方法，并結(jié)合煤礦實(shí)際情況，推導(dǎo)出了斜井上車場(chǎng)各參數(shù)的計(jì)算公式，且借助于MATLAB數(shù)學(xué)軟件，確定了影響高低道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素?，F(xiàn)已在煤礦成功應(yīng)用。該研究為斜井上車場(chǎng)改造提供了借鑒意義和參考價(jià)值。

Abstract： According to the principle of setting up the high-low rail lines in the wellhead of the main slant， combined with the actual situation of coal mine， some calculation formulas were derived to calculate the track length and the reconstruction quantities of wellhead， using the MATLAB mathematical software to draw the function curve. Through the curve and its reflected reconstruction quantities， the depth from wellhead to bottom， and the relationship between the distance from wellhead to the High-Rail and the angles of the symmetrical combination turnout on the plane and other factors， the paper studies the key factors which can effect the design of high-low rail lines， put into the application in a coal mine.This study has some certain significance and reference value to the similar projects.

關(guān)鍵詞：高低道;MATLAB;改造工程量;對(duì)稱組合道岔

Key words： high-low rail lines;MATLAB;reconstruction quantities;symmetrical combination turnout

中圖分類號(hào)：TD55? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）34-0140-03

1? 概況

四川省某煤礦礦區(qū)面積為3.96km2，現(xiàn)有可采儲(chǔ)量是135萬(wàn)噸。礦井核定生產(chǎn)能力15萬(wàn)噸/年，屬生產(chǎn)礦井。該礦是斜井開拓方式，主斜井采用2JTP-1.6×0.9P/20型提升絞車提升煤炭、矸石及下放材料，井筒傾角為30°，斜長(zhǎng)370m，內(nèi)置雙軌，軌中心距為1300mm，采用雙鉤串車提升，每次提升量為3-5車。主斜井上車場(chǎng)采用三股道平車場(chǎng)，通過一組對(duì)稱組合道岔與井筒內(nèi)雙軌線路相連，中間軌道為重車道，兩旁為空車道，順向布置，但該對(duì)稱組合道岔布置在平面上，未設(shè)置高低道。

2? 改造方式的選擇

主斜井是煤礦生產(chǎn)的咽喉要道，是保證礦井產(chǎn)量的重要環(huán)節(jié)。選擇合理的提升方式是礦井工作的重點(diǎn)之一。理論上，可以通過兩種方式進(jìn)行改造：方案一，可以在主斜井內(nèi)安裝皮帶，采用皮帶運(yùn)輸煤炭和矸石，巷道另一側(cè)仍安設(shè)軌道，用于下放材料;方案二，利用原有的軌道以及提升絞車，只對(duì)井口進(jìn)行部分改造。經(jīng)過比較，方案一的工程造價(jià)很高，而該煤礦的剩余服務(wù)年限僅僅7年，在經(jīng)濟(jì)上不合理。方案二的工程造價(jià)很低，且容易實(shí)現(xiàn)，技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理，安全上可靠。由于該煤礦礦生產(chǎn)能力小，儲(chǔ)量少，服務(wù)年限低，為減少投資成本，選用方案二，利用原有的軌道及絞車，只需改造井口處。

3? 高低道

為了降低地面工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高操作的安全性，減少工人數(shù)量，達(dá)到增加工效的目的，可以在井口處布置高低道，實(shí)現(xiàn)礦車的自動(dòng)滑行。

由井內(nèi)兩股線路向車場(chǎng)內(nèi)三股道過渡時(shí)，必須裝一組道岔作為線路聯(lián)接系統(tǒng)。這組道岔一般鋪設(shè)在平車場(chǎng)平段上，也可鋪設(shè)在斜井的斜面上，然后聯(lián)接曲線再過渡到平段[1]。這組道岔一般采用對(duì)稱組合道岔。為提高地面軌道系統(tǒng)的運(yùn)輸能力，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加煤炭運(yùn)輸?shù)陌踩?，決定在該礦井口布置高低道，實(shí)現(xiàn)礦車的自動(dòng)滑行。

而必須將對(duì)稱組合道岔布置在斜面上。若將對(duì)稱組合道岔布置在斜面上，可以有兩種方案：方案一，下沉主斜井井口部分的底板（如圖1所示）;方案二，自井口開始第一次變坡，會(huì)造成整個(gè)地面軌道系統(tǒng)自現(xiàn)有基礎(chǔ)上抬高1～2m（因?qū)ΨQ組合道岔所在斜面的傾角而異）甚至更多。因?yàn)榉桨付こ塘刻螅咛罘皆斐傻孛嫫脚_(tái)安全性擔(dān)憂，而方案一工程量很小，簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，安全性很好，故而選擇方案一，井口沉底。即：首先，將井口段按照一定尺寸沉底，形成一斜面，布置一組稱組合道岔布置，井筒內(nèi)雙軌線路通過豎曲線與對(duì)稱組合道岔聯(lián)接，對(duì)稱組合道岔形成高低道后，再通過豎曲線與地面上的軌道聯(lián)接。

前人研究成果：白沙煤電集團(tuán)的周永鴻在其論文中，闡述了高低道布置和計(jì)算方法，并給出了應(yīng)用實(shí)例[2]。本文在此研究的基礎(chǔ)之上，從工程量角度、場(chǎng)地角度研究高低道線路優(yōu)化問題。

4? 推導(dǎo)計(jì)算公式

主斜井井口至軌道的彎道處距離僅有30m，而且需要在彎道以內(nèi)布置一副菱形交叉道岔，以實(shí)現(xiàn)輕車分道，故而在設(shè)計(jì)中，需要增大自變坡點(diǎn)距道岔端點(diǎn)的距離。而主斜井井口圍巖較破碎，井口周圍新建了庫(kù)房。故而，減少井口改造工程量，是保證安全，減少生產(chǎn)費(fèi)用的基礎(chǔ)。下面推導(dǎo)出相關(guān)的計(jì)算公式，以備選擇符合礦情的基本參數(shù)。

4.1 布置對(duì)稱組合道岔的斜面長(zhǎng)度公式

井口沉底后的斜面主要布置對(duì)稱組合道岔以及反向曲線之間插入的直線段、用于連接的豎曲線等。在該礦，對(duì)稱組合道岔選用ZDZ622/3/1213[3]。斜面長(zhǎng)度L1是對(duì)稱組合道岔長(zhǎng)度L1，反向曲線之間插入的直線段C1、C2，第一、第二豎曲線切線長(zhǎng)度之和。經(jīng)過計(jì)算推導(dǎo)，得：

4.4 井口改造工程量計(jì)算

改造工程量分為兩種情況：第一，如圖2（a）所示，對(duì)稱組合道岔只有Ⅰ段中的部分或全部深入井筒內(nèi)，這一部分只需要沉底便可實(shí)現(xiàn)改造目的;第二，如圖2（b）所示，對(duì)稱組合道岔不僅僅只有Ⅰ段深入井筒內(nèi)，而且Ⅱ段部分也深入井筒內(nèi)，如此一來(lái)，僅僅斜井井口沉底是不夠的，還需要擴(kuò)大斜井寬度，進(jìn)行刷幫處理。

綜合兩種情況，其工程量：

5? 利用MATLAB進(jìn)行繪圖分析

MATLAB是由Mathworks公司開發(fā)的一套功能強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件，也是當(dāng)今科技界應(yīng)用最廣泛的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言之一。其不僅具有強(qiáng)大的數(shù)值運(yùn)算功能，還具有強(qiáng)大的二維和三維繪圖功能，尤其擅長(zhǎng)于各種科學(xué)計(jì)算結(jié)果的可視化，計(jì)算的可視化可以將雜亂的數(shù)據(jù)通過圖形來(lái)表示，從中觀測(cè)出其內(nèi)在的關(guān)系。MATLAB的圖形命令格式簡(jiǎn)單，可以使用不同線型、色彩、數(shù)據(jù)點(diǎn)標(biāo)記和標(biāo)注等來(lái)修飾圖形[4]。

由（2）、（7）式，我們不難看出H、L5與R2、R3、C1、C2、A、R1呈正線性關(guān)系。故而，本文重點(diǎn)利用MATLAB軟件根據(jù)上面的函數(shù)公式繪圖，來(lái)分析H、V、L5與？茁的關(guān)系。根據(jù)《采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》[1]知，R1的取值范圍是6000、9000、12000、15000等，R2、R3的取值范圍是9000、12000、15000等，C1、C2的取值范圍為1000-2000。

本文結(jié)合該煤礦的實(shí)際情況，根據(jù)設(shè)置高低道的原理，推導(dǎo)出了計(jì)算井口改造工程量、井口沉底深度以及井口至第高道變坡點(diǎn)距離的計(jì)算公式，并利用MATLAB數(shù)學(xué)軟件，繪制出函數(shù)圖形，分析了各個(gè)變量與各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系，確定布置對(duì)稱組合道岔的斜面傾角？茁是設(shè)計(jì)高低道的關(guān)鍵因素。

改造采區(qū)上山、暗斜井、主斜井等斜巷上車場(chǎng)，傾角？茁取值8°到12°是比較合適的。但是，在該煤礦，由于井口場(chǎng)地狹小，只有選擇增大傾角？茁值，減小井口至高道變坡點(diǎn)的距離，來(lái)增加存車線的長(zhǎng)度?，F(xiàn)在，該研究已經(jīng)在該煤礦成功應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張榮立，何國(guó)維，李鐸.采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].煤炭工業(yè)出版社，2003：2176，2790-2793.

[2]周永鴻.豎面二次變坡在斜井上部車場(chǎng)高低道中的應(yīng)用[J]. 煤礦開采，2005，65（4）：42-44.

[3]中華人民共和國(guó)煤炭部標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì).窄軌鐵路道岔圖冊(cè)[M].北京煤炭設(shè)計(jì)院，1996，5：77.

[4]張德豐，雷曉平，周燕.MATLAB基礎(chǔ)與工程應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，2011.