斜坡道開(kāi)拓井下無(wú)軌運(yùn)輸安全預(yù)警體系的建設(shè)與應(yīng)用

劉吉興，臧元東，曲發(fā)科

（福建省政和縣源鑫礦業(yè)有限公司，福建 南平 353600）

福建源鑫公司所屬的宏坤礦區(qū)探礦主斜坡道采用上盤布置由252 新硐口直達(dá)70m 中段，斜坡道長(zhǎng)度1950m，凈斷面規(guī)格3.5m×3.0m，平均坡度-12%，為公司高標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)建設(shè)工程，斜坡道內(nèi)各類通訊、消防、壓風(fēng)供水自救、風(fēng)水聯(lián)動(dòng)噴霧降塵等設(shè)施齊全，該工程在2019 年集團(tuán)12 家礦山主運(yùn)輸巷道標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)獎(jiǎng)勵(lì)中榜上有名。該主斜坡道上部900m 為直線式，下部1050m 為折反式布置方式。考慮到該斜坡道為主要運(yùn)輸巷道，承擔(dān)礦區(qū)90%以上運(yùn)輸量，且存在180°彎道段，對(duì)向來(lái)車不易被發(fā)現(xiàn)，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)長(zhǎng)距離下坡一旦車輛出現(xiàn)制動(dòng)失靈，車輛極易失控，對(duì)此公司對(duì)采取了一系列技術(shù)革新措施保障行車安全。

1 井下“聲光”雙重預(yù)警系統(tǒng)

為解決180°彎道坡段視線受阻問(wèn)題，公司管理人員通過(guò)自主創(chuàng)新方式設(shè)計(jì)交通信號(hào)控制系統(tǒng)，并分別于彎道起始位置附近安裝該自主創(chuàng)新交通信號(hào)指示燈2 套。工作原理：通過(guò)彎道上游、彎道下游15m 位置各安裝一組電傳感裝置作為一組行車檢測(cè)，電感信號(hào)傳輸至信號(hào)處理裝置處理后控制紅綠等的顯示，達(dá)到彎道行車預(yù)警的作用。

依據(jù)上述原理，在現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)彎巷道兩側(cè)各采用2 個(gè)光電傳感器作為一組行車檢測(cè)，車輛進(jìn)入警示區(qū)域后根據(jù)傳感器檢測(cè)情況通過(guò)進(jìn)行邏輯判斷車輛行進(jìn)方向并計(jì)算，對(duì)向車輛如有車輛駛?cè)雱t顯示紅燈 ，且發(fā)出報(bào)警音；對(duì)向車輛全部駛出則顯示綠燈。紅綠燈采用防水式LED 紅綠燈顯示，工作電壓DC24V。該系統(tǒng)防護(hù)等級(jí)IP65，完全滿足礦山井下使用要求。

圖1 井下交通信號(hào)預(yù)警系統(tǒng)

圖2 井下交通信號(hào)預(yù)警系統(tǒng)實(shí)拍圖

2 緊急避險(xiǎn)車道

為避免車輛在斜坡道運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)制動(dòng)失靈車輛失控，公司引進(jìn)山區(qū)高速公路避險(xiǎn)道設(shè)計(jì)理念，在設(shè)計(jì)院原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上增加了緊急避險(xiǎn)車道。該避險(xiǎn)車道作為一種特殊的匝道式設(shè)計(jì)，專供車輛剎車失靈、車速過(guò)高時(shí)駛?cè)?，通過(guò)其特殊的線形、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用車輛重力和輪胎與路面產(chǎn)生的滾動(dòng)阻力來(lái)降低車速，使減速失控車輛在短時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)停止。緊急避險(xiǎn)車道是關(guān)鍵時(shí)刻的一條“救命道”，設(shè)計(jì)避險(xiǎn)車道為上坡車道，表面為鋪滿沙石或松軟沙礫的制動(dòng)層。當(dāng)車子在行駛中突然剎車失靈，就可以開(kāi)到避險(xiǎn)車道上去。該車道路面鋪滿了碎石，巷道兩邊掛滿輪胎，巷道盡頭有沙石坑和鋪滿輪胎的防撞墻壁。

緊急避車道設(shè)計(jì)原理：根據(jù)能量守恒定律，能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其總量不變。設(shè)計(jì)充分利用能量轉(zhuǎn)化原理將緊急避險(xiǎn)道設(shè)計(jì)上坡車道，使機(jī)車的一部分動(dòng)能通過(guò)爬坡轉(zhuǎn)化為自身的重力勢(shì)能，讓車速減下來(lái)；另一方面則通過(guò)避車道內(nèi)鋪設(shè)的沙子和碎石加大車胎和地面的摩擦，通過(guò)克服阻力做功一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能Q。最終，失去控制的車子會(huì)安全地陷落在柔軟的沙石坑或輪胎堆里。

在用緊急避險(xiǎn)車道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度30m，規(guī)格3.5m×3.0m，分為細(xì)沙池一級(jí)降速捕車段、米粒石池二級(jí)降速捕車段、碎石子陷車池段。避險(xiǎn)道沿巷幫間距1m 布設(shè)一排運(yùn)輸車輛700 型號(hào)廢舊輪胎，第二層與下層交錯(cuò)布設(shè)，巷道盡頭采用無(wú)間隔上下交錯(cuò)布設(shè)防撞墻壁，防止降速捕車及陷車措施實(shí)效，防撞墻壁可有效吸收前段各項(xiàng)降速措施未充分轉(zhuǎn)化完的動(dòng)能，起到重要緩沖作用以降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 斜坡道緊急避險(xiǎn)車道設(shè)計(jì)示意圖

源鑫公司井下斜坡道坡度為7°，計(jì)算重力加速度為9.8×sin7=1.2m/s，考慮車輛摩擦阻力及風(fēng)阻，根據(jù)斜坡道加速度公式，R 指滾動(dòng)阻力系數(shù)，具體見(jiàn)下表。

表1 斜坡加速阻力系數(shù)

根據(jù)避險(xiǎn)車道設(shè)計(jì)，R 取值為0.25，通過(guò)計(jì)算，車輛在斜坡道重力加速度為1m/s。井下車輛最高時(shí)速20km/h 即5.56m/s。假設(shè)車輛以最高速度行駛，在第一避車道失控，到達(dá)第二避車道的行駛時(shí)間為：

福建源鑫公司緊急避車道間距為100m，帶入公式計(jì)算：車輛從第一避車道行駛至第二避車道所需時(shí)間：t=9.63s。

到達(dá)第二避險(xiǎn)車道入口最大車速v=5.56+1t=15.19m/s（54.68km/h）。

緊急避車道車輛制動(dòng)距離：

其中：L 指車輛最遠(yuǎn)停車距離；

v 指車輛駛?cè)胨俣龋?/p>

G 指避車道縱坡：sin10°。

通過(guò)計(jì)算得出：最遠(yuǎn)停車距離為28.03m，緊急避車道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度滿足井下運(yùn)輸需求。

緊急避險(xiǎn)車道設(shè)置在較為寬敞的避車硐室處或斜坡道拐彎處附近，每隔100m 設(shè)置一處，長(zhǎng)度大于30m，坡度10°以上，規(guī)格3.5m×3m（四分之一三心拱），在避險(xiǎn)車道迎頭及兩幫固定廢舊的輪胎，輪胎直徑1m，寬度25cm，間距1m（粘有反光條）；安裝反光條（沿巷道頂幫敷設(shè)，寬度為10 公分）。該巷道底板共分為三段，第一段鋪設(shè)細(xì)沙（長(zhǎng)度10m，厚度0.5m）、第二段鋪設(shè)米粒石（長(zhǎng)度10m，厚度1m）、第三段鋪設(shè)大顆粒碎石（長(zhǎng)度10m，厚度1.5m）。避險(xiǎn)車道開(kāi)口處備有消防水帶和手推式滅火器一臺(tái)（35kg），安設(shè)“緊急避車道”反光指示牌及警示紅燈，便于車輛及時(shí)發(fā)現(xiàn)避險(xiǎn)車道位置。

圖4 斜坡道緊急避險(xiǎn)車道實(shí)拍圖

3 結(jié)語(yǔ)

斜坡道開(kāi)拓礦井，斜坡道作為主要運(yùn)輸巷道，運(yùn)輸任務(wù)繁重，且每班有大量人員乘坐人行車在長(zhǎng)距離斜坡道行駛，企業(yè)采用緊急避險(xiǎn)車道和“聲光”雙重預(yù)警裝置是解決井下長(zhǎng)距離斜坡道無(wú)軌運(yùn)輸安全問(wèn)題的一個(gè)行之有效辦法，緊急避險(xiǎn)車道能夠?yàn)槭Э氐倪\(yùn)輸車輛提供自救，成為剎車失靈、車速失控車輛的救命車道，“聲光”雙重預(yù)警能夠使駕駛員提前做出準(zhǔn)備，減速、避讓，避免了因彎道盲區(qū)引起的車輛相撞，有效杜絕車毀人亡事故的發(fā)生和擴(kuò)大，同時(shí)及時(shí)有效的車輛避讓可以加快礦、毛的運(yùn)輸速度，提高生產(chǎn)效率。