露天煤礦道路交通標(biāo)志文字高度的研究

王元珠

(中煤西安設(shè)計工程有限責(zé)任公司,陜西 西安 710054)

0 引言

露天采煤是我國煤炭生產(chǎn)的重要組成部分,在我國已有近百年的歷史,因其安全高效,近些年得到快速發(fā)展。2003年全國露天煤炭產(chǎn)量僅為0.8億t,隨著開采工藝及裝備的發(fā)展,2016年全國露天煤炭產(chǎn)量已達(dá)7.5億t,2018年全國露天煤炭產(chǎn)量達(dá)到9.2億t。美國2017年露天原煤產(chǎn)量約為4.5億t,澳大利亞2016年露天原煤產(chǎn)量約為4.2億t,我國露天開采生產(chǎn)規(guī)模與體量已經(jīng)遠(yuǎn)超美國、澳大利亞等發(fā)達(dá)國家[1]。

露天采煤正在向著規(guī)模大型化、設(shè)備現(xiàn)代化、管理先進(jìn)化方向發(fā)展,露天采煤的年生產(chǎn)量基本穩(wěn)定在6～7億t左右,其中大中型露天煤礦占比較大。

哈爾烏素露天煤礦設(shè)計年生產(chǎn)能力3 500萬t,共有98臺自卸卡車、267臺工程設(shè)備和供電設(shè)備在生產(chǎn)現(xiàn)場作業(yè),生產(chǎn)組織緊張,車流密度大。在生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場設(shè)置必要的道路交通標(biāo)志,可以為作業(yè)人員提供有效的預(yù)警信息,一定程度上避免和減少事故的發(fā)生,保護(hù)作業(yè)人員切身利益,同時保持道路暢通,從而保證車輛、設(shè)備連續(xù)運(yùn)行,提高露天煤礦運(yùn)輸效率。

目前哈爾烏素露天煤礦礦用卡車行駛的道路兩側(cè)所使用的標(biāo)志牌是滑撬式道路交通標(biāo)志牌,如圖1所示,板面圖案與交通行業(yè)相同,但也有其他不同之處。這種標(biāo)志牌的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、輕便,缺點(diǎn)是外觀不統(tǒng)一、容易變形、穩(wěn)固性差、移設(shè)效率低,標(biāo)志分類不明確,結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、無計算依據(jù),設(shè)置位置較隨意,對露天煤礦生產(chǎn)作業(yè)帶來一定的安全隱患。而在我國露天煤礦礦山道路交通標(biāo)志設(shè)置方面起步較交通行業(yè)較晚,合理性設(shè)置方面也存在著如交通標(biāo)志文字較隨意、文字?jǐn)?shù)量太多、設(shè)置位置不科學(xué)的問題等,相關(guān)使用人員和管理部門都要對這一系列問題高度重視[2]。為了指導(dǎo)露天煤礦生產(chǎn)作業(yè)區(qū)道路交通標(biāo)志的制作和使用,滿足生產(chǎn)作業(yè)區(qū)的車輛和人員的視認(rèn)需求,達(dá)到露天煤礦全年安全生產(chǎn)無事故的目的,也為了實現(xiàn)我國露天煤礦生產(chǎn)安全、綠色、高效可持續(xù)發(fā)展,有必要對露天煤礦礦山道路交通標(biāo)志進(jìn)行更深一步的研究,找出與交通行業(yè)道路交通標(biāo)志的不同點(diǎn)。

圖1 哈爾烏素露天煤礦使用的道路交通標(biāo)志牌

1 露天煤礦礦山道路路基寬度

礦山運(yùn)輸?shù)缆肥钦麄€露天煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要基礎(chǔ)設(shè)施[3]。露天煤礦礦山道路分為干線道路、支線道路和聯(lián)絡(luò)線道路。干線道路最高速度為40 km/h,支線道路最高速度為35 km/h,聯(lián)絡(luò)線道路最高速度為30 km/h。露天煤礦礦山道路橫斷面如圖2所示。根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《煤礦工業(yè)露天礦礦山運(yùn)輸工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》[4](GB51282—2018),礦山道路行車道寬度見表1,礦山道路路肩寬度見表2?？傻萌缦鹿?/p>

表1 露天礦山道路行車道寬度

表2 露天礦山道路路肩寬度

圖2 露天煤礦礦山道路橫斷面

路基寬度=行車道寬度+2×路肩寬度

(1)

2 露天煤礦礦山道路交通標(biāo)志文字高度

露天煤礦礦山道路交通標(biāo)志具有提醒、限值、引導(dǎo)、導(dǎo)航的功能,是露天煤礦礦山道路系統(tǒng)的重要組成部分。合理設(shè)置交通標(biāo)志,可以起到維護(hù)生產(chǎn)秩序、維持道路通行能力、規(guī)范作業(yè)人員行為、保障礦用卡車和人員的生命財產(chǎn)的重要作用[5]。交通標(biāo)志視覺實驗有許多自變量,如字體的大小、形狀、背景顏色、排列方式、字的個數(shù)、文字的熟悉度以及材料的呈現(xiàn)位置和呈現(xiàn)先后等,這些自變量都會影響因變量[6]。本文僅研究文字高度,其他自變量后續(xù)再逐步研究。露天煤礦礦山道路交通標(biāo)志必須根據(jù)信息長度、文字大小及正確認(rèn)讀所需的時間來進(jìn)行研究,其中文字的大小直接影響標(biāo)志的易讀性,對駕駛員的安全行駛至關(guān)重要[7]。下面推導(dǎo)適合我國露天煤礦礦山道路的交通標(biāo)志文字高度h的尺寸,由此可以得出拼音或少數(shù)民族文字高度、阿拉伯?dāng)?shù)字高度、公里符號高度等一系列尺寸。

經(jīng)過調(diào)查研究,平朔安太堡煤礦、平朔東露天煤礦、神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司哈爾烏素露天煤礦和其他露天煤礦采用左側(cè)行駛制度,與我國《道路交通安全法》第35條規(guī)定“機(jī)動車、非機(jī)動車實行右側(cè)通行”相反,因此需要設(shè)置左側(cè)行駛標(biāo)志[8],露天煤礦礦山道路交通標(biāo)志設(shè)置示意如圖3所示。

圖3 露天煤礦礦山道路交通標(biāo)志設(shè)置示意

設(shè)一交通標(biāo)志位于露天煤礦礦山道路左側(cè)C處,一礦用卡車沿露天煤礦礦山道路中心線最右側(cè)行駛,即駕駛員認(rèn)讀標(biāo)志的最不利條件,速度V為40 km/h,駕駛員兩眼正視前方時的視線方向(即圖3中DEF方向)與車輛到交通標(biāo)志連線方向(即圖3中DC方向)之間的夾角為α。交通標(biāo)志的視角α大小由標(biāo)志尺寸和標(biāo)志的可視距離所決定。同樣尺寸的交通標(biāo)志,可視距離近,則視角大,反之則視角小。視角低于一定的閾限值,則標(biāo)志上的文字無法被正確地認(rèn)知[9]。當(dāng)α不大于8°時,駕駛員可以準(zhǔn)確地認(rèn)讀標(biāo)志牌上的文字;當(dāng)α大于8°時,認(rèn)讀能力很快降低。因此,當(dāng)?shù)V用卡車駛過位置E時,此時αE=8°,駕駛員的認(rèn)讀能力開始迅速降低,所以E點(diǎn)位置就是駕駛員認(rèn)讀交通標(biāo)志文字的終止位置,此時,BC之間的距離由三角形EBC可求

BC=EB×tan(90°-8°)

(2)

式中,EB為露天礦山道路橫斷面上駕駛員最內(nèi)側(cè)位置至礦山道路邊緣線ABC之間的距離,約等于礦山道路路基寬度的一半減去所行駛礦用卡車的車寬。

以表1中的雙車道干線道路行車道寬度、計算車寬和表2中路肩寬度計算

EB=路肩寬度+雙車道干線道路寬度/2-計算車寬

(3)

駕駛員從發(fā)現(xiàn)交通標(biāo)志到識別其文字內(nèi)容為止,所需要的認(rèn)讀時間t,隨駕駛員的視力和反應(yīng),氣象狀況、晝夜之別與文字繁簡等而有所不同,但平均約為2.5 s左右[4]。在這段時間t內(nèi),礦用卡車所行駛過的距離DE為

DE=Vt/3.6 m=27.8 m

(4)

由式(4)可知,以40 km/h速度行駛的駕駛員,在不轉(zhuǎn)頭且平視正前方的情況下,從看到交通標(biāo)志開始(即圖3中位置D),到剛能完全認(rèn)讀交通標(biāo)志上的文字時的位置(即圖3中位置E),如果該位置正好就是駕駛員的認(rèn)讀能力開始迅速降低的位置,則距離DF=DE+EF=DE+BC。從而在三角形ADC中,可得駕駛員要認(rèn)讀交通標(biāo)志需要離開它的最短距離DC為

(5)

據(jù)測定,在一般情況下,視力為0.9的駕駛員要認(rèn)讀交通標(biāo)志上文字的內(nèi)容,所需距離L約為文字高度h的200倍,即

L/h=200

(6)

由式(6)可知,L=DC,因此可得到在露天礦山道路上行駛的各類型礦用卡車,交通標(biāo)志文字最小高度h=L/200,交通標(biāo)志文字最小高度計算結(jié)果見表3。

表3 交通標(biāo)志文字最小高度計算結(jié)果

由表3可知,小型礦用卡車交通標(biāo)志文字最小高度為0.26～0.30 m,中型礦用卡車交通標(biāo)志文字最小高度為0.35 m,大型礦用卡車交通標(biāo)志文字最小高度為0.39～0.48 m。由上述結(jié)果可得表4所示露天煤礦礦山道路交通標(biāo)志板上文字高度與礦用卡車類型的關(guān)系。

表4 標(biāo)志版上文字高度與礦用卡車類型的關(guān)系

由上述結(jié)果及現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》(GB5768.2—2009)可得表5所示其他文字與文字高度的關(guān)系。

表5 其他文字與文字高度的關(guān)系

3 現(xiàn)場試驗

為了驗證表4中標(biāo)志板上文字高度與礦用卡車類型的關(guān)系是否符合露天煤礦實際生產(chǎn),研究人員在準(zhǔn)能集團(tuán)公司哈爾烏素露天煤礦現(xiàn)場制作標(biāo)志并進(jìn)行了交通標(biāo)志可視性試驗。

3.1 試驗內(nèi)容

2018年6月在哈爾烏素露天煤礦干線道路上對雙柱式標(biāo)志進(jìn)行了可視性試驗,文字高度分別為30 cm、40 cm、60 cm。試驗選擇哈爾烏素露天煤礦常用載重42 t、91 t、236 t礦用卡車,每個噸級有3名駕駛員,共9名駕駛員參與試驗。

3.2 試驗場地

交通標(biāo)志可視性試驗場地需要哈爾烏素露天煤礦道路直線段長度至少為500 m,因此選擇在如圖4所示道路,標(biāo)志放置于道路左側(cè)安全擋墻上。

圖4 可視性試驗場地

3.3 試驗過程

采用叉車將安裝好的3個雙柱式矩形標(biāo)志,間距50 m分別放置在哈爾烏素露天煤礦干線道路左側(cè)安全擋墻上,駕駛員按照規(guī)定要求從距離標(biāo)志牌500 m處駕駛車輛移動,在距離標(biāo)志牌200 m、100 m、50 m的地方停車觀察標(biāo)志牌?？梢曅栽囼灢捎梦寮壛炕u分方式,可視效果從好到壞按照5～1五個級別進(jìn)行打分,5表示可視效果極好,4表示可視效果好,3表示可視效果一般,2表示可視效果差,1表示可視效果極差。

3.4 結(jié)果分析

通過對9名駕駛員可視極限距離的測試,可視性試驗結(jié)果匯總見表6。通過分析,78.8%駕駛員可視極限距離在200 m時是“好”,100%駕駛員可視極限距離在100 m時是“極好”,100%駕駛員可視極限距離在50 m時是“極好”,標(biāo)志板上文字高度滿足現(xiàn)場駕駛員使用要求,驗證了表4中露天煤礦礦山道路交通標(biāo)志板上文字高度與礦用卡車類型的關(guān)系成立。

表6 可視性試驗結(jié)果匯總

4 結(jié)論

目前我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》規(guī)定的文字高度只與速度有關(guān)[10],露天煤礦礦山道路交通標(biāo)志速度是次要因素,而主要因素是礦用卡車類型和道路寬度。由露天煤礦礦山道路交通標(biāo)志文字高度與礦用卡車類型的關(guān)系,推出拼音、少數(shù)民族文字高度、阿拉伯?dāng)?shù)字高度、公里符號高度等一系列尺寸。如露天煤礦礦山道路交通標(biāo)志只按照速度制作,礦用卡車駕駛員將無法辨認(rèn),從而難以確保露天煤礦礦山道路行車安全,因此需要根據(jù)具體情況制定一套科學(xué)的、完整的適合露天煤礦礦山道路的交通標(biāo)志標(biāo)準(zhǔn)。