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(jī)動靈活、操作簡單、裝卸方便、運(yùn)輸速度快、運(yùn)輸量大、效率高等優(yōu)點(diǎn)，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(yùn)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(yùn)輸能力。斜坡道運(yùn)輸能力受到巷道斷面尺寸的限制，以及主要運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)輸能力

將道路通行能力應(yīng)用于礦山斜坡道，則可驗(yàn)證斜坡道的運(yùn)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(yùn)輸時間計算出斜坡道的運(yùn)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(yùn)輸，斜坡道運(yùn)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(yùn)輸能力的兩個主要影響因素，經(jīng)過對斜坡道運(yùn)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(yùn)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(yùn)機(jī)出矸，生產(chǎn)期采用42 t 礦卡搭配14 t 鏟運(yùn)機(jī)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(yùn)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(yùn)機(jī)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(yùn)機(jī)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(qiáng)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(yùn)輸能力的實(shí)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(yùn)輸效率，有效減少斜坡道運(yùn)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(shí)時的跟蹤定位，獲取車輛的類型、位置變化得到車輛運(yùn)行軌跡等信息；系統(tǒng)軟件通過獲取的井下車輛實(shí)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(shí)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(diǎn)3 時，信號燈4 為紅燈，提示下行車輛提前到避讓點(diǎn)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(shí)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(shí)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(diǎn)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(yùn)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(yùn)輸效率。