于新鋒

(中煤科工集團武漢設計研究院有限公司，湖北 武漢 430064)

無軌膠輪車作為礦井先進的輔助運輸方式，具有機動靈活、操作簡單、裝卸方便、運輸速度快、運輸工作量大、效率高等優(yōu)點，在國內(nèi)新建大型礦井中得到廣泛應用[1，2]。近年來，我國建設了一批采用緩坡副斜井進行輔助運輸?shù)牡V井，緩坡副斜井傾角一般在6°以內(nèi)，井筒長度可達到4000m及以上[3]。雖然無軌膠輪車為礦井輔助運輸提供了有力保障，但受井下條件限制，為減少井筒斷面尺寸、降低井巷工程量和投資，緩坡副斜井一般采用單道雙向行駛，為有效解決車輛通行問題，錯車硐室的設置尤為重要。

目前國內(nèi)斜井井筒及井下輔助運輸設計相關規(guī)范規(guī)定在無軌膠輪車運輸?shù)男本玻敳粷M足雙向車道運行時，應設置會讓硐室[4，5]，對于如何設置、硐室間距如何確定等并沒有相關規(guī)定，為緩坡副斜井設計帶來不便。因而，緩坡副斜井錯車硐室設置方式及間距研究工作對于井筒設計、提高井筒通行能力、確保運輸安全具有重要意義。

1 工程概況

雙馬煤礦設計生產(chǎn)能力4.0Mt/a，煤層為近水平煤層，采用斜井開拓方式，布置主、副、回風斜井。其中副斜井采用緩坡斜井，井口標高+1373.5m，井筒落底標高+1046m，落差327.5m，井筒傾角最大5.5°，井筒長度4151m。井筒內(nèi)無軌膠輪車采用單道雙向行駛，井筒正常段斷面采用半圓拱形斷面，凈寬5.4m，凈高4.6m，凈斷面積21.6m2，如圖1所示。

圖1 緩坡副斜井正常段斷面圖(mm)

雙馬煤礦緩坡副斜井僅服務于礦井輔助運輸，根據(jù)雙馬煤礦采、掘工作面輔助運輸人員、設備、材料等情況，設計確定礦井最大班輔助運輸總量為103車/班。

2 錯車硐室設置方式

2.1 錯車硐室形式

目前，煤礦井下錯車硐室有盡頭式硐室和井筒加寬式布置2種方式[5]。硐室式巷道斷面小，利于支護，但受擴散通風影響，硐室深度一般小于6m；而加寬式則不受擴散通風距離影響，布置長度相對靈活，也利于車輛錯車會讓，因此，雙馬煤礦緩坡副斜井井筒內(nèi)的錯車硐室采用加寬式布置方式，如圖2所示。

圖2 加寬式錯車硐室布置平面圖

2.2 錯車硐室寬度

錯車硐室的寬度應按雙向車道的寬度進行考慮，根據(jù)《煤礦井下輔助運輸設計規(guī)范》，雙向車道運行時巷道斷面寬度可按式(1)計算[4]：

B錯=b1+b2+b3+b4+b5

(1)

式中，B錯為錯車硐室斷面寬度，m；b1、b2為雙向車道內(nèi)車輛寬度，取2.4m；b3為人行道寬度，取1.2m；b4為車輛與巷道側壁最小間距，取0.5m；b5為對向車輛間距離，取0.5m。

經(jīng)計算，錯車硐室斷面寬度為7m；礦井無軌膠輪車一般車輛寬度小于2.4m，但井下支架搬運車寬度卻為3.5m，考慮到其運行頻率較低，在不考慮人行道寬度的情況下，對支架搬運車與一般車輛錯車會讓進行驗算即可，可采用式(2)驗算：

B錯=b1+b2+2b4+b5

(2)

經(jīng)驗算，錯車硐室斷面寬度為7.4m時，才能滿足支架搬運車與一般車輛錯車要求，因此，錯車硐室斷面寬度取7.4m，該礦井井筒正常段凈寬B為5.4m，因此錯車硐室斷面加寬值B1為2.0m，錯車硐室斷面如圖3所示。

圖3 加寬式錯車硐室斷面圖(mm)

2.3 錯車硐室長度

根據(jù)《公路路線設計規(guī)范》，四級公路設置錯車道的有效長度應不小于20m[6]；而相關研究[7-9]認為考慮到相會時車輛不停車錯車，從第一輛車進入錯車道直線段到兩輛車完成錯車需要2倍的車輛長度，因此建議錯車道直線段距離應不小于2倍的車長?！睹旱V斜井井筒及硐室設計規(guī)范》(GB 20415—2017)規(guī)定無軌膠輪車會讓硐室長度應大于或等于車長的2倍，此規(guī)范實施之前，煤炭行業(yè)相關規(guī)范對加寬式錯車硐室長度并無具體要求。

根據(jù)礦井規(guī)范要求及礦井實際情況，當有無軌膠輪車進入兩個錯車硐室之間后，會有語音及燈光提示信號，提示相向其他車輛停車等候錯車。該礦井井筒設計時，煤炭行業(yè)相關規(guī)范對加寬式錯車硐室長度并無具體要求，因此考慮到硐室工程量及支護原因，設計錯車硐室直線段長度按滿足車輛停車會讓要求即可。雙馬煤礦配置的無軌膠輪車長度一般在6～7.5m之間，因此錯車硐室直線段L1長度取10m。

錯車硐室漸變段采用直線漸變，為充分減少錯車硐室工程量，漸變段與正常段夾角按45°考慮，漸變段長度L2取2m。

3 錯車硐室間距

3.1 緩坡副斜井通行能力

錯車硐室的間距與緩坡副斜井的通行能力有著直接的關系，在相同條件下，錯車硐室間距越長，則錯車時間會相應增加，井筒通行能力就會下降；錯車硐室間距過小，雖提高了井筒通行能力，但會增加錯車硐室工程量和建設投資。

要合理確定錯車硐室間距，首先要確定無軌膠輪車在井筒內(nèi)的通行能力，緩坡副斜井井筒內(nèi)單向最大小時流量可按式(3)計算：

Qd=K1K2Q/T

(3)

式中，Qd為單向最大小時流量，輛/h；K1為無軌膠輪車臨時加開系數(shù)，取1.15；K2為車輛運行不平衡系數(shù)，取1.20；Q為井下最大班運輸總量，取103車/班；T為凈輔助提升時間，每班取4.5h。

經(jīng)計算，井筒內(nèi)單向最大流量為32 輛/h。

3.2 錯車硐室間距確定

在確定錯車硐室間距時，假設井筒內(nèi)無軌膠輪車服從均勻分布，兩個錯車硐室之間車輛錯讓場景模型為：無軌膠輪車A位于第一個錯車硐室內(nèi)等待對向無軌膠輪車B駛過后加速駛出錯車硐室，回到正常段平穩(wěn)運行一段時間，遇到對向另一無軌膠輪車C，需要第2次錯車，從而減速駛入第二個錯車硐室。兩個錯車硐室之間的距離為設置錯車硐室所需確定的最大間距。井筒內(nèi)錯車模型如圖4所示。

圖4 井筒內(nèi)錯車模型示意圖

由圖4可知，錯車硐室間距為無軌膠輪車加速運行距離、平穩(wěn)運行距離、減速運行距離之和，車輛加、減速運行距離可按式(4)、式(5)計算[7，8]：

式中，L加為車輛加速運行距離，m；L減為車輛減速運行距離，m；V0為車輛運行速度，取20km/h；a0為車輛平均行駛加速度，取2.5m/s2；V1為車輛減速后的速度，取10km/h；t0為駕駛員的感知反應時間，取2.5s；t1為發(fā)動機減速時間，取3.0s；a1為發(fā)動機減速度，取1.8m/s2；a2為制動器減速度，取2.5m/s2。

經(jīng)計算[9-11]，無軌膠輪車輛加速運行距離為6.2m；無軌膠輪車輛減速運行距離為24.0m。

要想計算無軌膠輪車輛平穩(wěn)運行距離，首先要確定其平穩(wěn)運行時間，車輛平穩(wěn)運行時間可通過單向兩輛無軌膠輪車經(jīng)過同一錯車硐室的時間間隔減去加、減速時間得出，因此無軌膠輪車平穩(wěn)運行距離可按式(6)計算[7，8]：

式中，L平為車輛平穩(wěn)運行距離，m；t平為車輛平穩(wěn)運行時間，s；t2為制動器減速時間，s。

經(jīng)計算，車輛平穩(wěn)運行時間為103.7s，車輛平穩(wěn)運行距離為576.1m。錯車硐室之間的最大間距(L加+L平+L減)=606.3m。

4 現(xiàn)場實施效果

雙馬煤礦緩坡副斜井井筒長度4151m，井筒內(nèi)共設置了6個加寬式錯車硐室，錯車硐室平均間距約593m，礦井于2015年12月預驗收投入生產(chǎn)，目前，礦井生產(chǎn)能力可達4.5Mt/a，經(jīng)統(tǒng)計，礦井生產(chǎn)過程中，正常情況下每班下井車輛約為80車/班，下井車輛最多約為98車/班，從實際生產(chǎn)情況來看，無軌膠輪車在井筒內(nèi)運行順暢，未發(fā)生過對向車輛之間的刮蹭等運輸安全事故，提高了井筒內(nèi)無軌膠輪車的通行能力，為礦井穩(wěn)定生產(chǎn)提供了保障。

5 結 語

錯車硐室的設置可以有效提高單道雙向行駛緩坡副斜井井筒的通行能力，防止運輸安全事故的發(fā)生；通過理論分析計算，合理確定錯車硐室的斷面寬度、長度及設置間距，在降低井巷工程量及建設投資的同時，有效發(fā)揮了錯車硐室在緩坡副斜井井筒內(nèi)的錯讓交會功能。雙馬煤礦緩坡副斜井錯車硐室的成功應用，也為其他類似條件下的緩坡副斜井井筒仍至井下輔助運輸大巷內(nèi)錯車硐室的設置提供了參考、應用價值。