滕文偉，馬婧佳

（中煤科工集團沈陽設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

露天礦運輸系統(tǒng)作為聯(lián)系露天礦山各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的“動脈”，在整個露天礦生產(chǎn)作業(yè)中起著至關重要的作用。而且運輸成本是露天礦各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中所占比重最多的一項支出。隨著露天礦開采的不斷深入，工作面的轉向及內排土場的形成，都要求對露天礦運輸系統(tǒng)進行重新優(yōu)化，這對降低事故風險、確保運輸安全、節(jié)約運輸成本都具有重要意義。

1 扎哈淖爾露天煤礦簡介

扎魯特旗扎哈淖爾煤業(yè)有限公司扎哈淖爾露天礦屬于霍林河煤田二號露天采區(qū)，距霍林河煤業(yè)集團有限責任公司所在地霍林郭勒市15 km。煤田整體呈東西走向，東西長13.27 km，南北寬1.15～3.58 km，礦區(qū)面積31.36 km2，該礦區(qū)位于內蒙古自治區(qū)通遼市西北端，在霍林郭勒市和扎魯特旗境內。

扎礦自動化程度較高。上部松散土層采用輪斗－膠帶連續(xù)工藝；淺部巖石剝離生產(chǎn)采用單斗－卡車間斷工藝；深部剝離生產(chǎn)采用單斗－卡車－半移動破碎站－帶式輸送機－排土機半連續(xù)工藝；煤炭生產(chǎn)采用單斗挖掘機－卡車－半移動破碎站－帶式輸送機半連續(xù)工藝。

2 運輸系統(tǒng)改造的必要性

目前，采場南側只是在地表有1 條卡車運輸通路，由采掘工作面將剝離運送到外排土場，根據(jù)扎礦未來發(fā)展方向，預計2020 年實現(xiàn)全部內排，物料流向方式為由原來的外排土場改為沿南幫運輸系統(tǒng)排棄至西部內排土場。

此時，剝離物通過地表運輸線路運送到內排土場顯然不合理。根據(jù)規(guī)劃期內剝離任務量劃分情況，扎礦每年的剝離量約1.2 億m3，其中約5 000 萬m3的剝離量需要通過南幫運輸系統(tǒng)去往內排土場，故有必要在南幫建立剝離運輸系統(tǒng)，將采掘工作面的剝離運送至采掘場西部內排土場。

3 改造原則

露天礦除了考慮運輸系統(tǒng)的經(jīng)濟效益之外，還應考慮運輸系統(tǒng)中存在各種各樣的安全隱患，其中包括傾翻事故、車輛碰撞等。目前卡車運輸系統(tǒng)的露天礦中，礦用卡車體積都比較龐大，基本在30 t 以上，而且車身也比較高?？ㄜ囻{駛員在駕駛室里盲區(qū)比較大，駕駛員的視線受到較大干擾，非常容易出現(xiàn)事故。并且，隨著工作線的推進以及采區(qū)深度的加大，卡車運輸系統(tǒng)會變得越來越復雜，對于卡車司機的要求越來越高，非常容易造成卡車的相撞事故。

根據(jù)未來幾年采場內自有設備、外委標段作業(yè)位置劃分，采場北幫運輸系統(tǒng)主要服務于自有設備，采場南幫運輸系統(tǒng)主要服務于外委單位運輸設備。外委剝離單位投入的運輸設備主要為荷載能力70 t以下的自卸車，車寬3.3～3.4 m 左右。為了安全起見，計劃建立的運輸系統(tǒng)需遵循以下幾點原則[1-2]：①設計道路寬度不低于30 m；②設計道路坡度不大于8%，連續(xù)坡長不超過300 m；③設計道路緩坡距離不低于50 m，坡度不大于3%；④設計道路外側設置安全土擋，土擋高度不低于輪胎直徑的2/5～3/5；⑤運輸系統(tǒng)的位置要選擇在端幫位置。

4 設計方案

1）卡車數(shù)量計算。根據(jù)規(guī)劃期內剝離任務量劃分情況，扎礦每年的剝離量約1.2 億m3，其中約為5 000 萬m3的剝離量通過南幫運輸系統(tǒng)去往內排土場。按自卸車平均運行速度25 km/h，停車視距50 m，年作業(yè)時間3300 h，需要建立幾條運輸線路的參數(shù)如下：①年運量：5 000×104m3；②運距：5 km；③單斗挖掘機斗容：4 m3；④每勺循環(huán)時間：35 s；⑤物料實方密度：2.2 t/m3；⑥卡車載重：70 t；⑦2：1 堆裝體積：45.5 m3；⑧卡車年有效工作時間：3 300 h；⑨挖掘機單勺裝載質量：6.09 t；⑩計算每車裝載勺數(shù)取值：11.49；?設計每車裝載取值：11；?實際每車裝載勺數(shù)取值：11 勺；?實際每車裝載質量：67.02 t；?裝車時間：6.42 min；?運行速度：25 km/h；?往返運行時間：24 min；?循環(huán)時間：33.92 min；?臺年運行次數(shù)：5 838；?臺年運輸能力：17.8×104m3/a；?卡車臺數(shù)設計取值：282。

2）需要卡車小時通過能力N 計算。最終可得N＝318 輛/h。

式中：N 為需要卡車的通過能力，輛/h；Q 為年通過運量，取5 000×104m3；H 為1 年的工作天數(shù)，取330 d；G 為1 臺卡車的載重量，取70 t；K1為時間利用系數(shù)，取0.75；K2為載重利用系數(shù)，取0.95；KS為卡車運輸不均衡系數(shù)，取1.15。

3）單條剝離干線通過能力。經(jīng)過計算，每條剝離干線運輸能力為N＝250 輛/h。故南幫需要建立2 條剝離干線。每1 條運輸線路的運輸能力是有限的，小時通過能力NL的計算方法：

式中：NL為每條干線的運輸能力，輛/h；V 為卡車行駛速度，取25 km/h；n 是行車線路數(shù)量，取1條；S 為車間距，取50 m；KH為不均衡系數(shù)，取0.5。

4）剝離干線標高的選取。端幫2 條卡車運輸線路標高的選取，影響到卡車運輸成本，須將卡車運輸線路的標高選取在剝離的最中心，將整體剝離一分為二，在896 m 水平分界，上半部分挖方體積為2 326.82 萬m3，下半部分挖方體積2 739.79 萬m3，上半部分占總量的46%，下半部分占總量的54%。然后2 條運輸通道分別選取上半部分和下半部分的剝離中心位置，南幫2 條運輸通路的標高分別為924 m 水平和860 m 水平。

5 運輸系統(tǒng)的其他問題

5.1 卡車運輸安全問題

導致露天礦卡車運輸事故其實是由于多方面原因引起的，這其中包括人、機、環(huán)、管、物5 個方面相互作用而產(chǎn)生的后果。人員因素中，駕駛員的原因為主要原因，而指揮人員以及裝卸人員為輔助原因。機器設備的原因中，機械故障也是導致事故發(fā)生的重要原因。環(huán)境因素中，包括自然環(huán)境，也包括社會環(huán)境，也會影響著整個運輸系統(tǒng)的正常運轉。管理因素中，是對整體人、機、物的整體協(xié)調管理，在運輸系統(tǒng)中也起著至關重要的作用。物質子系統(tǒng)是指所運輸物質自身所具有的物理化學特性，其本身具有的不安全狀態(tài)在人類感知上就存在著風險，是導致嚴重事故的重要因素[3-5]。

影響露天礦運輸系統(tǒng)安全的5 個因素相互聯(lián)系。其中每個因素都不是單獨存在的，每2 個或2 個以上的因素都能組成1 個新的動態(tài)系統(tǒng)。因此可以通過提升管理質量，消除5 個潛在的不安全因素，使露天礦的運輸系統(tǒng)更加安全、優(yōu)化、高效。

在露天礦的卡車運輸系統(tǒng)中，為了避免事故的發(fā)生，提出以下措施：①采用先進的防撞預警系統(tǒng)，防止車輛碰撞的事故發(fā)生；②對卡車司機進行安全教育培訓；③加強卡車運輸系統(tǒng)的道路維護，在交叉口設立警示牌；④需要加強現(xiàn)場指揮人員的監(jiān)管力度，對于車輛的運行進行有效控制。

5.2 道路對卡車的影響

礦山道路有多種不利于卡車運行的情況，如道由于灑水跟不上，導致路灰塵太大而影響視線、由于路面凹凸不平及轉彎半徑太小而影響車速、由于雪天路滑而影響卡車安全等[6]。另外，卡車由于速度不均勻，導致卡車落下石料，而卡車落下的石料如果得不到及時清理，會對卡車輪胎造成極大的磨損。因此，要加強道路維護力度，確保卡車高效運行。

5.3 涵洞方案

由于新建的南端幫卡車運輸系統(tǒng)與南幫的帶式輸送機系統(tǒng)有交叉。為了解決運輸系統(tǒng)交叉問題，提出2 個解決方案[7-9]。

1）方案1：在交叉位置采用1～5 m 波紋鋼拱橋。波紋鋼拱橋是用鋼板組拼起來的，按通道截面形狀分為圓形、拱形等，鋼板材質采用Q235 或者Q325熱軋鋼板，波紋鋼拱橋是近年來發(fā)展起來的一種可以替代箱涵、圓管涵和小橋的優(yōu)質建材，在全國各地有許多應用。優(yōu)點：①波紋剛拱橋同時具有剛性和柔性，結構受力合理，具有一定的抗變形能力；②采用工廠規(guī)?；a(chǎn)，生產(chǎn)周期短，效率高?，F(xiàn)場安裝速度快，施工周期短。缺點：較常規(guī)鋼筋混凝土橋造價高些，大約高出1.2 倍左右。

2）方案2：在交叉位置采用采用1～5 m 鋼筋混凝土地道橋。優(yōu)點：①屬于常規(guī)鋼筋混凝土地道橋，結構受力合理，結構穩(wěn)定；②可承受較大荷載，造價相對低廉。缺點：①施工周期長，需要中斷帶式輸送機運行（大約在20 d），為了減少帶式輸送機中斷時間，需要把帶式輸送機支護起來；②本橋帶式輸送機縱坡較大，地道橋及基礎采取分段做成階梯型，每段地道橋劃分長度3 m，需要對每階段地道橋進行支護，加大了施工難度；③不可再利用。方案比較見表1。通過表1 分析，方案1 總造價低，所以選方案1 波紋鋼拱橋。

6 結語

露天礦的運輸系統(tǒng)對于露天礦整體效益起著至關重要的作用，通過科學計算，確定出運輸線路的合理標高及位置。通過對涵洞的設計，解決了卡車運輸系統(tǒng)和帶式輸送機運輸系統(tǒng)的交叉問題，從而保證了礦山運輸系統(tǒng)的高效運行。

表1 方案比較表