井下高速載人窄軌運輸系統(tǒng)設計研究

吳 邊

(昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

個舊東區(qū)是云錫集團(控股)公司生產經營的大本營，也是云錫主要的生產人流集散地，生產人員眾多，生產人員運輸量較大。目前，生產人員居住于市區(qū)，而市區(qū)至礦山生產區(qū)域大部分路程為山路，其路途較遠，從而造成生產人員的工作時間、體力精力過多地消耗在來回上下班時間的運輸路途上。通過現有的井下坑道運輸連接市區(qū)與礦山生產區(qū)域，可節(jié)省大部分的運輸路程，同時節(jié)約了運輸成本，提高了運輸的安全系數。因此，規(guī)劃和解決區(qū)域礦山井下人員快速運輸系統(tǒng)，才能解決礦山運輸難題，節(jié)能增效，安全可靠地完成生產任務。

1 基本情況

從礦山工作人員居住的市區(qū)至礦山生產區(qū)域山路約40 km，每天工作人員通勤時間在3 h左右。而連接市區(qū)與礦山生產區(qū)域的現有1 800 m中段僅10 km不到。從目前國內及國外的井下人員運輸車輛速度上看，已經達到6～10 m/s(即22～36 km/h)。若采用10 m/s左右的運輸速度，工作人員每天的通勤時間可縮短至40 min，較好地解決了目前存在的人員交通問題。現針對該技術方案進行初步試驗，從原有的礦山坑道中選擇一段進行試驗試運行，試驗段長度5 km。待試驗成功后，可對現有坑道進行全線改造，從而達到解決現存交通問題的根本目的。

2 運輸系統(tǒng)的選型設計

2.1 設計基礎資料

現有坑道海拔1 800 m，為原有1 800 m中段。中段長度9 887 m，巷道采用1/3三心拱斷面，巷道凈寬為2.7 m，墻高為2 m，巷道總高為2.9 m，巷道凈斷面積7.23 m2，巷道斷面見圖1。中段巷道最大彎道半徑為50 m。

供電采用DC550V(波動范圍DC375～660V)，采用6相12脈波供電，受電方式采用接觸網——受電弓受電。

圖1 巷道斷面圖

2.2 機車及載人列車選型

采用湘潭電機廠定制生產的牽引電機車及載人客車，牽引車設計重量16 t，客車空車自重5.5 t，滿載人數22人。載客重量：1.65 t(按75 kg/人考慮)。列車軌距600 mm，1臺牽引電機車牽引2～3輛列車，每列車可載40～60人。

試驗段選取一列車運行，由井下調度室進行監(jiān)測。

2.3 軌道及道床結構

為提高車輛運行穩(wěn)定性，根據牽引機車質量，并結合礦山現有軌道材料進行對比，選擇38 kg/m重軌進行敷設。鋼軌之間采用魚尾板進行連接，今后可根據運行情況考慮采用無縫焊接鋼軌，可進行一步提高其運行穩(wěn)定性及可靠性。

井下鋪軌道床形式有整體道床和碎石道砟道床兩種。整體道床對施工質量要求嚴格，坑內施工難度大。施工周期長、造價高、維護量小。碎石道砟道床成本低、施工周期短、維護量大，但其對坑內情況適應性較好，且兼具減震作用。故考慮采用碎石道床。

常用的軌枕形式有：木軌枕、混凝土軌枕3種。混凝土軌枕使用壽命長、軌道穩(wěn)定性好，能滿足高速、大運量要求。但其剛度大、彈性差，致使道床承受的壓力和振動加速度增大，從而加劇道碴的粉化，造成軌道的下沉增大，對機車車輛走行部分產生不利影響，尤其在彎道上更容易發(fā)生。木軌枕的特點是彈性好、重量輕、制作簡單、絕緣性能好。扣件與木枕連接簡單，鋪設和養(yǎng)護維修、運輸方便，木枕與碎石道碴之間有較大的摩擦系數。但其缺點是使用年限較短，消耗木材量大。兼顧二者的優(yōu)缺點，采用直線段鋪設混凝土軌枕，彎道鋪設木軌枕的方式選取軌枕，既環(huán)保可靠、又減少了維護、保養(yǎng)的麻煩。

鋼軌扣件為聯(lián)結鋼軌與軌枕的中間零件。要求聯(lián)結可靠，結構簡單，便于拆裝，還要具有彈性、減振和絕緣等性能。常用的木軌枕扣件采用普通道釘和鐵墊板。混凝土扣件一般采用彈條式扣件，常見的有彈條Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型3種。其中Ⅰ、Ⅱ型彈條扣壓力不足，彈程偏小，而彈條Ⅲ型為無擋肩扣件，適合于重大運量、高密度的運輸條件，它具有扣壓力大，彈性好等優(yōu)點，特別是取消了混凝土擋肩，消除了軌底在橫向力作用下發(fā)生橫位移的可能性。因而木軌枕與鋼軌連接采用普通道釘和鐵墊板，混凝土軌枕與鋼軌連接采用彈條Ⅲ型扣件，并在鋼軌底部與軌枕之間采用石棉墊，既消除噪聲又可減震。

2.4 牽引網設計

牽引網懸掛高度：根據礦山電力設計規(guī)范(GB50070—2009)要求，井下不行人的巷道不應低于1.9 m；行人巷道不應低于2 m；井底車場內從井底至乘車場一段不應低于2.2 m。結合電機車架線高度要求，確定架線高度為2 m。

架線采用單線彈性懸掛，頂上增加一個懸掛點，便于控制高度。懸掛間距為5～8 m。坑內架線由于懸掛間距小，平整度遠高于標準鐵路的水平。以往所架設的線路效果不佳，是由于施工不精確造成。所以架設方式還是按窄軌標準架設，再懸掛上做一些改進，提高安裝精度。

3 結 語

目前試驗段已建成并試運行成功，列車運行最低時速15 km/h，最高時速40 km/h。初步達到了試驗目的，但在試運行過程中還存在很多問題。列車在通過彎道時降速比較明顯，分析最主要的問題還是由于彎道半徑選取較小導致，另外彎道軌距加寬與外軌超高值也存在一定的不足。在今后全線建設中，應注意增加彎道半徑值的選取，并進一步研究彎道軌距加寬及外軌超高值的合理范圍。提高彎道的通過速度，從而進一步提升整體運行速度，提高運行效率。在下一步工作中，應根據實際工作人員數量及排班情況進行統(tǒng)計，為列車數量選取及行車組織提供依據，并繪制區(qū)間運行圖表，確定錯車道位置及數量。最終達成高速載人列車全線運行的目的，解決現有交通運輸問題。