提高460m中段窄軌運(yùn)輸能力技術(shù)研究

木青晨

（河鋼集團(tuán)礦業(yè)公司承德黑山鐵礦，河北 承德 067412）

1 關(guān)于曲線(xiàn)半徑的技術(shù)研究應(yīng)用

設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模：

黑山一號(hào)采場(chǎng)井下二期設(shè)計(jì)礦石規(guī)模120萬(wàn)t/a，巖石規(guī)模為15萬(wàn)t/a，580m以下中段運(yùn)輸水平采用有軌運(yùn)輸。

礦石運(yùn)輸選用ZK14-7/550-5C型14 t架線(xiàn)式電機(jī)車(chē)牽引9輛YCC4-7型4 m3曲軌側(cè)卸式礦車(chē)。

巖石采用ZK7-7/550型7 t電機(jī)車(chē)牽引15輛YFCO1-7型1 m3翻斗式礦車(chē)運(yùn)輸。

坑內(nèi)運(yùn)輸軌道采用砼軌枕，軌距762 mm，軌型43 kg/m。運(yùn)輸軌道最小轉(zhuǎn)彎半徑15 m，一般為30 m，6號(hào)道岔。

各穿脈運(yùn)輸巷與上、下盤(pán)運(yùn)輸巷連接的窄軌曲線(xiàn)半徑為50m、40m，最東部上盤(pán)巷與穿脈巷連接窄軌曲線(xiàn)半徑為60m。

2 技術(shù)研究

在曲線(xiàn)上運(yùn)行與直線(xiàn)上運(yùn)行最大的區(qū)別在于曲線(xiàn)上運(yùn)行阻力大。機(jī)車(chē)、車(chē)輛在曲線(xiàn)上的運(yùn)行阻力大于同樣條件下直線(xiàn)上的運(yùn)行阻力，其增大部分叫做曲線(xiàn)附加阻力。引起曲線(xiàn)附加阻力的因素很多，主要的有：

a.有些車(chē)輪輪緣壓向外側(cè)鋼軌，有些車(chē)輪輪緣壓向內(nèi)側(cè)鋼軌，使輪緣與鋼軌產(chǎn)生額外摩擦。

b.在離(向)心力的作用下，車(chē)輪向外(內(nèi))側(cè)移動(dòng)，輪軌問(wèn)產(chǎn)生額外橫向滑動(dòng)。

c.由于同軸兩車(chē)輪沿著不同直徑的滾動(dòng)圓滾動(dòng)，增加了車(chē)輪與鋼軌問(wèn)的縱向滑動(dòng)。曲線(xiàn)附加阻力

在窄軌運(yùn)輸過(guò)程中，車(chē)輪輪緣不斷與軌道摩擦和碰撞，且摩擦和碰撞的力度與車(chē)速和曲線(xiàn)半徑有關(guān)。實(shí)踐證明，列車(chē)在曲線(xiàn)段比在直線(xiàn)段脫軌事故的概率大，在曲線(xiàn)段發(fā)生脫軌事故多數(shù)是速度過(guò)高所致。

列車(chē)通過(guò)曲線(xiàn)時(shí)，產(chǎn)生離心力，需要由設(shè)置外軌超高后的軌道反力及列車(chē)重量的合力產(chǎn)生的向心力平衡，計(jì)算公式如下：

式中 v——列車(chē)行車(chē)速度（m/s），

g——重力加速度，為9.81m/s2，

h——外軌超高（mm），

R——曲線(xiàn)半徑（m），

S——兩軌頭中心間距離，為812mm。

一般情況下，采用較小的曲線(xiàn)半徑，能較好地適應(yīng)自然條件，但線(xiàn)路平面條件惡化，曲線(xiàn)附加阻力大，鋼軌磨耗增大，不利于列車(chē)運(yùn)行和線(xiàn)路維修養(yǎng)護(hù)。如采用較大的曲線(xiàn)半徑，線(xiàn)路平面較為平順，曲線(xiàn)附加阻力小，列車(chē)運(yùn)行條件好，有利于提高列車(chē)運(yùn)行速度和運(yùn)輸能力，維修養(yǎng)護(hù)工作量小。因此，設(shè)計(jì)窄軌鐵路時(shí)，既要考慮礦山設(shè)計(jì)規(guī)模，合理確定線(xiàn)路等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)應(yīng)符合安全規(guī)程要求。在條件允許的條件下盡量增大曲線(xiàn)半徑。

一般認(rèn)為曲線(xiàn)半徑最小值：運(yùn)行速度小于或等于1.5米/秒時(shí)，不得小于通過(guò)車(chē)輛最大固定軸距的7倍；運(yùn)行速度為1.5～3.5m/s米/秒時(shí)，不得小于通過(guò)車(chē)輛最大固定軸距的10倍；運(yùn)行速度大于3.5m/s時(shí)，不得小于通過(guò)車(chē)輛最大固定軸距的15倍。

3 方案優(yōu)化

國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SL303-2004）《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定，窄軌鐵路（軌距762mm）Ⅰ級(jí)：?jiǎn)尉€(xiàn)重車(chē)方向年運(yùn)量為＞100萬(wàn)噸，最小平曲率半徑一般地段150m，困難地段100m；Ⅱ級(jí)：?jiǎn)尉€(xiàn)重車(chē)方向年運(yùn)量為50～100萬(wàn)噸，最小平曲率半徑一般地段120m，困難地段80m；Ⅲ級(jí)：?jiǎn)尉€(xiàn)重車(chē)方向年運(yùn)量為＜50萬(wàn)噸，最小平曲率半徑一般地段80m，困難地段60m。

《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》（GBl6423—2006）5.3.1.3表2最小曲線(xiàn)半徑規(guī)定： 固定線(xiàn)和半固定線(xiàn),窄軌鐵路當(dāng)采用固定軸距1.4～2.0m, 鐵路軌距762mm, 最小曲線(xiàn)半徑60m；當(dāng)采用固定軸距2.1～3.0m，鐵路軌距762mm，最小曲線(xiàn)半徑80m。

根據(jù)ZK14-7/550-5C型架線(xiàn)式電機(jī)車(chē)固定軸距1.7m和YCC4-7型曲軌側(cè)卸式礦車(chē)軸距1.3m及 580m以下設(shè)計(jì)規(guī)模，460m中段窄軌鐵路等級(jí)適合定為Ⅱ、Ⅲ級(jí)。

根據(jù)460m中段上、下盤(pán)運(yùn)輸巷和穿脈巷的布置情況，適當(dāng)調(diào)整曲線(xiàn)段起始點(diǎn)坐標(biāo)，窄軌曲線(xiàn)半徑還有增大的條件。

下盤(pán)巷主要是空列車(chē)運(yùn)行，連接下盤(pán)運(yùn)輸巷與西部厚大礦體的兩條穿脈運(yùn)輸巷的窄軌曲線(xiàn)半徑由40m增加到80m，連接下盤(pán)運(yùn)輸巷與東部薄礦體的三條穿脈運(yùn)輸巷的窄軌曲線(xiàn)半徑增加到50m；溜井以南穿脈運(yùn)輸巷和上盤(pán)運(yùn)輸巷主要運(yùn)行重列車(chē)，連接上盤(pán)運(yùn)輸巷與各穿脈運(yùn)輸巷的窄軌曲線(xiàn)半徑均由40m增加到80m。

優(yōu)化前：

優(yōu)化后：

4 優(yōu)化效果

單線(xiàn)重車(chē)方向窄軌曲線(xiàn)半徑由40m增加到80m，使設(shè)計(jì)符合《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》（GBl6423—2006）強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，減小列車(chē)運(yùn)行附加阻力，降低機(jī)車(chē)、車(chē)輛發(fā)生脫軌事故的概率風(fēng)險(xiǎn)；通過(guò)優(yōu)化使設(shè)計(jì)符合國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SL303-2004）《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定，改善列車(chē)在曲線(xiàn)段的運(yùn)輸條件，提高運(yùn)輸效率，降低生產(chǎn)期維護(hù)和養(yǎng)護(hù)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。