斜坡道開拓井下無軌運輸安全預警體系的建設與應用

劉吉興，臧元東，曲發科

（福建省政和縣源鑫礦業有限公司，福建 南平 353600）

福建源鑫公司所屬的宏坤礦區探礦主斜坡道采用上盤布置由252 新硐口直達70m 中段，斜坡道長度1950m，凈斷面規格3.5m×3.0m，平均坡度-12%，為公司高標準重點建設工程，斜坡道內各類通訊、消防、壓風供水自救、風水聯動噴霧降塵等設施齊全，該工程在2019 年集團12 家礦山主運輸巷道標準化建設獎勵中榜上有名。該主斜坡道上部900m 為直線式，下部1050m 為折反式布置方式。考慮到該斜坡道為主要運輸巷道，承擔礦區90%以上運輸量，且存在180°彎道段，對向來車不易被發現，存在一定的安全風險；同時長距離下坡一旦車輛出現制動失靈，車輛極易失控，對此公司對采取了一系列技術革新措施保障行車安全。

1 井下“聲光”雙重預警系統

為解決180°彎道坡段視線受阻問題，公司管理人員通過自主創新方式設計交通信號控制系統，并分別于彎道起始位置附近安裝該自主創新交通信號指示燈2 套。工作原理：通過彎道上游、彎道下游15m 位置各安裝一組電傳感裝置作為一組行車檢測，電感信號傳輸至信號處理裝置處理后控制紅綠等的顯示，達到彎道行車預警的作用。

依據上述原理，在現場轉彎巷道兩側各采用2 個光電傳感器作為一組行車檢測，車輛進入警示區域后根據傳感器檢測情況通過進行邏輯判斷車輛行進方向并計算，對向車輛如有車輛駛入則顯示紅燈 ，且發出報警音；對向車輛全部駛出則顯示綠燈。紅綠燈采用防水式LED 紅綠燈顯示，工作電壓DC24V。該系統防護等級IP65，完全滿足礦山井下使用要求。

圖1 井下交通信號預警系統

圖2 井下交通信號預警系統實拍圖

2 緊急避險車道

為避免車輛在斜坡道運行時出現制動失靈車輛失控，公司引進山區高速公路避險道設計理念，在設計院原設計基礎上增加了緊急避險車道。該避險車道作為一種特殊的匝道式設計，專供車輛剎車失靈、車速過高時駛入，通過其特殊的線形、路面結構設計，利用車輛重力和輪胎與路面產生的滾動阻力來降低車速，使減速失控車輛在短時間內平穩停止。緊急避險車道是關鍵時刻的一條“救命道”，設計避險車道為上坡車道，表面為鋪滿沙石或松軟沙礫的制動層。當車子在行駛中突然剎車失靈，就可以開到避險車道上去。該車道路面鋪滿了碎石，巷道兩邊掛滿輪胎，巷道盡頭有沙石坑和鋪滿輪胎的防撞墻壁。

緊急避車道設計原理：根據能量守恒定律，能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中其總量不變。設計充分利用能量轉化原理將緊急避險道設計上坡車道，使機車的一部分動能通過爬坡轉化為自身的重力勢能，讓車速減下來；另一方面則通過避車道內鋪設的沙子和碎石加大車胎和地面的摩擦，通過克服阻力做功一部分動能轉化為熱能Q。最終，失去控制的車子會安全地陷落在柔軟的沙石坑或輪胎堆里。

在用緊急避險車道設計長度30m，規格3.5m×3.0m，分為細沙池一級降速捕車段、米粒石池二級降速捕車段、碎石子陷車池段。避險道沿巷幫間距1m 布設一排運輸車輛700 型號廢舊輪胎，第二層與下層交錯布設，巷道盡頭采用無間隔上下交錯布設防撞墻壁，防止降速捕車及陷車措施實效，防撞墻壁可有效吸收前段各項降速措施未充分轉化完的動能，起到重要緩沖作用以降低安全風險。

圖3 斜坡道緊急避險車道設計示意圖

源鑫公司井下斜坡道坡度為7°，計算重力加速度為9.8×sin7=1.2m/s，考慮車輛摩擦阻力及風阻，根據斜坡道加速度公式，R 指滾動阻力系數，具體見下表。

表1 斜坡加速阻力系數

根據避險車道設計，R 取值為0.25，通過計算，車輛在斜坡道重力加速度為1m/s。井下車輛最高時速20km/h 即5.56m/s。假設車輛以最高速度行駛，在第一避車道失控，到達第二避車道的行駛時間為：

福建源鑫公司緊急避車道間距為100m，帶入公式計算：車輛從第一避車道行駛至第二避車道所需時間：t=9.63s。

到達第二避險車道入口最大車速v=5.56+1t=15.19m/s（54.68km/h）。

緊急避車道車輛制動距離：

其中：L 指車輛最遠停車距離；

v 指車輛駛入速度；

G 指避車道縱坡：sin10°。

通過計算得出：最遠停車距離為28.03m，緊急避車道設計長度滿足井下運輸需求。

緊急避險車道設置在較為寬敞的避車硐室處或斜坡道拐彎處附近，每隔100m 設置一處，長度大于30m，坡度10°以上，規格3.5m×3m（四分之一三心拱），在避險車道迎頭及兩幫固定廢舊的輪胎，輪胎直徑1m，寬度25cm，間距1m（粘有反光條）；安裝反光條（沿巷道頂幫敷設，寬度為10 公分）。該巷道底板共分為三段，第一段鋪設細沙（長度10m，厚度0.5m）、第二段鋪設米粒石（長度10m，厚度1m）、第三段鋪設大顆粒碎石（長度10m，厚度1.5m）。避險車道開口處備有消防水帶和手推式滅火器一臺（35kg），安設“緊急避車道”反光指示牌及警示紅燈，便于車輛及時發現避險車道位置。

圖4 斜坡道緊急避險車道實拍圖

3 結語

斜坡道開拓礦井，斜坡道作為主要運輸巷道，運輸任務繁重，且每班有大量人員乘坐人行車在長距離斜坡道行駛，企業采用緊急避險車道和“聲光”雙重預警裝置是解決井下長距離斜坡道無軌運輸安全問題的一個行之有效辦法，緊急避險車道能夠為失控的運輸車輛提供自救，成為剎車失靈、車速失控車輛的救命車道，“聲光”雙重預警能夠使駕駛員提前做出準備，減速、避讓，避免了因彎道盲區引起的車輛相撞，有效杜絕車毀人亡事故的發生和擴大，同時及時有效的車輛避讓可以加快礦、毛的運輸速度，提高生產效率。