露天煤礦道路交通標志文字高度的研究

王元珠

(中煤西安設(shè)計工程有限責(zé)任公司,陜西 西安 710054)

0 引言

露天采煤是我國煤炭生產(chǎn)的重要組成部分,在我國已有近百年的歷史,因其安全高效,近些年得到快速發(fā)展。2003年全國露天煤炭產(chǎn)量僅為0.8億t,隨著開采工藝及裝備的發(fā)展,2016年全國露天煤炭產(chǎn)量已達7.5億t,2018年全國露天煤炭產(chǎn)量達到9.2億t。美國2017年露天原煤產(chǎn)量約為4.5億t,澳大利亞2016年露天原煤產(chǎn)量約為4.2億t,我國露天開采生產(chǎn)規(guī)模與體量已經(jīng)遠超美國、澳大利亞等發(fā)達國家[1]。

露天采煤正在向著規(guī)模大型化、設(shè)備現(xiàn)代化、管理先進化方向發(fā)展,露天采煤的年生產(chǎn)量基本穩(wěn)定在6～7億t左右,其中大中型露天煤礦占比較大。

哈爾烏素露天煤礦設(shè)計年生產(chǎn)能力3 500萬t,共有98臺自卸卡車、267臺工程設(shè)備和供電設(shè)備在生產(chǎn)現(xiàn)場作業(yè),生產(chǎn)組織緊張,車流密度大。在生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場設(shè)置必要的道路交通標志,可以為作業(yè)人員提供有效的預(yù)警信息,一定程度上避免和減少事故的發(fā)生,保護作業(yè)人員切身利益,同時保持道路暢通,從而保證車輛、設(shè)備連續(xù)運行,提高露天煤礦運輸效率。

目前哈爾烏素露天煤礦礦用卡車行駛的道路兩側(cè)所使用的標志牌是滑撬式道路交通標志牌,如圖1所示,板面圖案與交通行業(yè)相同,但也有其他不同之處。這種標志牌的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、輕便,缺點是外觀不統(tǒng)一、容易變形、穩(wěn)固性差、移設(shè)效率低,標志分類不明確,結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、無計算依據(jù),設(shè)置位置較隨意,對露天煤礦生產(chǎn)作業(yè)帶來一定的安全隱患。而在我國露天煤礦礦山道路交通標志設(shè)置方面起步較交通行業(yè)較晚,合理性設(shè)置方面也存在著如交通標志文字較隨意、文字數(shù)量太多、設(shè)置位置不科學(xué)的問題等,相關(guān)使用人員和管理部門都要對這一系列問題高度重視[2]。為了指導(dǎo)露天煤礦生產(chǎn)作業(yè)區(qū)道路交通標志的制作和使用,滿足生產(chǎn)作業(yè)區(qū)的車輛和人員的視認需求,達到露天煤礦全年安全生產(chǎn)無事故的目的,也為了實現(xiàn)我國露天煤礦生產(chǎn)安全、綠色、高效可持續(xù)發(fā)展,有必要對露天煤礦礦山道路交通標志進行更深一步的研究,找出與交通行業(yè)道路交通標志的不同點。

圖1 哈爾烏素露天煤礦使用的道路交通標志牌

1 露天煤礦礦山道路路基寬度

礦山運輸?shù)缆肥钦麄€露天煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要基礎(chǔ)設(shè)施[3]。露天煤礦礦山道路分為干線道路、支線道路和聯(lián)絡(luò)線道路。干線道路最高速度為40 km/h,支線道路最高速度為35 km/h,聯(lián)絡(luò)線道路最高速度為30 km/h。露天煤礦礦山道路橫斷面如圖2所示。根據(jù)現(xiàn)行國家標準《煤礦工業(yè)露天礦礦山運輸工程設(shè)計標準》[4](GB51282—2018),礦山道路行車道寬度見表1,礦山道路路肩寬度見表2。可得如下公式

表1 露天礦山道路行車道寬度

表2 露天礦山道路路肩寬度

圖2 露天煤礦礦山道路橫斷面

路基寬度=行車道寬度+2×路肩寬度

(1)

2 露天煤礦礦山道路交通標志文字高度

露天煤礦礦山道路交通標志具有提醒、限值、引導(dǎo)、導(dǎo)航的功能,是露天煤礦礦山道路系統(tǒng)的重要組成部分。合理設(shè)置交通標志,可以起到維護生產(chǎn)秩序、維持道路通行能力、規(guī)范作業(yè)人員行為、保障礦用卡車和人員的生命財產(chǎn)的重要作用[5]。交通標志視覺實驗有許多自變量,如字體的大小、形狀、背景顏色、排列方式、字的個數(shù)、文字的熟悉度以及材料的呈現(xiàn)位置和呈現(xiàn)先后等,這些自變量都會影響因變量[6]。本文僅研究文字高度,其他自變量后續(xù)再逐步研究。露天煤礦礦山道路交通標志必須根據(jù)信息長度、文字大小及正確認讀所需的時間來進行研究,其中文字的大小直接影響標志的易讀性,對駕駛員的安全行駛至關(guān)重要[7]。下面推導(dǎo)適合我國露天煤礦礦山道路的交通標志文字高度h的尺寸,由此可以得出拼音或少數(shù)民族文字高度、阿拉伯數(shù)字高度、公里符號高度等一系列尺寸。

經(jīng)過調(diào)查研究,平朔安太堡煤礦、平朔東露天煤礦、神華準格爾能源有限責(zé)任公司哈爾烏素露天煤礦和其他露天煤礦采用左側(cè)行駛制度,與我國《道路交通安全法》第35條規(guī)定“機動車、非機動車實行右側(cè)通行”相反,因此需要設(shè)置左側(cè)行駛標志[8],露天煤礦礦山道路交通標志設(shè)置示意如圖3所示。

圖3 露天煤礦礦山道路交通標志設(shè)置示意

設(shè)一交通標志位于露天煤礦礦山道路左側(cè)C處,一礦用卡車沿露天煤礦礦山道路中心線最右側(cè)行駛,即駕駛員認讀標志的最不利條件,速度V為40 km/h,駕駛員兩眼正視前方時的視線方向(即圖3中DEF方向)與車輛到交通標志連線方向(即圖3中DC方向)之間的夾角為α。交通標志的視角α大小由標志尺寸和標志的可視距離所決定。同樣尺寸的交通標志,可視距離近,則視角大,反之則視角小。視角低于一定的閾限值,則標志上的文字無法被正確地認知[9]。當α不大于8°時,駕駛員可以準確地認讀標志牌上的文字;當α大于8°時,認讀能力很快降低。因此,當?shù)V用卡車駛過位置E時,此時αE=8°,駕駛員的認讀能力開始迅速降低,所以E點位置就是駕駛員認讀交通標志文字的終止位置,此時,BC之間的距離由三角形EBC可求

BC=EB×tan(90°-8°)

(2)

式中,EB為露天礦山道路橫斷面上駕駛員最內(nèi)側(cè)位置至礦山道路邊緣線ABC之間的距離,約等于礦山道路路基寬度的一半減去所行駛礦用卡車的車寬。

以表1中的雙車道干線道路行車道寬度、計算車寬和表2中路肩寬度計算

EB=路肩寬度+雙車道干線道路寬度/2-計算車寬

(3)

駕駛員從發(fā)現(xiàn)交通標志到識別其文字內(nèi)容為止,所需要的認讀時間t,隨駕駛員的視力和反應(yīng),氣象狀況、晝夜之別與文字繁簡等而有所不同,但平均約為2.5 s左右[4]。在這段時間t內(nèi),礦用卡車所行駛過的距離DE為

DE=Vt/3.6 m=27.8 m

(4)

由式(4)可知,以40 km/h速度行駛的駕駛員,在不轉(zhuǎn)頭且平視正前方的情況下,從看到交通標志開始(即圖3中位置D),到剛能完全認讀交通標志上的文字時的位置(即圖3中位置E),如果該位置正好就是駕駛員的認讀能力開始迅速降低的位置,則距離DF=DE+EF=DE+BC。從而在三角形ADC中,可得駕駛員要認讀交通標志需要離開它的最短距離DC為

(5)

據(jù)測定,在一般情況下,視力為0.9的駕駛員要認讀交通標志上文字的內(nèi)容,所需距離L約為文字高度h的200倍,即

L/h=200

(6)

由式(6)可知,L=DC,因此可得到在露天礦山道路上行駛的各類型礦用卡車,交通標志文字最小高度h=L/200,交通標志文字最小高度計算結(jié)果見表3。

表3 交通標志文字最小高度計算結(jié)果

由表3可知,小型礦用卡車交通標志文字最小高度為0.26～0.30 m,中型礦用卡車交通標志文字最小高度為0.35 m,大型礦用卡車交通標志文字最小高度為0.39～0.48 m。由上述結(jié)果可得表4所示露天煤礦礦山道路交通標志板上文字高度與礦用卡車類型的關(guān)系。

表4 標志版上文字高度與礦用卡車類型的關(guān)系

由上述結(jié)果及現(xiàn)行國家標準《道路交通標志和標線》(GB5768.2—2009)可得表5所示其他文字與文字高度的關(guān)系。

表5 其他文字與文字高度的關(guān)系

3 現(xiàn)場試驗

為了驗證表4中標志板上文字高度與礦用卡車類型的關(guān)系是否符合露天煤礦實際生產(chǎn),研究人員在準能集團公司哈爾烏素露天煤礦現(xiàn)場制作標志并進行了交通標志可視性試驗。

3.1 試驗內(nèi)容

2018年6月在哈爾烏素露天煤礦干線道路上對雙柱式標志進行了可視性試驗,文字高度分別為30 cm、40 cm、60 cm。試驗選擇哈爾烏素露天煤礦常用載重42 t、91 t、236 t礦用卡車,每個噸級有3名駕駛員,共9名駕駛員參與試驗。

3.2 試驗場地

交通標志可視性試驗場地需要哈爾烏素露天煤礦道路直線段長度至少為500 m,因此選擇在如圖4所示道路,標志放置于道路左側(cè)安全擋墻上。

圖4 可視性試驗場地

3.3 試驗過程

采用叉車將安裝好的3個雙柱式矩形標志,間距50 m分別放置在哈爾烏素露天煤礦干線道路左側(cè)安全擋墻上,駕駛員按照規(guī)定要求從距離標志牌500 m處駕駛車輛移動,在距離標志牌200 m、100 m、50 m的地方停車觀察標志牌。可視性試驗采用五級量化評分方式,可視效果從好到壞按照5～1五個級別進行打分,5表示可視效果極好,4表示可視效果好,3表示可視效果一般,2表示可視效果差,1表示可視效果極差。

3.4 結(jié)果分析

通過對9名駕駛員可視極限距離的測試,可視性試驗結(jié)果匯總見表6。通過分析,78.8%駕駛員可視極限距離在200 m時是“好”,100%駕駛員可視極限距離在100 m時是“極好”,100%駕駛員可視極限距離在50 m時是“極好”,標志板上文字高度滿足現(xiàn)場駕駛員使用要求,驗證了表4中露天煤礦礦山道路交通標志板上文字高度與礦用卡車類型的關(guān)系成立。

表6 可視性試驗結(jié)果匯總

4 結(jié)論

目前我國現(xiàn)行國家標準《道路交通標志和標線》規(guī)定的文字高度只與速度有關(guān)[10],露天煤礦礦山道路交通標志速度是次要因素,而主要因素是礦用卡車類型和道路寬度。由露天煤礦礦山道路交通標志文字高度與礦用卡車類型的關(guān)系,推出拼音、少數(shù)民族文字高度、阿拉伯數(shù)字高度、公里符號高度等一系列尺寸。如露天煤礦礦山道路交通標志只按照速度制作,礦用卡車駕駛員將無法辨認,從而難以確保露天煤礦礦山道路行車安全,因此需要根據(jù)具體情況制定一套科學(xué)的、完整的適合露天煤礦礦山道路的交通標志標準。