斜坡道开拓井下无轨运输安全预警体系的建设与应用

刘吉兴，臧元东，曲发科

（福建省政和县源鑫矿业有限公司，福建 南平 353600）

福建源鑫公司所属的宏坤矿区探矿主斜坡道采用上盘布置由252 新硐口直达70m 中段，斜坡道长度1950m，净断面规格3.5m×3.0m，平均坡度-12%，为公司高标准重点建设工程，斜坡道内各类通讯、消防、压风供水自救、风水联动喷雾降尘等设施齐全，该工程在2019 年集团12 家矿山主运输巷道标准化建设奖励中榜上有名。该主斜坡道上部900m 为直线式，下部1050m 为折反式布置方式。考虑到该斜坡道为主要运输巷道，承担矿区90%以上运输量，且存在180°弯道段，对向来车不易被发现，存在一定的安全风险；同时长距离下坡一旦车辆出现制动失灵，车辆极易失控，对此公司对采取了一系列技术革新措施保障行车安全。

1 井下“声光”双重预警系统

为解决180°弯道坡段视线受阻问题，公司管理人员通过自主创新方式设计交通信号控制系统，并分别于弯道起始位置附近安装该自主创新交通信号指示灯2 套。工作原理：通过弯道上游、弯道下游15m 位置各安装一组电传感装置作为一组行车检测，电感信号传输至信号处理装置处理后控制红绿等的显示，达到弯道行车预警的作用。

依据上述原理，在现场转弯巷道两侧各采用2 个光电传感器作为一组行车检测，车辆进入警示区域后根据传感器检测情况通过进行逻辑判断车辆行进方向并计算，对向车辆如有车辆驶入则显示红灯 ，且发出报警音；对向车辆全部驶出则显示绿灯。红绿灯采用防水式LED 红绿灯显示，工作电压DC24V。该系统防护等级IP65，完全满足矿山井下使用要求。

图1 井下交通信号预警系统

图2 井下交通信号预警系统实拍图

2 紧急避险车道

为避免车辆在斜坡道运行时出现制动失灵车辆失控，公司引进山区高速公路避险道设计理念，在设计院原设计基础上增加了紧急避险车道。该避险车道作为一种特殊的匝道式设计，专供车辆刹车失灵、车速过高时驶入，通过其特殊的线形、路面结构设计，利用车辆重力和轮胎与路面产生的滚动阻力来降低车速，使减速失控车辆在短时间内平稳停止。紧急避险车道是关键时刻的一条“救命道”，设计避险车道为上坡车道，表面为铺满沙石或松软沙砾的制动层。当车子在行驶中突然刹车失灵，就可以开到避险车道上去。该车道路面铺满了碎石，巷道两边挂满轮胎，巷道尽头有沙石坑和铺满轮胎的防撞墙壁。

紧急避车道设计原理：根据能量守恒定律，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。设计充分利用能量转化原理将紧急避险道设计上坡车道，使机车的一部分动能通过爬坡转化为自身的重力势能，让车速减下来；另一方面则通过避车道内铺设的沙子和碎石加大车胎和地面的摩擦，通过克服阻力做功一部分动能转化为热能Q。最终，失去控制的车子会安全地陷落在柔软的沙石坑或轮胎堆里。

在用紧急避险车道设计长度30m，规格3.5m×3.0m，分为细沙池一级降速捕车段、米粒石池二级降速捕车段、碎石子陷车池段。避险道沿巷帮间距1m 布设一排运输车辆700 型号废旧轮胎，第二层与下层交错布设，巷道尽头采用无间隔上下交错布设防撞墙壁，防止降速捕车及陷车措施实效，防撞墙壁可有效吸收前段各项降速措施未充分转化完的动能，起到重要缓冲作用以降低安全风险。

图3 斜坡道紧急避险车道设计示意图

源鑫公司井下斜坡道坡度为7°，计算重力加速度为9.8×sin7=1.2m/s，考虑车辆摩擦阻力及风阻，根据斜坡道加速度公式，R 指滚动阻力系数，具体见下表。

表1 斜坡加速阻力系数

根据避险车道设计，R 取值为0.25，通过计算，车辆在斜坡道重力加速度为1m/s。井下车辆最高时速20km/h 即5.56m/s。假设车辆以最高速度行驶，在第一避车道失控，到达第二避车道的行驶时间为：

福建源鑫公司紧急避车道间距为100m，带入公式计算：车辆从第一避车道行驶至第二避车道所需时间：t=9.63s。

到达第二避险车道入口最大车速v=5.56+1t=15.19m/s（54.68km/h）。

紧急避车道车辆制动距离：

其中：L 指车辆最远停车距离；

v 指车辆驶入速度；

G 指避车道纵坡：sin10°。

通过计算得出：最远停车距离为28.03m，紧急避车道设计长度满足井下运输需求。

紧急避险车道设置在较为宽敞的避车硐室处或斜坡道拐弯处附近，每隔100m 设置一处，长度大于30m，坡度10°以上，规格3.5m×3m（四分之一三心拱），在避险车道迎头及两帮固定废旧的轮胎，轮胎直径1m，宽度25cm，间距1m（粘有反光条）；安装反光条（沿巷道顶帮敷设，宽度为10 公分）。该巷道底板共分为三段，第一段铺设细沙（长度10m，厚度0.5m）、第二段铺设米粒石（长度10m，厚度1m）、第三段铺设大颗粒碎石（长度10m，厚度1.5m）。避险车道开口处备有消防水带和手推式灭火器一台（35kg），安设“紧急避车道”反光指示牌及警示红灯，便于车辆及时发现避险车道位置。

图4 斜坡道紧急避险车道实拍图

3 结语

斜坡道开拓矿井，斜坡道作为主要运输巷道，运输任务繁重，且每班有大量人员乘坐人行车在长距离斜坡道行驶，企业采用紧急避险车道和“声光”双重预警装置是解决井下长距离斜坡道无轨运输安全问题的一个行之有效办法，紧急避险车道能够为失控的运输车辆提供自救，成为刹车失灵、车速失控车辆的救命车道，“声光”双重预警能够使驾驶员提前做出准备，减速、避让，避免了因弯道盲区引起的车辆相撞，有效杜绝车毁人亡事故的发生和扩大，同时及时有效的车辆避让可以加快矿、毛的运输速度，提高生产效率。