浅谈煤矿窄轨铁路运输轨型的选择

田瑞臣　王忠平　杨起　王政敏

摘 要：煤矿窄轨铁路运输是矿井辅助运输的主要组成部分，承载矿井生产所需要的材料、设备、矸石以及人员的运输。随着综采及综掘设备的发展，设备重量的增加，要求煤矿窄轨铁路钢轨上运行的车辆吨位越来越大，钢轨的承载力就自然越来越大。文章通过对钢轨选型依据的论述，对不同型号钢轨线路允许运行车辆载重进行了计算，给出了不同车辆在线路上允许的载重值，以达到窄轨铁路安全运输的目的。

关键词：窄轨铁路；轨型选择；重要性

前言

煤矿窄轨铁路运输是矿井辅助运输的主要组成部分，承载矿井生产所需要的材料、设备、矸石以及人员的运输。随着综采及综掘设备的发展，设备重量的增加，要求煤矿窄轨铁路钢轨上运行的车辆吨位越来越大，钢轨的承载力就自然越来越大我国目前大多井工煤矿轨距多采用600毫米与900毫米两种。牵引工具主要为蓄电池电机车。钢轨轨型主要有24kg/m、30kg/m、38kg/m三种。随着采煤机械化的发展，综采设备单重越来越大，轨道的更新往往跟不上。不同类型的轨道上运行多重的车辆，或多重的车辆应铺设哪种类型的轨道直接关系着轨道系统运行的顺畅与安全。

1 煤矿窄轨铁路运输用轨道的分类

轨道类型是以每米长钢轨重量的千克数来表示的，煤矿用窄轨轨道主要类型及参数如表1所示。

表1 煤矿窄轨轨道常用钢轨类型及及主要尺寸表轨型

2 钢轨型号选择依据

2.1 轨道与速度的关系

行车速度对轨道的影响主要表现在动力作用方面。行车速度越高，机车车辆和轨道的振动强度越大，作用于轨道上的动荷载越大，轨道的几何形位越难保持，轨道及其部件交变应力幅度和振动加速度越大。所以，行车速度越高，轨道结构及其部件破坏越快。

2.2 轨道与车辆轴重的关系

轴重是指一个轮对承受的机车或车辆重量。轴重反映了轨道承受的静荷载强度，它决定了各部件交变应力的平均应力水平。轴重的一半称为静轮重。轴重越大，轨道承受的荷载也越大，各部件的交变应力水平随轴重增加而增大，所能承受的荷载循环次数大为减少，使用寿命缩短，轨道疲劳破坏速度加快。研究结果表明，由于各种疲劳现象而导致的钢轨折损，以及轨道几何形位的破坏，都与轴重有关。重载车辆，即使运行速度不高，其对轨道的破坏往往要比一般的高速列车对轨道的破坏程度大。如果轴重与列车速度同时增加，钢轨折损率的增长规律将更复杂。

2.3 轨道与运量的关系

运量常用车辆通过的总重量表示，它是车辆车辆轴重及其通过次数的乘积，是反映轴重、速度、行车密度的一项综合指标。行车速度和轴重决定了轨道结构的负荷强度，以及各部件交变应力的应力幅和平均应力；行车密度惊动了负荷和应力作用的频率。钢轨的磨损和折损、轨道永久变形积累都和运量有直接的关系：运量大，行车密度大，列车负荷作用越频繁，单位时间内应力循环次数多，整个轨道的永久变形积累越快。满足运行条件的轴重、行车速度和运量三个参数基本上和平均应力、应力幅度、循环次数这三个因素相对应：轴重与平均应力对应；行车速度与应力幅度对应；运量与循环次数对应。为了提高运输能力，轨道只能从提高轨道整体强度和轨道平顺性辆方面下手，另一方面在现有轨道线路上为保证运输安全，就必须在保证轨道平顺性基础上，对轴重、行车速度和运量三个参数进行合理选择。

3 煤矿常用轨型线路上允许运行车辆载重计算

3.1 车辆允许轴重的计算

选择钢轨重量一般与机车车辆轴重和型式、运行速度、运量、服务年限、工作地点、线路上部构造类型以及一个国家的钢铁产量质量等因素有关。

3.1.1 前苏联对于钢轨重量与轴重的关系的试验研究

前苏联在20世纪70、80年代关于钢轨重量与轴重的关系进行了过大量的试验研究工作，利用环行试验线对轴重为23吨与25吨的车辆进行了运营试验， 得出的结论如表2。

表2 前苏联研究实验钢轨重量与货车轴重关系

运行维护情况在50kg/m线路上运行轴重23吨车辆，能过安全运行，但养护工作量增加。在65kg/m或75kg/m线路上运行轴重为25吨车辆，需大大增加线路养护维修工作量及其费用。

3.1.2 钢轨重量与轴重的关系，参考国外现有一些经验公式如下

日本：P=q/（2.5～3）

前苏联：P=（q/a）3/2

前西德：P=q/2

式中：q-钢轨重量公斤/米；P-轴重吨；a-窄轨取5

考虑中国轨道轧制工艺水平及煤矿井下轨道铺设标准，文章参考日本经验公式计算不同轨型线路运行车辆允许轴重，计算结果如表3所示。

表3 煤矿常用轨型线路条件下允许运行车辆轴重

3.2 根据轴重合理选择车辆载重

铁煤集团公司随着采掘机械化的发展，采掘设备装机容量越来越大，整机重量也越来越大，即使设备解体运输，往往最大不可拆部件的重量也很大，这就给轨道运输带来很大压力，尤其对运输线路上的轨道考验也越来越大，超载会增加养护维修费用，而且影响行车安全。这样就必须根据轨型允许的车辆轴重计算出车辆允许载重，在日常矿井运输管理中，按照此标准严格规范车辆装载情况，严禁车辆超载运行，这里的超载包括车辆本身限制载重，也包括运输线路轨道限制的车辆载重。铁煤集团公司现常用平板车有四种，平板车允许载重如表4所示。

表4 车辆允许载重值

4 结束语

铁煤集团公司通过加强轨道运输管理，严格规范轨道安装及维护质量，逐步提高矿井运输线路轨型标准，同时规范车辆装载行为，严禁超载运输，使得矿井轨道运输呈现平稳顺畅的良好发展态势，为公司整体快速发展奠定了坚实基础。

参考文献

[1]江成.货车轴重的增加对铁道线路的影响[J].铁道工程学报，1997.

[2]方金陵.关于煤矿600毫米轨距轻轨的选型[J].煤矿设计通讯，1966.

[3]张鹤霄.论矿井窄轨铁道的钢轨轨型选择与重轨铺设[J].煤炭技术，2011.

作者简介：田瑞臣（1969-），辽宁省西丰县人，高级工程师，1998年毕业于辽宁工程技术大学计算机应用于管理专业。现任铁法能源公司生产技术部机电处副处长。