缓坡副斜井错车硐室设置方式及间距研究

于新锋

(中煤科工集团武汉设计研究院有限公司，湖北 武汉 430064)

无轨胶轮车作为矿井先进的辅助运输方式，具有机动灵活、操作简单、装卸方便、运输速度快、运输工作量大、效率高等优点，在国内新建大型矿井中得到广泛应用[1，2]。近年来，我国建设了一批采用缓坡副斜井进行辅助运输的矿井，缓坡副斜井倾角一般在6°以内，井筒长度可达到4000m及以上[3]。虽然无轨胶轮车为矿井辅助运输提供了有力保障，但受井下条件限制，为减少井筒断面尺寸、降低井巷工程量和投资，缓坡副斜井一般采用单道双向行驶，为有效解决车辆通行问题，错车硐室的设置尤为重要。

目前国内斜井井筒及井下辅助运输设计相关规范规定在无轨胶轮车运输的斜井井筒，当不满足双向车道运行时，应设置会让硐室[4，5]，对于如何设置、硐室间距如何确定等并没有相关规定，为缓坡副斜井设计带来不便。因而，缓坡副斜井错车硐室设置方式及间距研究工作对于井筒设计、提高井筒通行能力、确保运输安全具有重要意义。

1 工程概况

双马煤矿设计生产能力4.0Mt/a，煤层为近水平煤层，采用斜井开拓方式，布置主、副、回风斜井。其中副斜井采用缓坡斜井，井口标高+1373.5m，井筒落底标高+1046m，落差327.5m，井筒倾角最大5.5°，井筒长度4151m。井筒内无轨胶轮车采用单道双向行驶，井筒正常段断面采用半圆拱形断面，净宽5.4m，净高4.6m，净断面积21.6m2，如图1所示。

图1 缓坡副斜井正常段断面图(mm)

双马煤矿缓坡副斜井仅服务于矿井辅助运输，根据双马煤矿采、掘工作面辅助运输人员、设备、材料等情况，设计确定矿井最大班辅助运输总量为103车/班。

2 错车硐室设置方式

2.1 错车硐室形式

目前，煤矿井下错车硐室有尽头式硐室和井筒加宽式布置2种方式[5]。硐室式巷道断面小，利于支护，但受扩散通风影响，硐室深度一般小于6m；而加宽式则不受扩散通风距离影响，布置长度相对灵活，也利于车辆错车会让，因此，双马煤矿缓坡副斜井井筒内的错车硐室采用加宽式布置方式，如图2所示。

图2 加宽式错车硐室布置平面图

2.2 错车硐室宽度

错车硐室的宽度应按双向车道的宽度进行考虑，根据《煤矿井下辅助运输设计规范》，双向车道运行时巷道断面宽度可按式(1)计算[4]：

B错=b1+b2+b3+b4+b5

(1)

式中，B错为错车硐室断面宽度，m；b1、b2为双向车道内车辆宽度，取2.4m；b3为人行道宽度，取1.2m；b4为车辆与巷道侧壁最小间距，取0.5m；b5为对向车辆间距离，取0.5m。

经计算，错车硐室断面宽度为7m；矿井无轨胶轮车一般车辆宽度小于2.4m，但井下支架搬运车宽度却为3.5m，考虑到其运行频率较低，在不考虑人行道宽度的情况下，对支架搬运车与一般车辆错车会让进行验算即可，可采用式(2)验算：

B错=b1+b2+2b4+b5

(2)

经验算，错车硐室断面宽度为7.4m时，才能满足支架搬运车与一般车辆错车要求，因此，错车硐室断面宽度取7.4m，该矿井井筒正常段净宽B为5.4m，因此错车硐室断面加宽值B1为2.0m，错车硐室断面如图3所示。

图3 加宽式错车硐室断面图(mm)

2.3 错车硐室长度

根据《公路路线设计规范》，四级公路设置错车道的有效长度应不小于20m[6]；而相关研究[7-9]认为考虑到相会时车辆不停车错车，从第一辆车进入错车道直线段到两辆车完成错车需要2倍的车辆长度，因此建议错车道直线段距离应不小于2倍的车长。《煤矿斜井井筒及硐室设计规范》(GB 20415—2017)规定无轨胶轮车会让硐室长度应大于或等于车长的2倍，此规范实施之前，煤炭行业相关规范对加宽式错车硐室长度并无具体要求。

根据矿井规范要求及矿井实际情况，当有无轨胶轮车进入两个错车硐室之间后，会有语音及灯光提示信号，提示相向其他车辆停车等候错车。该矿井井筒设计时，煤炭行业相关规范对加宽式错车硐室长度并无具体要求，因此考虑到硐室工程量及支护原因，设计错车硐室直线段长度按满足车辆停车会让要求即可。双马煤矿配置的无轨胶轮车长度一般在6～7.5m之间，因此错车硐室直线段L1长度取10m。

错车硐室渐变段采用直线渐变，为充分减少错车硐室工程量，渐变段与正常段夹角按45°考虑，渐变段长度L2取2m。

3 错车硐室间距

3.1 缓坡副斜井通行能力

错车硐室的间距与缓坡副斜井的通行能力有着直接的关系，在相同条件下，错车硐室间距越长，则错车时间会相应增加，井筒通行能力就会下降；错车硐室间距过小，虽提高了井筒通行能力，但会增加错车硐室工程量和建设投资。

要合理确定错车硐室间距，首先要确定无轨胶轮车在井筒内的通行能力，缓坡副斜井井筒内单向最大小时流量可按式(3)计算：

Qd=K1K2Q/T

(3)

式中，Qd为单向最大小时流量，辆/h；K1为无轨胶轮车临时加开系数，取1.15；K2为车辆运行不平衡系数，取1.20；Q为井下最大班运输总量，取103车/班；T为净辅助提升时间，每班取4.5h。

经计算，井筒内单向最大流量为32 辆/h。

3.2 错车硐室间距确定

在确定错车硐室间距时，假设井筒内无轨胶轮车服从均匀分布，两个错车硐室之间车辆错让场景模型为：无轨胶轮车A位于第一个错车硐室内等待对向无轨胶轮车B驶过后加速驶出错车硐室，回到正常段平稳运行一段时间，遇到对向另一无轨胶轮车C，需要第2次错车，从而减速驶入第二个错车硐室。两个错车硐室之间的距离为设置错车硐室所需确定的最大间距。井筒内错车模型如图4所示。

图4 井筒内错车模型示意图

由图4可知，错车硐室间距为无轨胶轮车加速运行距离、平稳运行距离、减速运行距离之和，车辆加、减速运行距离可按式(4)、式(5)计算[7，8]：

式中，L加为车辆加速运行距离，m；L减为车辆减速运行距离，m；V0为车辆运行速度，取20km/h；a0为车辆平均行驶加速度，取2.5m/s2；V1为车辆减速后的速度，取10km/h；t0为驾驶员的感知反应时间，取2.5s；t1为发动机减速时间，取3.0s；a1为发动机减速度，取1.8m/s2；a2为制动器减速度，取2.5m/s2。

经计算[9-11]，无轨胶轮车辆加速运行距离为6.2m；无轨胶轮车辆减速运行距离为24.0m。

要想计算无轨胶轮车辆平稳运行距离，首先要确定其平稳运行时间，车辆平稳运行时间可通过单向两辆无轨胶轮车经过同一错车硐室的时间间隔减去加、减速时间得出，因此无轨胶轮车平稳运行距离可按式(6)计算[7，8]：

式中，L平为车辆平稳运行距离，m；t平为车辆平稳运行时间，s；t2为制动器减速时间，s。

经计算，车辆平稳运行时间为103.7s，车辆平稳运行距离为576.1m。错车硐室之间的最大间距(L加+L平+L减)=606.3m。

4 现场实施效果

双马煤矿缓坡副斜井井筒长度4151m，井筒内共设置了6个加宽式错车硐室，错车硐室平均间距约593m，矿井于2015年12月预验收投入生产，目前，矿井生产能力可达4.5Mt/a，经统计，矿井生产过程中，正常情况下每班下井车辆约为80车/班，下井车辆最多约为98车/班，从实际生产情况来看，无轨胶轮车在井筒内运行顺畅，未发生过对向车辆之间的刮蹭等运输安全事故，提高了井筒内无轨胶轮车的通行能力，为矿井稳定生产提供了保障。

5 结 语

错车硐室的设置可以有效提高单道双向行驶缓坡副斜井井筒的通行能力，防止运输安全事故的发生；通过理论分析计算，合理确定错车硐室的断面宽度、长度及设置间距，在降低井巷工程量及建设投资的同时，有效发挥了错车硐室在缓坡副斜井井筒内的错让交会功能。双马煤矿缓坡副斜井错车硐室的成功应用，也为其他类似条件下的缓坡副斜井井筒仍至井下辅助运输大巷内错车硐室的设置提供了参考、应用价值。