一種評估單車道斜坡道通過能力及確定錯車道間距的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種評估單車道斜坡道通過能力的方法，包括：得到空重車對向行駛的安全行車距離ST；根據(jù)已知的錯車道間距L和確定的空車下行速度V空，以L除以V空的商作為空車在兩個錯車道之間的運行時間t1；確定空車和重車的會車時間t2以及重車上行速度V重，計算同向行駛的重車間的平均間距I重=L+((t1+t2）×V重)+ST；將I重除以V重的商的倒數(shù)作為單車重車上行的小時行車密度N重；確定年作業(yè)時間t3、車有效載重G和運輸不均衡系數(shù)K計算出單車道斜坡道通過能力Q=N重×G×t3/K。根據(jù)設計的單車道斜坡道通過能力，本發(fā)明還給出了確定合理錯車道間距的方法。本發(fā)明采用科學的計算原理和計算方法實現(xiàn)了斜坡道運輸能力及錯車道間距的自動計算。
【專利說明】一種評估單車道斜坡道通過能力及確定錯車道間距的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及采礦【技術領域】，特別是涉及一種評估單車道斜坡道通過能力及確定錯車道間距的方法。
【背景技術】
[0002]井下斜坡道，簡稱斜坡道，是用于通行無軌設備、運輸?shù)V石和無軌設備出入井下的傾斜通道。運輸?shù)V石直通地表的主要斜坡道，構成斜坡道開拓，或與其他井巷聯(lián)合使用，構成聯(lián)合開拓。斜坡道開拓是隨著無軌設備技術的發(fā)展而發(fā)展起來的，坑下無軌技術的發(fā)展，使大型的無軌設備應用于坑下礦山的開采，提高了礦床的開采強度，同時降低了工人的勞動強度。國外發(fā)達國家由于無軌設備發(fā)展較早，斜坡道開拓應用較廣。
[0003]中國于20世紀70年代在礦山開始建設斜坡道，限于國內(nèi)應用于礦山的無軌機械化設備發(fā)展較慢，滿足不了坑下礦山作業(yè)條件的需要，采用進口設備，造價高，成本也較高等因素，斜坡道應用僅限于個別裝備化水平較高的礦山，如:程潮鐵礦、凡口鉛鋅礦、金川鎳礦等。近年來，尤其是進入二十一世紀，國內(nèi)大型坑內(nèi)礦廣泛采用了無軌自行設備，斜坡道在國內(nèi)礦山應用越來越廣泛，新建的大型、超大型礦山普遍設有斜坡道。斜坡道在礦山生產(chǎn)中已占有舉足輕重的地位。斜坡道運輸中不必經(jīng)過轉(zhuǎn)載，直達目的地，節(jié)省時間，靈活性大，能提高作業(yè)效率。
[0004]運輸?shù)V石的斜坡道的為主斜坡道，運輸人員、材料及設備的為輔助斜坡道。由于斜坡道在國內(nèi)發(fā)展較晚，多數(shù)礦山還主要作為輔助斜坡道應用，除基建階段運輸廢石以外，生產(chǎn)期間不運輸?shù)V(廢)石，主要作為無軌采掘設備、人員、材料出入井下的通道，所以一直沒有一種較為科學的計算方法，來評估斜坡道的通過能力以及錯車道設置的原則，尤其是單道行駛的斜坡道，更沒有一種科學方法來進行計算。給技術人員在設計和驗算斜坡道的通過能力、以及錯車道如何設置帶來一定的困難，通常只能通過類比法來進行設計。
[0005]但在礦山開采的特殊時期，如主、副井提升系統(tǒng)遭受重創(chuàng)不能用于提升礦石或原有提升系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)需求的情況下，借助斜坡道解決運輸?shù)V石卻屬于常用措施，因此，解決斜坡道通過能力的評估問題、合理確定錯車道布置問題，是礦山領域中急需解決的問題。
[0006]本發(fā)明在借鑒地表露天汽車運輸計算方法的基礎上，結(jié)合坑下單車道斜坡道行駛的特點，提出了一種較為實用的計算方法，該方法可根據(jù)單道斜坡道設計的相關參數(shù)，由已知的礦山斜坡道參數(shù)(包括錯車道間距)，來驗算建成的單車道斜坡道通過能力(本發(fā)明中單車道斜坡道通過能力即是年運輸能力)，或由礦山設計的單車道斜坡道通過能力，確定出錯車道的合理間距，為礦山的科學決策提供依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提出了一種評估單車道斜坡道通過能力及設置錯車道間距的方法，用于解決驗算斜坡道的通過能力以及確定錯車道間距的問題。[0008]本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下:一種評估單車道斜坡道通過能力的方法，基于已知的錯車道間距L，包括，具體步驟包括:
[0009]步驟1，分別得到下行空車之間的安全行車距離Sts和上行重車之間的安全行車距離STi，并將Sts和STi的和作為空車和重車對向行駛時的安全行車距離St ；
[0010]步驟2，根據(jù)已知的錯車道間距L和確定的空車下行速度Vs，并以L除以Vs的商作為空車在兩個錯車道之間的的運行時間h ；
[0011]步驟3，確定空車和重車的會車時間t2以及重車上行速度Vi,按以下公式計算出同向行駛的重車間的平均間距Im -1fL+Uti+td XV重)+ST ；
[0012]步驟4，將Ii除以Vi的商作為單車重車上行時兩重車之間的平均間隔時間，取該平均間隔時間的倒數(shù)得到小時行車密度Ni ;
[0013]步驟5，確定年作業(yè)時間t3、車有效載重G和運輸不均衡系數(shù)K，按以下公式計算出單車道斜坡道通過能力Q = Q=NiXGXVKt5
[0014]在上述技術方案的基礎上，本發(fā)明還可以做如下改進。
[0015]進一步，所述步驟I中下行空車之間的安全行車距離Sts和上行重車之間的安全行車距離sTi均為其對應的制動安全距離、司機反映行駛距離和停車安全距離之和，且其中的制動安全距離根據(jù)汽車停車制動原理確定。
[0016]進一步，執(zhí)行所述步驟2和所述步驟3之前，需提前設定車輛經(jīng)過錯車道時的避讓原則:上行的重車是連續(xù)行駛，下行空車避讓重車；重車的間距要能滿足空車有時間向下行駛，并能在不影響重車行駛的情況和重車會車；重車每通過一個錯車道都有一輛空車與之會車；相向運行的重車和空車在交匯期間必須有足夠的安全距離；同向行駛的重車或空車必須保持足夠的安全距離。
[0017]進一步，所述步驟5中年作業(yè)時間t3的確定方法為:分別確定班工作時數(shù)、日工作班數(shù)和年工作日，再用三者之和乘以時間利用系數(shù)，獲得年作業(yè)時間T。
[0018]本發(fā)明的技術方案還包括一種設置錯車道間距的方法，已知礦山設計需要的斜坡道通過能力，并基于該已知的單車道斜坡道通過能力，計算合理的錯車道間距，包括如下步驟:
[0019]步驟A，確定單車道斜坡道通過能力Q、年作業(yè)時間t3、車有效載重G以及運輸不均衡系數(shù)K，按以下公式計算出單車重車上行的小時行車密度N1:Ni = (QXK)/(GXt3);
[0020]步驟B，確定重車上行速度ViJfVi除以N?的商作為同向行駛的重車間的平均間
距I重；
[0021]步驟C，分別得到下行空車之間的安全行車距離Sts和上行重車之間的安全行車距離STi，并將Sts和STi的和作為空車和重車對向行駛時的安全行車距離St ；
[0022]步驟D，確定空車和重車的會車時間t2以及空車下行速度Vs， 采用以下公式計算錯車道間距L:L= [Im-St- (V重Xt2) ] XV空/(V空+V重)。
[0023]進一步，所述步驟A中年作業(yè)時間t3的確定方法為:分別確定班工作時數(shù)、日工作班數(shù)和年工作日，再用三者之和乘以時間利用系數(shù)，獲得年作業(yè)時間T。
[0024]進一步，所述步驟A中取小時行車密度Ni的倒數(shù)，得到兩重車之間的平均間隔時間。
[0025]進一步，所述步驟C中下行空車之間的安全行車距離Sts和上行重車之間的安全行車距離sTi均為其對應的制動安全距離、司機反映行駛距離和停車安全距離之和，且其中的制動安全距離根據(jù)汽車停車制動原理確定。
[0026]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明綜合考慮了坡道的坡度、錯車道間距、汽車制動參數(shù)、汽車行駛速度等，實現(xiàn)了斜坡道通過能力的驗算，同時還可以根據(jù)以上計算原理，根據(jù)設計的年運輸能力優(yōu)化設計的重要參數(shù)，如錯車道間距，最大限度地發(fā)揮出其運輸潛力。
【專利附圖】

【附圖說明】 [0027]圖1為本發(fā)明所述一種評估單車道斜坡道通過能力的方法的流程示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明所述一種評估單車道斜坡道通過能力的方法的實施流程圖；
[0029]圖3為反映錯車道間距和年運輸能力的相互關系的坐標示意圖；
[0030]圖4為本發(fā)明所述確定合理錯車道間距的方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0031]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0032]在實際中，斜坡道建好后，其真實的斜坡道通過能力未必能滿足礦山需要。因此，如圖1所示，在已知錯車道間距、坡度等參數(shù)的前提下，本實施例提供了一種評估單車道斜坡道通過能力的方法，具體包括如下步驟:
[0033]步驟1，分別得到下行空車之間的安全行車距離Sts和上行重車之間的安全行車距離STi，并將Sts和STi的和作為空車和重車對向行駛時的安全行車距離St ；
[0034]步驟2，根據(jù)已知的錯車道間距L和確定的空車下行速度Vs，并以L除以Vs的商作為空車在兩個錯車道之間的的運行時間h ；
[0035]步驟3，確定空車和重車的會車時間t2以及重車上行速度Vi,按以下公式計算出同向行駛的重車間的平均間距Im -1m=I^(Uft2) XV重)+ST ；
[0036]步驟4，將Ii除以Vi的商作為單車重車上行時兩重車之間的平均間隔時間，取該平均間隔時間的倒數(shù)得到小時行車密度Ni ;
[0037]步驟5，確定年作業(yè)時間t3、車有效載重G和運輸不均衡系數(shù)K，按以下公式計算出單車道斜坡道通過能力Q = Q=NiXGXVKt5
[0038]其中，所述步驟I中下行空車之間的安全行車距離Sts和上行重車之間的安全行車距離STi均為其對應的制動安全距離、司機反映行駛距離和停車安全距離之和，且其中的制動安全距離根據(jù)汽車停車制動原理確定。
[0039]另外，執(zhí)行所述步驟2和所述步驟3之前，需提前設定車輛經(jīng)過錯車道時的避讓原則:上行的重車是連續(xù)行駛，下行空車避讓重車；重車的間距要能滿足空車有時間向下行駛，并能在不影響重車行駛的情況和重車會車；重車每通過一個錯車道都有一輛空車與之會車；相向運行的重車和空車在交匯期間必須有足夠的安全距離；同向行駛的重(空)車必須保持足夠的安全距離。所述步驟5中年作業(yè)時間t3的確定方法為:分別確定班工作時數(shù)、日工作班數(shù)和年工作日，再用三者之和乘以時間利用系數(shù)，獲得年作業(yè)時間。
[0040]基于上述五個基本步驟以及相應注意事項，如圖2所示，本實施例計算單車道斜坡道通過能力的具體流程為:[0041 ](一)下行空車粘著系數(shù)計算
[0042]φ b=Kc Φ (I)
[0043]式(I)中:0 b——計算粘著系數(shù)；
[0044]Kc——計算粘著系數(shù)與理論粘著系數(shù)之間的系數(shù)，取為0.55 ；
[0045]€——粘著系數(shù)，取為0.4 ；
[0046]則計算可得:Φ b=0.22。
[0047]這里，粘著系數(shù)是機動車動輪和地面接觸點上的靜摩擦系數(shù)，即相對速度趨于零時的滑動摩擦系數(shù)。它同許多因素有關，先選定采用的路面或路面狀況，再根據(jù)實際情況按技術規(guī)范來確定粘著系數(shù)。本實施例的適用情況是采用固定線，其計算粘著系數(shù)與理論粘著系數(shù)之間的系數(shù)，一般取0.5~0.6，這里取0.55。
[0048](二)按式(I )，取Ke為0.55，<2為0.3，計算上行重車粘著系數(shù)<2 bl=0.165。
[0049](三)計算上行重車的制動安全距離(即是上行重車開始制動到完全停住所行使的距離)。采用公式如下:
[0050]Ι2=Κ1Χν2/254(? bl+(t 0+i) (2)
[0051]式(2)中:12—汽車開始制動到完全停住所行使的距離，m ；
[0052]K1—制動使用系數(shù)， 按技術手冊一般取為1.3~1.4，這里取1.4 ；
[0053]V——汽車平均運行速度，取10Km/h ；
[0054]<2 bl——計算出的上行重車粘著系數(shù)，0.165 ；
[0055]Φ ο—滾動阻力系數(shù)，其按技術手冊確定，這里取0.03 ；
[0056]i—道路縱坡，取8%，上坡為正，下坡為負。
[0057]計算可得上行重車的制動安全距離I2=2.0m。
[0058](四)上行重車的司機反應行駛距離(即司機觀察反應時間內(nèi)所行使的距離)。采用公式如下:
[0059]I1=Vt(3)
[0060]式(3)中山一司機觀察反應時間內(nèi)所行使的距離，m;
[0061]V——汽車平均運行速度，取10Km/h ;
[0062]t-司機觀察反應時間，一般取1.5~2s ;
[0063]計算得I1=S.6m。
[0064]這里，反應好的駕駛員一般的反應時間在0.4—0.6s之間。駕駛員受危急驚嚇時反應時間大多會大于ls，甚至產(chǎn)生把油門當剎車踩的錯誤。反應在1.5s以內(nèi)屬正常，當超過2s時被認為不正常。
[0065](五)同一方向上重車之間安全行車距離STi
[0066]St^=WIq (4)
[0067]式中:STi—同一方向上重車汽車之間安全行車距離，m。
[0068]I1—司機觀察反應時間內(nèi)所行使的距離，已計算出為5.6m。
[0069]I2—汽車開始制動到完全停住所行使的距離，已計算出為2.0m。
[0070]10—停車安全距離，一般取汽車全長，12m。
[0071]因此，計算出STi =19.6m。
[0072](六)、第(一)部分中已計算出下行空車的粘著系數(shù)0b=0.22，取下行空車的滾動阻力系數(shù)<2。為0.05，其余參數(shù)的取值與(三)至(五)中相同，按公式(2)計算下行空車的制動安全距離12’ =6.5m，并按公式(3)計算出下行空車的司機反應行駛距離I/ =8.3m，再按步驟(4)計算出同一方向上下行空車之間安全行車距離Sts=I/ +12’ +10=26.Sm。
[0073](七)、將下行空車的安全行車距離Sts和上行重車的安全行車距離STi的和作為空車和重車對向行駛時的安全行車距離ST，即
[0074]St=St 重+St 空(5)
[0075]計算得ST=46.4m。
[0076](八)、空車在兩個錯車道之間的運行時間&:
[0077]t^L/V s (6)
[0078]式中A1—空車在兩個錯車道之間的運行時間，s ；
[0079]L——錯車道間距，取210m ；
[0080]Vs——空車下行速度，取15Km/h。
[0081]計算得1^=50.4s。
[0082]在實際中:礦用汽車運輸?shù)膯诬嚨老锏纼?nèi)，每隔150-200m，左右設置一個錯車道(也稱會讓站或停車安全硐室)。輔助運輸?shù)膯尉€巷道內(nèi)，每隔300-500m設置一個錯車道；經(jīng)過錯車道時，需事先約定避讓原則，避讓原則如上描述。
[0083](九)計算同向行駛的重 車間的平均間距I1:
[0084]I 重=L+(I^t2) X V 重+St(7)
[0085]式(7)中:1重-重車平均間距，m;
[0086]L——錯車道間距，取210m ；
[0087]&—空車在兩個錯車道之間的運行時間，已計算出為50.4s ；
[0088]t2——空重車會車時間，取15s ;
[0089]Vm——重車上行速度，取10Km/h ；
[0090]St——同一方向上汽車之間安全行車距離，46.4m。
[0091]計算出I 重=438m。
[0092](十)兩重車之間的平均間隔時間T
[0093]T=I 重/V重 (8)
[0094]式中:T-兩重車之間的平均間隔時間，min;
[0095]I i——重車平均間距，由上步計算出為438m ；
[0096]Vm——重車上行速度，取為10Km/h。
[0097]計算出T=2.63min。
[0098]^一)重車的小時行車密度N重:
[0099]N 重=1/T (9)
[0100]式中:Νι—小時行車密度(單行)，輛/h ;
[0101]T—兩重車之間的平均間隔時間，由上步計算出為2.63min。
[0102]計算出N重=22.8輛/h。
[0103](十二)單車道斜坡道通過能力Q(也即是斜坡道礦石年運輸量，或稱年運輸能力):
[0104]Q=Nm XGXSXCXHXK2/K (10)
[0105]式(10)中:Q—斜坡道年運輸量，萬t ；[0106]N重——小時行車密度(單行)，22.8輛/h ;
[0107]G——汽車有效載重，t ；
[0108]S——班工作時數(shù)，8h ；
[0109]C——日工作班數(shù)，3班；
[0110]H——年工作日，330d/a ；
[0111]K2——時間利用系數(shù)，取0.75 ;
[0112]K—運輸不均衡系數(shù)，取1.1。
[0113]式(10)中Sxcxhxk2表示年作業(yè)時間。
[0114]時間利用系數(shù)與電鏟、汽車的完好狀況及工作制度有關，一般按下表采用。礦山一般采用三班制，所以取0.75。
[0115]運輸不均衡系數(shù)應根據(jù)礦山具體情況確定，一般取1.05~1.15，生產(chǎn)規(guī)模越大，裝運條件好取小值，反之取大值，這里取為1.1。
[0116]經(jīng)計算，單車道斜坡道通過能力Q=246萬t。
[0117]對于上述計算過程，需說明三點:
[0118]I)關于涉及的各運行速度的取值，這是汽車在坡度為8%的固定道路上的平均速度取值，需根據(jù)施工的實際情況(如運距、運礦、運巖、汽車類型等)確定。
[0119]2)本實施例對參數(shù)取值未做特別說明的，一般按技術規(guī)范或?qū)嶋H經(jīng)驗進行取值。
[0120]3)進行各公式的運算時，要注意單位的換算。
[0121]結(jié)合上述方案，下面以一個具體例子來說明，已知:某斜坡道長度為3180m，斷面尺寸為:4X3.33，斜坡道的平均坡度為8%，錯車道間距為230m，行車路面為水泥土路面，路面清潔干燥。有效載重量為:20t，汽車有效長度為10m，重車上行的平均速度為4km/h，空車下行的平均速度為:6km/h。
[0122]工作方式:實現(xiàn)三八工作制，年工作日為330天。
[0123]根據(jù)路面情況、路面類型和路面狀況確定系數(shù)，相關系數(shù)取值如下表1所示:
[0124]表1、系數(shù)取值表
[0125]
【權利要求】
1.一種評估單車道斜坡道通過能力的方法，其特征在于，基于已知的錯車道間距L，所述方法包括: 步驟1，分別得到下行空車之間的安全行車距離Sts和上行重車之間的安全行車距離St1，并將Sts和STi的和作為空車和重車對向行駛時的安全行車距離St ； 步驟2，根據(jù)已知的錯車道間距L和確定的空車下行速度Vs，將L除以Vs的商作為空車在兩個錯車道之間的的運行時間h； 步驟3，確定空車和重車的會車時間t2以及重車上行速度Vi,按以下公式計算出同向行駛的重車間的平均間距1重=Ii=I^(UAt2) XV重)+ST ； 步驟4，將I i除以Vi的商作為單車重車上行時兩重車之間的平均間隔時間，取該平均間隔時間的倒數(shù)得到小時行車密度Ni ; 步驟5，確定年作業(yè)時間t3、車有效載重G和運輸不均衡系數(shù)K，按以下公式計算出單車道斜坡道通過能力Q = Q=Ni XGXt3/K。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟I中下行空車之間的安全行車距離Sts和上行重車之間的安全行車距離Sm均為其對應的制動安全距離、司機反映行駛距離和停車安全距離之和，且其中的制動安全距離根據(jù)汽車停車制動原理確定。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，執(zhí)行所述步驟2和所述步驟3之前，需提前設定車輛經(jīng)過錯車道時的避讓原則。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述避讓原則包括:上行的重車是連續(xù)行駛，下行空車避讓重車；.重車的間距要能滿足空車有時間向下行駛，并能在不影響重車行駛的情況和重車會車；重車每通過一個錯車道都有一輛空車與之會車；相向運行的重車和空車在交匯期間必須有足夠的安全距離；同向行駛的重車或空車必須保持足夠的安全距離。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟5中年作業(yè)時間t3的確定方法為:分別確定班工作時數(shù)、日工作班數(shù)和年工作日，再用三者之和乘以時間利用系數(shù)，獲得年作業(yè)時間T。
6.一種確定錯車道間距的方法，其特征在于，已知礦山設計的單車道斜坡道通過能力，并基于該已知的單車道斜坡道通過能力計算合理的錯車道間距，包括如下步驟: 步驟A，確定單車道斜坡道通過能力Q、年作業(yè)時間t3、車有效載重G以及運輸不均衡系數(shù)K，按以下公式計算出單車重車上行的小時行車密度N1: Ni = (QX K) / (GX t3); 步驟B，確定重車上行速度Vi,將Vi除以Ni的商作為同向行駛的重車間的平均間距I重； 步驟C，分別得到下行空車之間的安全行車距離Sts和上行重車之間的安全行車距離STi，并將Sts和STi的和作為空車和重車對向行駛時的安全行車距離St ； 步驟D，確定空車和重車的會車時間t2以及空車下行速度Vs，采用以下公式計算錯車道間距 L:L=[I 重一St- (V 重 Xt2) ] XV 空/(V 空+V 重)。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟A中年作業(yè)時間t3的確定方法為:分別確定班工作時數(shù)、日工作班數(shù)和年工作日，再用三者之和乘以時間利用系數(shù)，獲得年作業(yè)時間T。
8.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟A中取小時行車密度Ni的倒數(shù)，得到兩重車之間的平均間隔時間。
9.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟C中下行空車之間的安全行車距離Sts和上行重車之間的安全行車距離Sm均為其對應的制動安全距離、司機反映行駛距離和停車安全距離之和，且其.中的制動安全距離根據(jù)汽車停車制動原理確定。
【文檔編號】G06F19/00GK103473448SQ201310388990
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權日:2013年8月30日
【發(fā)明者】孫德民, 陳麗 申請人:金誠信礦業(yè)管理股份有限公司