提高460m中段窄轨运输能力技术研究

木青晨

（河钢集团矿业公司承德黑山铁矿，河北 承德 067412）

1 关于曲线半径的技术研究应用

设计生产规模：

黑山一号采场井下二期设计矿石规模120万t/a，岩石规模为15万t/a，580m以下中段运输水平采用有轨运输。

矿石运输选用ZK14-7/550-5C型14 t架线式电机车牵引9辆YCC4-7型4 m3曲轨侧卸式矿车。

岩石采用ZK7-7/550型7 t电机车牵引15辆YFCO1-7型1 m3翻斗式矿车运输。

坑内运输轨道采用砼轨枕，轨距762 mm，轨型43 kg/m。运输轨道最小转弯半径15 m，一般为30 m，6号道岔。

各穿脉运输巷与上、下盘运输巷连接的窄轨曲线半径为50m、40m，最东部上盘巷与穿脉巷连接窄轨曲线半径为60m。

2 技术研究

在曲线上运行与直线上运行最大的区别在于曲线上运行阻力大。机车、车辆在曲线上的运行阻力大于同样条件下直线上的运行阻力，其增大部分叫做曲线附加阻力。引起曲线附加阻力的因素很多，主要的有：

a.有些车轮轮缘压向外侧钢轨，有些车轮轮缘压向内侧钢轨，使轮缘与钢轨产生额外摩擦。

b.在离(向)心力的作用下，车轮向外(内)侧移动，轮轨问产生额外横向滑动。

c.由于同轴两车轮沿着不同直径的滚动圆滚动，增加了车轮与钢轨问的纵向滑动。曲线附加阻力

在窄轨运输过程中，车轮轮缘不断与轨道摩擦和碰撞，且摩擦和碰撞的力度与车速和曲线半径有关。实践证明，列车在曲线段比在直线段脱轨事故的概率大，在曲线段发生脱轨事故多数是速度过高所致。

列车通过曲线时，产生离心力，需要由设置外轨超高后的轨道反力及列车重量的合力产生的向心力平衡，计算公式如下：

式中 v——列车行车速度（m/s），

g——重力加速度，为9.81m/s2，

h——外轨超高（mm），

R——曲线半径（m），

S——两轨头中心间距离，为812mm。

一般情况下，采用较小的曲线半径，能较好地适应自然条件，但线路平面条件恶化，曲线附加阻力大，钢轨磨耗增大，不利于列车运行和线路维修养护。如采用较大的曲线半径，线路平面较为平顺，曲线附加阻力小，列车运行条件好，有利于提高列车运行速度和运输能力，维修养护工作量小。因此，设计窄轨铁路时，既要考虑矿山设计规模，合理确定线路等级标准，同时应符合安全规程要求。在条件允许的条件下尽量增大曲线半径。

一般认为曲线半径最小值：运行速度小于或等于1.5米/秒时，不得小于通过车辆最大固定轴距的7倍；运行速度为1.5～3.5m/s米/秒时，不得小于通过车辆最大固定轴距的10倍；运行速度大于3.5m/s时，不得小于通过车辆最大固定轴距的15倍。

3 方案优化

国家行业标准（SL303-2004）《水利水电工程施工组织设计规范》中规定，窄轨铁路（轨距762mm）Ⅰ级：单线重车方向年运量为＞100万吨，最小平曲率半径一般地段150m，困难地段100m；Ⅱ级：单线重车方向年运量为50～100万吨，最小平曲率半径一般地段120m，困难地段80m；Ⅲ级：单线重车方向年运量为＜50万吨，最小平曲率半径一般地段80m，困难地段60m。

《金属非金属矿山安全规程》（GBl6423—2006）5.3.1.3表2最小曲线半径规定： 固定线和半固定线,窄轨铁路当采用固定轴距1.4～2.0m, 铁路轨距762mm, 最小曲线半径60m；当采用固定轴距2.1～3.0m，铁路轨距762mm，最小曲线半径80m。

根据ZK14-7/550-5C型架线式电机车固定轴距1.7m和YCC4-7型曲轨侧卸式矿车轴距1.3m及 580m以下设计规模，460m中段窄轨铁路等级适合定为Ⅱ、Ⅲ级。

根据460m中段上、下盘运输巷和穿脉巷的布置情况，适当调整曲线段起始点坐标，窄轨曲线半径还有增大的条件。

下盘巷主要是空列车运行，连接下盘运输巷与西部厚大矿体的两条穿脉运输巷的窄轨曲线半径由40m增加到80m，连接下盘运输巷与东部薄矿体的三条穿脉运输巷的窄轨曲线半径增加到50m；溜井以南穿脉运输巷和上盘运输巷主要运行重列车，连接上盘运输巷与各穿脉运输巷的窄轨曲线半径均由40m增加到80m。

优化前：

优化后：

4 优化效果

单线重车方向窄轨曲线半径由40m增加到80m，使设计符合《金属非金属矿山安全规程》（GBl6423—2006）强制标准，减小列车运行附加阻力，降低机车、车辆发生脱轨事故的概率风险；通过优化使设计符合国家行业标准（SL303-2004）《水利水电工程施工组织设计规范》中规定，改善列车在曲线段的运输条件，提高运输效率，降低生产期维护和养护成本，提高企业经济效益。