提高窄轨运输稳定性与安全性研究论文

 

　　关键词：窄轨运输,稳定性,安全性

 

　　窄轨运输是指使用窄于标准轨距的轨道进行的运输方式。由于其具有投资成本低、适应性强、运行维护简单等优势，在工业、农业、矿山等领域得到了广泛应用。随着物流行业的快速发展，窄轨运输的稳定性和安全性问题也日益突出。这些问题不仅影响了窄轨运输的效率和成本，还可能对人身安全和财产安全造成威胁。因此，提高窄轨运输稳定性与安全性成为当前亟待解决的问题。

 

 

　　在矿山开采中，窄轨运输是一种普遍的运输方式，主要用于矿山的煤炭、矿石等物资的运输。在大型矿山中，窄轨运输通常会形成复杂的运输网络，包括多个线路、曲线和坡道等，以确保运输的效率和安全性。矿山中的窄轨运输设备种类繁多，其中最主要的设备是机车和车辆。机车是窄轨铁路的主要牵引设备，分为电动和内燃机两类，根据矿山的运输需求选择合适的机型。车辆则是用于装载货物的设备，分为敞车和平车两类，根据货物的性质和运输需求选择合适的车型。此外，为了确保运输的安全性，窄轨铁路还会配备各种照明设备、通讯设备和安全设备等。

 

 

　　黑山铁矿位于中国河北省承德市，是一个具有较高开采价值的铁矿床。该矿床属于沉积变质铁矿，赋存于中元古代长城系、蓟县系地层中，其矿石品位较高。黑山铁矿的开采历史可以追溯到1954年，当时重工业部沈阳地质勘探公司一一二队进行了地质勘探工作。在随后的几十年中，为了扩大黑山区的远景，河北省地质矿产局第四地质大队等多家单位进行了深部找矿工作，发现了储量可观的盲矿体。目前，黑山铁矿设计年产原矿200万吨，与其配套的为纪营选矿厂。2018年末，完成资源整合的黑山铁矿资源储量21226.35万吨。

 

　　黑山铁矿窄轨运输设备由窄轨线路、牵引机车、矿车、钢轨、架线、放矿设备等组成。其中窄轨线路分580m井下平硐和580m露天两部分。580m井下线路全长2.6km，硐内平均坡度4‰，580m露天部分从580平硐口至选矿厂破碎站线路全长3.1km，重车下坡，平均坡度13.68‰；牵引机车采用有人架线式电机车，580m平硐内采用的是ZK14-7/550型电机车，580m露天采用的是ZK28-7/550型电机车，司机在580平硐口的调车场调换车头；矿车则使用的是YCC4-7型侧卸式矿车，每列车由11台矿车组成，由电机车牵引；钢轨采用的是43kg/m重轨，窄轨轨距762mm；架线采用的是CGLW215型外露式钢铝复合接触线，通过横拉线和电线杆架设在窄轨上方；放矿设备包括XLZ4.6*1.2*2-10*2型振动放矿机一套，FZC-3.1/1.2*2-5.5*2型振动放矿机两套，两种类型的振动放矿机分别为两个采场出矿用，分布在不同的窄轨线路上，运输过程存在交叉。

 

 

　　2.1.1露天线路坡度较大

 

　　首先，在较大的坡度上，重载电机车会因为重力作用而加速下坡，导致列车速度过快，进而会造成轨道的变形和损坏，降低窄轨运输稳定性和安全性。这种坡度也会使得空车返回时电机车承受的负荷增大，当矿石含水较多时，部分粉矿粘在矿车车底无法卸载，电机车返回时进一步增加了牵引电动机的负荷，降低电机的使用寿命，同时也会影响电机车的运行安全。其次，电机车卸完矿返回时爬坡行驶，矿车之间的连接装置失效会导致失去牵引力的矿车沿钢轨向下溜车，影响行车安全，存在极大的安全隐患。

 

　　2.1.2露天线路弯道较多

 

　　露天线路弯道较多也会给窄轨运输带来安全风险及稳定性风险。首先，在弯道上，电机车在重链下行时不但速度加快，还会因为离心力作用向外侧倾斜，导致电机车稳定性降低。如果弯道的曲线半径过小，或者电机车的速度过快，就会使电机车发生倾覆或脱轨的风险增加。其次，弯道处的钢轨会因电机车的反复碾压而产生磨损或变形，特别是在曲线半径较小的弯道上，轨道的磨损会更加严重，这会导致轨道的几何尺寸发生变化，影响电机车的安全运行。同时，在弯道处，由于地形的原因，会存在信号通讯的遮挡或干扰，导致信号传输不准确或中断，影响电机车的运行安全。加之，在露天环境中，自然灾害如大风、暴雨、雪崩等可能会对窄轨线路造成破坏，导致线路中断或电机车停运等问题。特别是在弯道上，由于地形的原因，自然灾害可能会对线路造成更加严重的影响。

 

 

　　窄轨线路的井下部分通常包含井下运输设备、井下信号设备、井下通风设备、井下排水设备及井下供电设备。其对窄轨运输的安全性及稳定性也具有较大的影响。

 

　　2.2.1地质环境影响

 

　　地质环境会影响窄轨线路井下部分的安全性和稳定性。地质环境包括地质构造、地下水条件、岩石类型和性质以及矿山工程地质条件。其中地质构造包括断层、褶皱、节理等，这些因素都会对井下岩体的稳定性产生影响。断层和褶皱导致岩体变形和破坏，而节理则会影响岩石的承载能力和稳定性。地下水对井下岩体的稳定性也有很大的影响。地下水的流动和浸泡可以软化和破坏岩石，降低其承载能力。地下水还可能造成井下淹水事故，对人员和设备的安全造成威胁。不同的岩石类型和性质对井下线路的稳定性有不同的影响。例如，软弱岩石可能更容易发生变形和破坏，而坚硬岩石则具有更好的承载能力和稳定性。此外，矿山工程地质条件包括地应力、地温、地震等，这些因素都会对井下线路的稳定性产生影响。地应力会导致岩体变形和破坏，地温变化可能会引起岩石膨胀和收缩，地震则可能引发井下岩体的震动和破坏。

 

　　2.2.2井下设备设施

 

　　井下设备设施对窄轨线路的井下部分的稳定性和安全性有显著影响。

 

　　一方面，窄轨线路井下部分的稳定性取决于井下设备设施的安装和固定方式以及设备设施的重量和分布。如果设备设施没有正确的安装或固定，可能会导致在运行过程中发生位移或倾斜。此外，当过重的设备或过于集中的设备分布可能会引起线路的变形或下沉，都会影响到井下线路的稳定性。

 

　　另一方面，窄轨线路井下部分的安全性取决于井下设备设施的防护措施、防水、防火和防爆性能、紧急停止功能。井下设备设施如果具有足够的防护措施，就可以防止意外碰撞或损坏。例如，设备应该具有保护罩、防护栏或警示标识等，以避免操作人员或其他人员受伤。加之，井下环境通常比较潮湿、易燃易爆，且排水系统多处与窄轨线路存在交叉，如果设备不具备防水、防火、防爆的性能，会给工作人员带来较大的安全隐患，也增加了电机车行驶过程中发生脱轨及其它故障的风险。此外，井下复杂的环境也可能导致诸多突发事件的发生，如果无法紧急停止，就可能放大事态后果，带来不可估量的损失。

 

 

　　利用采场退役的挖掘机进行改造，将铲斗替换为特制的铲板，当矿车在卸载站完成卸料后车底仍有粘矿时，扳道工可操作挖掘机用铲板将车底清理干净。这样不仅降低了电机车返回时牵引电动机的负荷，还增加了电机车的有效运输量。这个过程要求对设备操作人员进行专业培训，确保他们了解此过程的工作流程和安全注意事项，培训应包括应急处理和故障排除等内容。同时，操作人员应按照规定的操作流程进行清理，确保车底粗矿清理干净。同时，清理过程中应做好相应的安全措施，佩戴防护用具、避免触摸设备移动部件等，增强操作人员的安全意识，进而保证窄轨运输的稳定性和安全性。

 

 

　　在窄轨运输中，通过在电机车爬坡路段安装轨道自锁装置，能够解决露天线路较大坡度及较多弯道带来的运输过程中的不安全性。轨道自锁装置由单撇尖轨、延长轨、梯形轨砖、花篮螺丝、拉簧、拉板、连接板与基本轨组成。电机车上行时，车轮能将单撇尖轨与基本轨切开使车辆正常通过，当电机车通过后拉簧又会使单撇尖轨与基本轨保持紧密贴合状态。当矿车因为坡度及弯道变化发生矿车溜车的情况时，溜下的矿车可以被该轨道自锁装置引出轨道外的避险缓冲带内，不影响其他车辆的正常通行。

 

　　装置应为机械式，具有较高的摩擦系数，确保在各种天气和路况下都能提供稳定的摩擦力。同时，该装置应具备足够的强度和耐用性，以承受可能出现的各种外力。在安装完成后，需要进行测试以确保轨道自锁装置的功能正常。在运输过程中，需要定期检查和维护这些装置，以确保其始终处于良好的工作状态。在使用轨道自锁装置后，需要进行安全性评估，以确定该装置是否提高了窄轨运输的稳定性和安全性。这可以通过对比安装前后的运输事故率和运输效率来进行。

 

 

　　在窄轨运输中，通过校对窄轨弯道处的技术参数也会有效提高窄轨运输的稳定性和安全性。首先，要确定窄轨弯道的曲线半径，根据车辆轴距和行车速度，选择合适的曲线半径，以确保运输过程中的稳定性和安全性。其次，要确定窄轨弯道的曲线超高，列车行驶在曲线上时，就会产生一个离心力，使外轨车轮沿挤压外轨，发生弹性形变，对车轮和外轨有较大的消耗，为了抵消这个离心力就要设置曲线超高，使列车产生一个向心力来抵消这个离心力。轨道的坡度和弯道的曲线半径是影响窄轨运输的重要因素，必须对这些参数进行精确校对，以确保它们符合规定的要求，如果发现不符合要求，需要进行调整，以确保窄轨运输的安全性和稳定性。轨道的质量对于窄轨运输的安全性和稳定性至关重要。因此，必须确保轨道的质量符合要求，特别是在弯道处，要避免出现轨道变形、断裂或磨损等情况。为了提高窄轨运输的稳定性和安全性，可以考虑增加轨道的抓地力。例如，可以在轨道下方铺设碎石或短草地，以增加轨道与地面的摩擦力，从而减少运输过程中出现滑动的风险。列车的运行速度也是影响其稳定性和安全性的重要因素。在弯道处，必须降低运行速度，以确保车辆能够顺利通过弯道，并且不会对轨道造成过大的压力。

 

 

　　对于窄轨线路，电机车行驶的路段可能存在许多不稳定的路段，例如道岔、坡度大、曲线半径小、路基条件差等。在这些路段，电机车容易发生侧翻、脱轨等事故。因此，需要确定哪些路段需要增设护轨以提高运输的稳定性和安全性。护轨按组成材料不同，可分为钢轨间隔铁型、H型和槽型。按型式不同又分为单侧护轨和双侧护轨。对于矿山开采中的窄轨线路，一般采用钢轨间隔铁型单侧护轨，因为其结构简单、成本低、安装维护方便。单侧护轨由一根钢轨和一组支撑装置组成，支撑装置通常由间隔铁、护轨垫板和半圆头方颈螺栓组成。护轨的位置应该根据路段的实际情况来确定，以保证护轨能够有效地引导电机车和矿车行进。安装时需要注意三点：①要保证护轨与轨道平行；②要保证支撑装置牢固可靠；③要定期检查和维护护轨，以保证其有效性。

 

 

　　首先，要设计适合窄轨运输的信号调度系统，该系统应包括井下交叉口的信号灯、控制系统以及通信设备。信号灯应具备醒目的颜色和闪烁功能，以提醒运输人员注意安全。控制系统应能够根据预设的程序控制信号灯的亮灭，并具备手动控制功能，以便在紧急情况下进行干预。通信设备应能够实现运输人员与控制系统的实时通信，以便及时传递运输需求和调整信号灯的状态。其次，设计完成后，即可根据要求，在窄轨铁路的交叉口进行安装信号调度系统。确保信号灯、控制系统和通信设备都安装在合适的位置，并确保设备的稳定性和耐用性。同时，应确保设备的电源供应充足，以避免因电源问题导致系统故障，由此提高井下窄轨运输的安全性。另外，要对运输人员进行培训，使他们了解信号调度系统的使用方法和注意事项，确保他们知道如何根据信号灯的指示进行操作，并能够在紧急情况下采取正确的应对措施。在系统投入运行后，应定期对设备进行检查和维护，以确保系统的正常运行。及时处理设备故障和隐患，防止因设备问题导致运输事故的发生。

 

 

　　在窄轨运输中，井下排水系统对运输的稳定性和安全性也有着重要影响。要根据井下地形、地质和水文条件，合理设计排水系统的布局和结构。确保排水系统能够有效地排除地下水，防止积水对窄轨运输造成影响。要根据需要排水的规模和地形条件，选用合适的排水设备，如水泵、水管、水仓等，确保设备的质量和性能符合要求，提高排水效率，这就要求在设计排水系统时做好充分的勘察。同时，要根据井下的生产变化和运输需要，不断优化排水系统的布局，确保排水系统能够充分发挥作用。此外，也要定期对排水设备进行检查和维护，确保设备的正常运行。及时发现和处理设备故障，防止因设备故障导致排水不畅，影响窄轨运输的安全。

 

 

　　随着科技的不断发展，窄轨运输的稳定性和安全性将会得到进一步提升。未来，在窄轨运输中要进一步探索和应用新的技术和方法，如人工智能、物联网等技术，以实现更高效、更可靠的窄轨运输。总之，提高窄轨运输稳定性与安全性是一个长期而艰巨的任务，需要不断探索和研究新的技术和方法。只有这样，才能更好地发挥窄轨运输的优势，为社会的繁荣和发展做出更大的贡献。期待未来的窄轨运输系统能够更加高效、智能和安全，以满足日益增长的物流需求。同时，也希望未来的窄轨运输系统能够更好地适应各种复杂环境和恶劣条件，为我国的现代化建设做出更大的贡献。