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露天采场运输公路的设计研究

本站     2019-5-22 10:41:46    

据德兴铜矿公路设计、施工养护多年的经验,阐述应合理优化道路参数,强化道路养护工艺,并采取一些切实可行的措施保证公路质量,提髙轮胎使用寿命,降低轮胎消耗,节约矿山开采成本。
1 概述

汽车运输是当今露天矿山开采的一项极为重要的内容,它与高效率的钻机、大型电铲共同组成了矿山生产的三大部分。近几年世界上许多现代化的大型露天矿山都普遍采用大吨位汽车运输,因为大吨位汽车运输具有效率髙、运量大、机动灵活、经济效益好等优点。德兴铜矿作为亚洲最大的铜矿之一,在80年代初就从美国尤克里德公司(EUCLID)引进了载重量154t的R170电动轮自卸汽车。大吨位汽车的引进,对露天采场运输公路的设计参数、施工工艺和养护措施提出了更高的要求,该矿针对电动轮汽车的特点,围绕降低轮胎消耗, 提高轮胎使用寿命, 在公路设计和养护方面进行了大量的实践和研究,取得了较好的经济效益。

2 公路对轮胎的影响

轮胎是矿山运输设备最易报废和价格昂贵的部件之一,其费用占新车费用的10%左右,占运输成本的30%左右,因此提高轮胎的使用寿命至关重要。轮胎使用的好坏,费用的高低和其寿命的长短,除正确选用合适的轮胎型号外,还直接与运输道路状况有关,如路面宽度不够、过陡的纵坡、弯道上的反向超高、路面排水不畅等。如果汽车在这样的路段上行驶,极易造成轮胎损坏,降低轮胎使用寿命。

3 电动轮汽车的特性与公路设计3.1 汽车特性及轮胎

德兴铜矿采场目前使用的电动轮自卸汽车主要有R170和630E型汽车,其特点是驾驶室平台位置高(3.85m), 近车处盲区大;最大载重总量(含自重)为284t,单轮支承静载重达45~47t;轮胎直径为3.2m, 具有爬坡、冲坡能力大等特点(有关性能参见表 1)。

表 1 R 170电动轮汽车性能参数表

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生产实践表明,斜胶轮胎在该矿气候条件和路面岩石性质下轮缘损坏特别严重,运行中发热量大,不太适合使用。现在主要使用子午线轮胎,子午线轮胎的主要优点是侧帮较厚,具有很大的抗割裂和抗刺穿能力,在大负荷、高速或长距离运行时具有相对低的轮胎温度,轮胎与路面有较大的接触面、较好的越野能力、较小的滚动阻力和对路面的良好粘着性。该矿现用电动轮轮胎的型号及产地见表 2。

表 2 轮胎型号及产地

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3.2 合理设计运输道路

电动轮汽车的轮距、轴距、外型尺寸和最大允许行驶速度等直接关系到公路的几何参数的选取和轮胎使用寿命的长短,通过多年的摸索和借鉴巴布亚-新几内亚的布干维尔铜矿使用R170车公路设计、修筑的成功经验,该矿采场公路主要技术参数设计如下。公路设计横断面参见图 1。

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图 1 公路设计断面图

3.2.1 路面宽度

大型矿用汽车公路的宽度不是根据通用型而是根据特殊车型来确定的,车速越大越难以保证自卸汽车沿路面中线行驶,此时车辆只是沿路面中心线的某一摆幅宽度内前进。此外,会车时两车厢间应保持有足够的安全距离,而且为了补偿因大型车辆宽度引起增大的察觉间隙,分配给边隙的距离也应随车辆的外型尺寸增加而增大[1]。

根据电动轮的特点,双车道路面宽度取25~35m, 主干公路一般取30~35m, 支线公路双车道取25~30m。单车道路面宽度取15~20m, 主干公路单车道一般不小于20m (隧道除外,单行隧道宽为9m), 支线公路上的单行道不小于15m。

3.2.2 公路平曲线半径

R170汽车设计最小转弯半径为12.5m, 考虑安全及减少重车弯道轮胎磨损等因素,一般取不小于40m以上的整数,如40、50、60m等。

3.2.3 公路纵坡

纵坡确定是否合理,直接影响到筑路费用、运输成本、汽车行驶安全和轮胎使用寿命等。德兴铜矿连接两台阶斜坡道的纵坡一般取8%; 台阶斜坡道首尾相连,一般选择3个台阶为一组,组内平均纵坡为8%; 在坡底应设一小坡度(≤3%)的缓和坡段,其长度不宜太短,一般取80~150m, 缓和坡段连接处均设平滑的竖曲线连接;超过3个台阶的连续斜坡道,其平均纵坡应小于80%。

3.2.4 公路横坡和曲线超高

公路断面一般设计成弧拱形,中间高、两边低,横坡有利于排水,其坡度一般为1%~3%。弯道应按规定设置弯道外侧超髙、内侧加宽,超高横坡坡度一般取3%~6%,加宽值一般取3~8m。

3.2.5 路基和路面

大型汽车要求路基良好,路面平整,能承受强大的动、静载荷的冲击。采场公路路基典型结构图参见图 2。路基材料采用料径150~500mm的千枚岩和花岗闪长斑岩,f=5~8, 平均抗压强度为54.7MPa,内摩擦角为78°59', 属中等硬度,能够支承电动轮碾压。路基垫层根据路基底情况,选用路料块度,一般取厚度400~1500mm。路面一律采用泥结碎石路面,泥结好的髙等级碎石路面具有足够的刚性和一定的塑性;面层材料采用粒径为20~80mm的料石,面层厚度为100~200mm, 同时铺设15~30mm厚的磨耗层保护轮胎和路面。

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图 2 公路横断面典型结构图

3.2.6 水沟设计

矿区年降雨量2000mm左右,并大多数集中在3~6月,且暴雨较多。如不能及时排除路面积水,雨水将浸蚀路面,使其表面被毁,造成骨料外露、细料被雨水冲走,致使公出现凹槽、翻浆、鼓包和缺口等不良现象,将严重地影响公路运输的稳定和畅通,同时也会加快轮胎的磨损与消耗。因此,设计合适的排水沟,对保证汽车安全有效的行驶是完全必要的。

排水沟的断面一般设计成“V”形,见图 3所示。水沟纵坡一般设计为3%~5%,在全挖方路段采用两边排水;在全填方路段两边采用平行截水沟保护坡脚;在半填半挖方路段使运输道路朝挖方的一边倾斜(保持1%~2%横坡),采用单水沟排水,排水沟的出口均穿过安全挡土墙,出口间距不超过150m。

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图 3 排水沟示意图

4 注重道路养护

路面质量和装卸场地对轮胎的磨损程度和生产费用都有很大的影响。加强公路的日常维护有利于保证路面的完好和减少轮胎的割裂与刺破。德兴铜矿露天采场现有运输公路约30km,经常使用的路段约占90%。通往排土场的最大运距为3.6km,矿石最大运距为1.9km,近几年来随着露采范围的扩大和线路的增长,为了保证道路密实平整,清除路面的窝穴、车辙、洼地、凸突等不良因素,减少汽车零部件的磨损和轮胎消耗,该矿设有专门的养路防尘工段,并配备了一些大型筑路养路设备(主要有:推土机、平路机、压路机、装载机和路料车等),专门负责筑路养路、道路巡査及道路防尘,对道路实施了预防性养护法。主要措施如下。

(1) 对主干道路的养护实行了平地机责任区划分制度,将责任区路段的工作质量与经济利益挂钩,规定养路设备每天有效作业时间不得小于6h。做到四勤:勤平刮路面、勤清除附近汽车外溢物料、勤修复挡墙、勤检査路况,对存在问题较严重的路段,由工段集中整治。

(2) 在电铲铲装作业区域,每处配一台推土机平整场地和集料,设立机台长负责制,并制订了《机台长、作业人员奖金分配考核办法》,工段每周一对电铲作业点现场检查,现场打分评定,并及时处理检査中发现的问题。

(3) 为减少淤泥积聚堵塞水沟,防止雨水损害路面,应经常清理排水沟,保持排水沟畅通。

(4) 做好雨季路面防滑施工。经多次试验,采取在泥结好的光滑湿路面上铺粒径5~15mm的料石来增大路面的摩擦力,降低路面光滑度,有效防止了轮胎打滑。

(5) 及时清理撒落到路面上的浮石,在有效防尘的同时适当控制洒水量,采用了较先进的MPS型路面抑尘剂,路面的大气粉尘浓度低于2mg/m3, 起到了较好的防尘作用。

5 效果

实践证明,严格按设计要求,实行4次压实3次平整修筑的公路不易出现凹槽、鼓包、翻浆等不良现象,且承载能力大。德兴铜矿祝家废石运输公路于1991年设计,次年施工完成,局部路段填方量超过200万m3, 最大填筑高度超过90m。尽管该公路已使用6a多,且通过该路段的运输量(废石)超过1.2亿t, 但该公路的路基、路面状况至今仍然良好。

公路设计改进后,加强了道路施工和养护,建立了班检査、日维护、一月两次验收制度,及时削髙填洼、清除路面浮石,保证路基路面平整。近几年来,公路好路率一直保持在85%以上,减少了汽车零部件的磨损和维修费用及停机时间,仅1996年电动轮汽车的有效利用率就比1994年提髙了4.2%, 节约运输成本1739.6 8万元,1996年R170车使用的各种轮胎平均使用寿命达到了3456h, 最高寿命达到了4898.4h,运输成本和轮胎消耗均逐年下降(见表 3)。

表 3 历年电动轮汽车运输成本和轮胎消耗

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