第五章(一)

第一章井底车场线路设计井底车场是井下若干巷道（线路）和硐室的总称。它是矿井提升和运输煤炭、排出矸石、下放材料和设备、人员升降、供电、供压风、通风与排水等全矿井各生产系统的总枢纽站。井底车场线路设计是井底车场设计的重要组成部分。它主要包括：井底车场形式的选择；井底车场线路平面布置设计；井底车场线路坡度设计和井底车场通过能力的计算。第一节井底车场的线路及其形式的选择一、井底车场的线路从图5-1可以看出，井底车场的线路（巷道）主要由重车线、空车线、调车线、绕道以及其它辅助线路组成。1.重车线：是存放从采、掘工作面运来的煤炭、矸石的重车线路，包括主井重车线和副井重车线。2.空车线：是存放从地面经罐笼下放至井底的空车，或在井底经过卸载后的空车的线路，包括主井空车线和副井空车线。如需暂时存放从地面经罐笼下放至井底的材料车和装有机械设备的车辆，可以在副井空车线一侧专门设置材料车支线。3.调车线：是空、重列车能顺利调动通过的线路。4.绕道：是连接主、副井的空、重车线和主要运输大巷的线路。5.辅助线路：是通往各种硐室的专用线路。如通往水仓和清理箕斗井撒煤的专用线路等。图5-1井底车场平面及线路坡度图1-主井；2-副井；3-中央水泵房；4-中央变电所；5-等候室；6-人车场；7-电机车修理间；8-材料与工具室；9-调度室；10-清理撒煤硐室及斜巷入口；11~14-1~4号交岔点；15-水仓入口主、副井的重车线与空车线，以及存放材料车的材料车线，又称为存车线路；绕道、调车线、供矿车进出罐笼的副井马头门线路，又称为行车线路。二、井底车场的形式近年来随着设计框架生产能力的扩大和机械化程度的提高，井底车场的结构形式也有了一些新的变化。例如，在大型矿井中，从采区经大巷到井底车场直到地面的出煤系统中，目前有两种基本方式：一种是采用“一条龙”的胶带机连续运输，轨道仅作为辅助运输；另一种是采用大容量的底卸式或侧卸式矿车的轨道运输系统。此外，有的矿井一翼采用胶带机连续运输，另一翼又采用大容量矿车运输。井底车场按运行线路不同，可分为环形式、折返式和环形—折返混合式等三种类型。（一）环形式井底车场1.立井环形式车场根据主、副井筒或空、重车线与主要运输巷道（运输大巷或石门）的相互位置关系即相互距离及其方位不同，又可将环形车场分为卧式、斜式和立式三种。1）卧式：当主、副井筒距主要运输巷道较近，而且主、副井存车线与主要运输巷道平行布置时，采用卧式（图5-2a）。这种车场两翼进车、回车线绕道可以全部利用主要运输巷道，节省开拓工程量。缺点是交岔点及弯道较多，重列车需在弯道上顶车。2）斜式：当主、副井筒距主要运输巷道较近，或者由于地面生产系统的需要，必须使主、副井存车线与主要运输巷道斜交时，采用斜式（图5-2b）。这种车场特点是可以局部利用主要运输巷道。因车场进车处不宜布置三角道岔，所以，当两翼来车时，只有一翼较方便。3）立式：当主、副井筒距主要运输巷道较远，而且主、副井存车线与主要运输巷道垂直时采用立式（图5-2c）；若主、副井筒距主要运输巷道更远时，可采用另一种立式（图5-2d），常称为刀式。前者车场可两翼来车，并设有专用的回车线，工程量较大，需在弯道上顶车作业。后者车场为甩车、顶车创造了有利条件。图5-2立井环形式井底车场a-卧式；b-斜式；c-立式；d-刀式2.斜井环形式车场与立井环形式车场一样，斜井环形式车场也可分为卧式、斜式和立式三种，故其结构特点和优缺点均相同。一般主井提升为箕斗或胶带输送机，副井为串车提升，如图5-3所示。（二）折返式井底车场1.立井折返式车场同样，根据主副井筒或空、重车线与主要运输巷道（运输大巷或石门）的相互位置关系，又可将折返式车场分为：梭式、尽头式和站式三种。图5-3斜井环形式车场图5-4立井折返式车场1）梭式：当主、副井筒距主要运输巷道很近，而且主、副井存车线与主要运输巷道合一时，可采用梭式（图5-4a）。卸煤方式可用翻车机，也可用底卸式矿车。辅助运输仍利用环形线路。2）尽头式：当主、副井筒距主要运输巷道远，而且主、副井存车线与主要运输巷道垂直时，可采用尽头式（图5-4b）。矿车只能从一端入场，经过卸载再回到始端，车场作业在主石门中进行。这种车场实为单侧进车的梭式车场。3）站式：当车场位于坚固稳定的围岩中时，可以将注、副井存车线布置在同一条巷道中，无环形线路。同时，在车场中尽可能地布置硐室。由于其配线与铁路车站相似，故称为站式车场。煤矿由于围岩不坚固很少采用。2.斜井折返式车场斜井折返式车场，因开拓方式和主井提升方式的不同，形式有多种多样。现仅举两种：1）主井胶带或箕斗提升，副井为串车提升的折返车场（图5-5）。此种车场主井空、重车线设于大巷内，副井绕道位于大巷顶板（或底板）。其特点是：调车作业均在直线上进行，可两翼进车，左翼来车可用不解体甩车方式，有利于提高生产能力。断面类型少，交岔点也少，巷道掘进工程量小。2）主、副井均为串车提升的折返车场（图5-6）。此种车场主、副井均用单侧甩车，串车提升。主井空、重车线布置在一翼的运输大巷内。副井空、重车线布置在顶板中，通过绕道与运输大巷联系。可两翼进车，但左翼种车调车较右翼方便。当主、副井距主要运输巷道有足够的存车长度时，可不设绕道，此时左右两翼运输大巷就成为一直线了，可大大提高生产能力。图5-5主井胶带（箕斗）提升，图5-6主、副井均为串车提升的折返车场副井为串车提升的折返车场由于折返式车场比环形式车场线路弯道少，所以井底车场通过能力大；由于运煤巷道多数与矿井主要运输巷道合一，交岔点减少，所以线路结构大大简化，因此开拓工程量小；由于为实现运输自动化创造了条件，所以运输方便、可靠，节省操作人员。例如波兰Staszic矿井，采用22t直流电机车，小时运行速度可达16km，自动化使两台机车同时牵引50辆矿车，从采区装载到井底车场卸载的全过程仅需5个人。正由于折返式车场比环形式车场具有上述显著的优点，所以目前折返式井底车场越来越广泛地被应用于各种井型的矿井，尤其对大型矿井，优点更为突出。（三）折返—环形混合式井底车场在设计中由于各种条件的影响，如东北地区的某些矿井，为解决调头问题（矿车一端与链环焊死），就采用了尽头—环形混合式井底车场（图5-7）和梭式—环形混合式井底车场（图5-8）。混合式车场可以发挥折返式与环形式车场的优点。图5-7尽头—环形混合式井底车场图5-8梭式—环形混合式井底车场（四）底卸式矿车卸载的井底车场底卸式矿车是打开车底卸载的矿车。车箱的两侧壁上焊有支撑翼板，车底的一端与车箱端壁铰接，车底的另一端装设一个卸载轮。国外还采用一种其车底的一侧与车箱侧壁铰接的底侧卸式矿车。我国目前使用的都是前述的整开底型的底卸矿车。底卸式矿车与同容量的固定式矿车相比具有：卸载速度快（卸一列车煤仅需30~60s）、卸载量大（可提高运输能力60~80%）、便于实现车场自动化；节省电耗（40~50kW/h）和人员（减少辅助人员40%）等优点。缺点主要是车底密封性差，容易漏煤、漏水，影响巷道清洁；卸载过程中，机械摩擦易产生火花，对安全生产不利。由于其优点显著，因此，在大型矿井中采用越来越多。目前我国煤矿多用容量为3t和5t（国外最大为12t）的底卸式矿车。下面简介一下卸载站的结构及其卸载原理。1.卸载站的结构（图5-9）图5-9卸载站的结构1-底卸式矿车；2-车轮；3-缓冲器；4-托辊；5-卸载轮；6-卸载曲轨；7-支承钢梁；8-工字钢支座；9-卸载坑；10-复位曲轨；11-电机车1）支承托辊：托辊直径Φ300~Φ350mm。托辊间距，进车端为600~800mm，出车端为800~1000mm。托辊安设在卸载坑两侧的支座上（成10°倾角）。它的作用是当列车进入卸载站时，使每辆底卸式矿车车箱或电机车两侧壁上的翼板支承其上，顺利通过。2）卸载曲轨和复位曲轨：由四段不同曲率的43~50kg/m钢轨组成。段间用鱼尾板及螺栓连接，并焊接在支承钢梁上。它们的作用是产生前进的推力、使矿车地门的开启与闭合以及产生闭合阻力等。3）支承钢梁：用来支承卸载曲轨和复位曲轨。要求支承钢梁与卸载和复位曲轨之间紧密贴合在一起。钢梁支承在预先埋设在卸载坑混凝土仓壁上的工字钢支座上。4）卸载坑：有直墙式（四壁近似与水平面垂直）和斜墙式（进出口端为倾斜，其余两侧为直墙）两种。现行设计采用后者居多。斜墙式入口端溜煤坡的倾角约为50~55°，出口端则通常取为40~50°。斜墙面溜煤坡用耐磨的灰绿岩或钢板铺设，直墙面用钢筋混凝土即可。卸载坑的尺寸由采用的矿车决定。由于底卸式矿车卸载时，是底门竖向开闭，所以卸载坑的垂直高要求大，与之相连接的下部煤仓的容量要求能容3列车煤量以保证连续卸载。因此，卸载坑尺寸较大。2.卸载原理（图5-10）列车进入卸载站后，电机车导电弓与架线脱离，失去牵引力。电机车和矿车依靠车箱上的翼板支承在卸载坑两侧的支承托辊上。与矿车底架固定在一起的下部箱底板，其前端与车箱铰链相连，后端的卸载轮开始沿卸载曲轨的倾斜直线运动。此时，车底门打开一个角度，由于车内货载重量、车底自重及两者的合成重心水平移动而产生动能。即煤和车底自重力P作用在曲轨上产生一个反作用力的水平分力N’z推动列车作水平前进运动（见图5-10a）。当矿车底板打开角度逐渐增大时，煤开始沿矿车底板下滑（此时水平推力最大，当煤下滑速度很大时，煤流将产生反作用力，加速矿车向前运动），直至底板打开最大角度时，矿车内的煤就全部卸净。图5-10底卸式矿车卸载原理煤卸净以后，矿车底板当卸载轮运动超过曲轨拐点后，开始向上闭合，同时产生列车前进方向相反的阻力N’k（见图5-10b）。但由于后面的矿车继续重复前面矿车的动作，而且卸载推力大于闭合阻力，从而能推动列车仍然继续前进，直至矿车全部通过卸载站并复正常轨为止。据山西晋城凤凰山矿实验，1~5个矿车，矿车卸载后不能复正常轨；5~10个矿车卸载速度由慢到快，当10个矿车时，矿车卸载完了并复轨后能滑行约100m；若大于10个矿车后，卸载速度将减慢。这是因为水平前进推力、闭合阻力、运行摩擦力之间是有一定的作用关系的。当然一般因电机车也一起通过卸载站，当电机车通过卸载站后便与架线接通，使机车具有牵引力，就可以控制列车卸载速度和卸载复轨后的滑行速度了。采用底卸式矿车时，其井底车场可以采用折返式，亦可采用环形式。但是采区装车站的线路布置必须与其相对应，即卸载站为折返式，采区装车站亦为折返式；若卸载站为环形式，采区装车站亦为环形式。一般底卸式矿车的井底车场多用折返式车场。三、井底车场形式的选择井底车场在矿井开拓及生产中起着很重要的作用。所以车场形式选择正确与否，对矿井建设费用和生产费用均有很大的影响。井底车场形式选择时应考虑：矿井的生产能力；矿井的开拓方式与煤层赋存条件；矿井地面生产系统的特殊要求；井底车场范围内井筒的数目及其相互位置；井筒内提升容器的类型及其配置；主要运输巷道和井底车场的运输方式及运输设备类型和机械化程度；矿井所需风量及通风方式，车场内围岩的稳固性等。如上所述影响井底车场形式的因素很多，且各因素之间又相互制约，因此在具体选择时要经过方案比较。一般理想的井底车场应满足下列条件：1.保证矿井生产所需的运输能力，并适当留有富裕系数，一般车场通过能力应大于矿井设计生产能力的30%；2.调车简单，管理方便、安全；3.巷道平直、弯道及交岔点少，施工容易；4.矿井单位生产能力所需的井巷工程量最小，节省投资，便于维护，生产成本低廉；5.车场内硐室布置合理，所需满足安全生产的要求。第二节井底车场线路的基本知识井底车场的轨道线路实际由直线线路和连接它们的连接部分——曲线线路和道岔所组成。本节主要介绍曲线线路和道岔的基本概念及常用线路连接系统的基本知识。一、曲线线路1.最小曲线半径曲线线路亦称为弯道。车辆在弯道上运行时，由于离心力作用和轮缘与轨道间的阻力作用，增加了车辆运行的困难。离心力和弯道阻力与弯道半径、车辆运行速度以及车辆轴距等因素有关。因此最小曲线半径应根据车辆运行速度和轴距大小来确定。当弯道转角小于90°时，两个轴（金属矿山大容量矿车有四