第4章-井底车场设计

第四章井底车场设计第一节窄轨线路第二节井底车场设计依据及要求第三节井底车场的类型及形式选择第四节井底车场的平面布置与坡度设计第五节井底车场通过能力第六节井底车场的硐室设计第七节井底车场设计示例第一节窄轨线路一、轨道与轨型矿井轨道由铺设在巷道底板上的道床、轨枕、钢轨和联结件等组成。矿用钢轨15、22、30、38和43kg／m等5种型号。窄轨的中心距有600、762和900mm等3种轨距。根据生产能力、运输设备、使用地点等考虑，具体可参照表4-1选用。第一节窄轨线路一、轨道与轨型表4-1钢轨型号选择使用地点运输设备钢轨型号／kg•m-1井底车场10、14t电机车307.8t电机车22运输大巷10、14t电机车15上、下山1.0t矿车11~15平巷1.5t矿车15第一节窄轨线路二、道岔1.道岔类别中华人民共和国煤炭行业标准（MT/T2-95）窄轨铁路道岔有：单开、对称、渡线、对称组合、菱形交叉和四轨套线6种。单开和渡线道岔有右向和左向之分。渡线、交叉渡线和对称组合道岔线路间距，按不同轨距和道岔类型，有1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2200和2500mm等9种。第一节窄轨线路二、道岔2.道岔表示方法（a）（b）（c）常用的道岔有:单开道岔；对称道称；渡线道岔；简易道岔。第一节窄轨线路二、道岔3.道岔选择选用道岔时应从以下几方面考虑：（1）与基本轨的轨距相适应。（2）与基本轨的轨型相适应，有时也可选用比基本轨轨型高一级的型号，但不能选低一级的型号。（3）与行驶车辆的类别相适应，多数标准道岔都能行驶电机车和矿车，少数标准道岔由于曲线半径过小（等于或小于9m）或辙叉角过大（等于或大于18°55'30），就只能允许行驶矿车。第一节窄轨线路二、道岔3.道岔选择（4）与车辆的行驶速度相适应，曲线半径越小，辙叉角越大，允许车辆行驶的速度就越小，如ZDK615-2-4、ZDK618-2-4、ZDK918-3-9等道岔，矿车的行驶速度不行超过1.5m／s。原煤炭工业部颁布的采区车场标准设计中对道岔选型所作规定如表5-2所列。第一节窄轨线路二、道岔3.道岔选择表4－2道岔选型表轨距／mm大巷及采区下部车场采区上中部车场钢轨／kg•m-1道岔钢轨／kg•m-1道岔60018~30相应轨型4号道岔15主提升相应轨型4、5号道岔。辅助提升用相应轨型的3、4号道岔90030相应轨型5道岔18辅助提升及材料车线用3、4号道岔第一节窄轨线路三、轨距与线路中心距1）轨距目前我国矿井采用的标准轨距为600mm、762mm和900mm三种，其中以600mm、和900mm轨距最为常见。1t固定式矿车、3t底卸式矿车及大巷采用胶带运输时的辅助运输矿车均采用600mm轨距；3t固定式矿车和5t底卸式矿车采用900mm轨路。第一节窄轨线路三、轨距与线路中心距2）线路中心距线路中心距是双轨线路两线距中心线之间的距离，如果以B表示矿车或机车的宽度，δ表示两车内侧的距离，则线路中心距（S）可由下式表示：S≥B+δ《规程》规定：在双轨运输巷中（包括弯道）两条铁路中心线间的距离，必须使两列对开列车最突出部分之间的距离不小于0.2m；采区装载点，不得小于0.7m；矿车摘挂钩地点，不得小于1.0m。第一节窄轨线路三、轨距与线路中心距2）线路中心距表4－3线路中心距设备类型及有关参数／mm线路中心距／mm设备类型轨距车宽直线段曲线段机车或底卸式矿车6001060130016006001200160019009001360160019001t、1.5t矿车(人力、串车运输)60088011001300600970120014001t矿车、1.5t矿车（无极绳运输）6008801200130060097012001400第一节窄轨线路四、曲线线路1.曲线半径及弯道转角圆弧的半径与车辆行驶速度、车辆轴距有关，其取值可参考表4-4。表4－4单开道岔非平行、平行线路联接运输方式曲线半径600mm轨距900mm轨距机车运输12、15或2012、20、25或30串车运输6、9或129、12或15人力辅助运输4、69第一节窄轨线路四、曲线线路1.曲线半径及弯道转角在进行曲线线路联接计算时，曲线的切线长度T和曲线段弧长K可由下式得出。式中T—切线长度，m；K—曲线段弧长，m；R—曲线半径，m；δ——巷道转角；α—单开道岔辙叉角，°；2/tanRT3.57/R/180RK第一节窄轨线路四、曲线线路1.曲线半径及弯道转角联接点参数用δ、R、T、K表示，在设计图中各参数尺寸的标注应按统一规定进行集中顺序标注，如图5-2。δ=R=T=K=R图4－2单轨线路曲线联接第一节窄轨线路四、曲线线路2.曲线线路外轨抬高和轨距加宽弯道抬高值，一般900mm轨距时在10~35mm之间；600mm轨距在5~25mm之间。运行速度越大，曲线半径越小，抬高值越大。另外曲线段轨距还应较直线段适当加宽，机车运输时，加宽值一般为10~20mm，曲线半径大时取下限；串车运输时，一般取5~10mm。第一节窄轨线路四、曲线线路2.曲线线路外轨抬高和轨距加宽外轨抬高和轨距加宽的递增（递减）距离，一般取外轨台高值的100~300倍，即外轨抬高的坡度在10~3.3‰之间。有时也可以在曲线起点开始抬高和加宽，逐渐达到规定的数值。第一节窄轨线路四、曲线线路3.曲线线路轨中心距及巷道加宽由于车辆在曲线上运行会发生外伸和内伸现象，巷道在曲线外需要加宽，机车运输的曲线巷道外侧加宽200mm，内侧加宽100mm。双轨线距，在机车运输时，线路中心距加宽值可取300mm；1t矿车串车或人力运输时，一般可取200mm。第一节窄轨线路四、曲线线路3.曲线线路轨中心距及巷道加宽双轨线路的线路中心距以及相应巷道加宽起点，也应从曲线起点以前的直线段开始，此段长度L0一般取5m，对于1t矿车串车运输取2~5m。SΔ2ΔSS1Δ21RR0LS图4-3线距中心距加宽的起点值第一节窄轨线路五、轨道线路联接1.单开道岔非平行线路联接a29MfHTnbβααδRKP基本轨起点β=δ–αT=Rtan0.5βm=α+(b+T)sinβ／sinδM=bsinα+RcosαH=M-Rcosn=H／sinδf=a+bcosα-RsinαKP=πα°R／180°第一节窄轨线路五、轨道线路联接2.单开道岔平行线路联结SaBTLbCm基本轨起点nB=S／tanαm=SsinαT=Rtan0.5βn=S／sinα-Rtan0.5αL=α+B+TC=n-bKP=πα°R／180°第一节窄轨线路五、轨道线路联接3.对称道岔线路联结基本轨起点KPbCbCTnmS/2SaBTLα/2α/2α/2α/2S/2b3B=0.5S／tan0.5αT=Rtan0.25βm=0.5S／sin0.5αb3=bcos0.5αn=m-TL=α+B+TC=n-bKP=πα°R／360°第一节窄轨线路五、轨道线路联接4.线路的平行移动AODFOmERcTLTcBSδ=β-arcsin((2R-S)cosβ／C)T=Rtan0.5δL=2Rsinδ+Ccosδm=S1／sinδ第一节窄轨线路六、纵面线路的竖曲线联接1.线路坡度概念线路两点之间的高差与其水平距离比值的千分值称为线路坡度。LABHAHBΔHγ图4-4坡度计算示意图第一节窄轨线路六、纵面线路的竖曲线联接线路坡度式中i——线路坡度，‰；γ——线路倾角，（°）；ΔH——高差，m；L——两点间斜面长度，m。当线路坡度很小时，cosγ=1，线路坡度‰0001costanLHi‰0001LHi第一节窄轨线路六、纵面线路的竖曲线联接2.矿车的阻力系数矿车在平直线上运行时的阻力为基本阻力，经过弯道或道岔所增加的阻力为矿车的附后加阻力，各项阻力都可用阻力系数表示。1）矿车基本阻力系数矿车基本阻力系数决定于矿车轴承类型、矿车自重、载重及轨道表面状态等因素，以ω’表示，见表4-6。第一节窄轨线路六、纵面线路的竖曲线联接2.矿车的阻力系数表4－6单开道岔非平行、平行线路联接矿车类型载重情况矿车的基本阻力系数ω’矿车在弯道运行阻力系数ω’+ωf单个矿车车组1t矿车空车0.00950.0110.013~0.018重车0.00750.0090.011~0.0153t矿车空车0.00750.0090.011~0.015重车0.00550.0070.008~0.012第一节窄轨线路六、纵面线路的竖曲线联接2.矿车的阻力系数2）矿车的附后加阻力系数（1）弯道附加阻力系数。矿车在弯道中运行时，除了具有基本阻力系数外，还需附加一弯道附加阻力系数ωf，ωf与弯道半径R有关，弯道R愈小，ωf愈大。弯道上运行的阻力系数见表5-6。（2）道岔的附加阻力系数。矿车经过道岔时，阻力增加，并用相应原附加阻力系数表示。具体的阻力系数可参考有关手册。第一节窄轨线路六、纵面线路的竖曲线联接3.线路坡度确定1）机车运输坡度大巷采用电机车运输时，按等阻力坡度设计，并考虑到排水的需要，通常取电机车运输的线路坡度为3‰~5‰。平巷中采用绞车串车或人力推车时，线路坡度原则上也可按等阻坡度设计，通常也取为3‰~5‰的重车下坡坡度。第一节窄轨线路六、纵面线路的竖曲线联接3.线路坡度确定2）矿车自动滚行设总重量为Q的矿车（车组），在外力作用下，瞬时初速度为vc，当自动滚行一段直线距离L后的瞬时未速度为vm，如图4-5所示。γf2f1f3vmvcQL第一节窄轨线路六、纵面线路的竖曲线联接3.线路坡度确定2）矿车自动滚行f1+f2+f3=0则因角度很小故：sinγ=tanγ=Icosγ≈1则0sin'sin222QQglvQvmCglvvimC2'22第一节窄轨线路六、纵面线路的竖曲线联接3.线路坡度确定2）矿车自动滚行已知i时a=g(i-ω’)式中a——加速度，m／s2。由上式可知，当i=ω’时，矿车等速运行，iω’时，矿车加速运行，iω’时，矿车减速运行。第二节井底车场设计依据及要求一、设计依据（1）矿井设计生产能力及工作制度（2）矿井开拓方式（3）井筒及数目（4）矿井主要运输巷道运输方式（5）矿井瓦斯等级及通风方式（6）矿井地面及井下生产系统的布置方式（7）各种硐室的有关资料（8）井底车场所处位置的地质条件、水文地质条件及矿井涌水情况。第二节井底车场设计依据及要求二、设计要求（1）井底车场富裕通过能力，应大于矿井设计生产能力的30％。（2）井底车场设计时，应考虑增产的可能性。（3）尽可能地提高井底车场的机械化水平，简化调车作业，提高井底车场通过能力。（4）在开拓方案设计阶段，应考虑井底车场的合理形式，特别要注意井筒之间的合理布置避免井筒间距过小而使井筒和巷道难于维护、地面绞车房布置困难。（5）应考虑主、副井之间施工时便于贯通。第二节井底车场设计依据及要求二、设计要求（6）在初步设计时，井底车场需考虑线路纵断面闭合，以免施工图设计时坡度补偿困难。（7）在确定井筒位置和水平标高时，要注意井底车场巷道和硐室所处的围岩情况及岩层的含水情况，井底车场巷道和硐室应选择在稳定坚硬的岩层中，应避开较大断层、强含水层、松软岩层和有煤与瓦斯突出煤层。（8）井底车场长度较大的直线巷道之间应保持一定的距离，避免相互之间的不利影响，深井中相连接的巷道必须具有不小于45°的交角。第二节井底车场设计依据及要求二、设计要求（9）对于大型矿井或高瓦斯矿井在确定井底车场型式时，应尽量减少交岔点的数量和减小跨度。（10）井底车场线路布置应结构简单，运行及操作系统安全可靠，管理使用方便理并注意节省工程量，便于施工和维护。（11）井筒与大巷距离近、入井风量大的矿井，如有条件应尽量与大巷合在一起布置井底车场，以便缩短运距、减少调车时间、减少井巷工程。（12）为了保护井底车场的巷道和硐室，在其所在处范围内应留有煤柱。第三节井底车场的类型及形式选择一、井底车场类型1.立