矿井井底车场设计方案.doc
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1、 武汉理工大网络教育学院 武汉理工大网络教育学院采矿工程毕业设计(论文) 学号:091027283072矿井井底车场设计方案学生姓名:高明亮 层 次:大 专 专业班级:09秋季 指导教师:郭晓峰 武汉理工大学太原函授站武汉理工大学太原学习中心矿井井底车场设计方案1 窄轨线路1.1 轨道与轨型窄轨轨道运输是矿井运输的主要方式。矿井轨道由铺设在巷道底板上的道床、轨枕、钢轨与联结件等组成。钢轨的型号,简称轨型,是以每米长度的重量(kgm)表示。矿用钢轨有15、22、30、38与43 kgm等5种型号。窄轨铁路的中心距有600、762与900 mm等3种轨距。使用时应根据生产能力、运输设备、使用地点等
2、考虑,具体可参照表51选用。表51 钢轨型号选择使用地点运输设备钢轨型号kgm-1井底车场10、14 t电机车307.8 t电机车22运输大巷10、14 t电机车15上、下山1.0 t矿车11 15平 巷1.5 t矿车151.2 道岔1.2.1 道岔类别中华人民共与国煤炭行业标准(MTT295)窄轨铁路道岔有单开、对称、渡线、对称组合、菱形交叉与四轨套线7种。单开与渡线道岔有右向与左向之分(在平图上分线路沿顺时针方向分出时为右向);沿逆时针方向分出时为左向)。各种道岔按不同类型分别有2号、3号、4号、5号、6号、7号、8号与10号8种辙叉号数。不同的辙叉号数配备了4、6、9、12、15、20、
3、25、30、40、50、70 m等11种曲线半径;渡线、交叉渡线与对称组合道岔的线路间距,按不同轨距与道岔类型,配有1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2200与2500 mm等9种。1.2.2 道岔表示方法常用的道岔有单开道岔、对称道称、渡线道岔与简易道岔等。在线路平面图中,岔道通常以单线表示,如图51所示,道岔的主线与岔线的线路用粗线绘出。单线表示此图虽不能表明道岔的结构及布置的实际图形,但能表明与线路设计有关的道岔参数,如道岔的外形尺寸(a、b)及辙叉角()等,从而简化了设计工作。1.2.3 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
4、应。(2)与基本轨的轨型相适应,有时也可与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与矿车,少数标准道岔由于曲线半径过小(等于或小于9 m)或辙叉角过大(等于或大于185530),就只能允许行驶矿车,如ZDK615-2-4、ZDK618-2-6。(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1.5 ms。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52所列。表52 道岔选型表轨距mm大
5、巷及采区下部车场采区上中部车场钢轨kgm-1道 岔钢轨kgm-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号道岔根据所采用的轨道类型、轨距、曲线半径、电机车类型、行车速度、行车密度、车辆运行方向、车辆集中控制程度及方式的要求,可选择电动、弹簧或手动的各种型号道岔。1.3 轨距与线路中心距轨距是指单轨线路上两条钢轨轨头内缘之间的距离。目前我国矿井采用的标准轨距为600 mm、762 mm与900 mm三种,其中以600 mm、与900 mm轨距最为常见。1 t固定式矿车、3 t底卸式
6、矿车及大巷采用胶带运输时的辅助运输矿车均采用600 mm轨距;3 t固定式矿车与5 t底卸式矿车均采用900 mm轨路。为了线路设计方便,设计图中线路都采用单线表示,即两根轨道的中心线作为线路标志。单轨线路用单线表示,双轨线路用双线表示。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,表示两车内侧的距离,则线路中心距(S)可由下式表示:S B + (51)煤矿安全规程规定: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0.2 m;在采区装载点,两列车车体的最突出部分之间的距离,不得小于0.7 m;在矿车摘挂钩点地点,两列
7、列车车体最突出部分之间的距离,不得小于1.0 m。为了设计与施工方便,双轨线路有1 200 mm、1 300mm、1 400mm、1 600mm与1 900mm等几中标准中心距。一般情况下不选用非标准值。但在双轨曲线巷道(即弯道)中,由于车辆运行时发生外伸与内伸现象,线路中心距一般比直线巷道还加宽一定数值,其值选取可参考表53。表53 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6001 0601 3001 6006001 2001 6001 9009001 3601 6001 9001 t矿车、1.5 t矿车(人力、串车运输)6008801
8、1001 3006009701 2001 4001 t矿车、1.5 t矿车(无极绳运输)6008801 2001 3006009701 2001 4001.4 线路构成与联接1.5 曲线线路5.1.5.1 曲线半径及弯道转角矿井轨道线路中,采用的曲线均为一段圆弧。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54。表54 单开道岔非平行、平行线路联接运输方式曲线半径600 mm轨距900 mm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、691.5.2 曲线线路外轨抬高与轨距加宽车辆在弯道上运行时,应将曲线外轨抬高一个值,该值大小与
9、曲线半径、轨距及车辆运行速度有关。一般900 mm轨距时在10 35 mm之间;600 mm轨距在5 25 mm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 20 mm,曲线半径大时取下限;串车运输时,一般取5 10 mm。为了适应外轨抬高与轨距宽,在曲线与直线线路联接时,从直线段某一点开始,同时逐步进行抬高与加宽,到曲线起点外,使抬高与加宽值正好达到规定的数值,这段直线距离称为外轨抬高与轨距加宽的递增(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与加宽,逐渐达
10、到规定的数值。1.5.3 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与内伸现象,巷道在曲线外需要加宽,机车运输的曲线巷道外侧加宽200 mm,内侧加宽100 mm。双轨线距,在机车运输时,线路中心距加宽值可取300 mm;1 t矿车串车或人力运输时,一般可取200 mm。双轨线路的线路中心距以及相应巷道加宽的起点,也应从曲线起点以前的直线段开始,为使线路铺设及车辆运行方便,对于机车运输,此段长度L0一般取5 m(如图53所示),对于1 t矿车串车运输取2 5 m。图53 双轨曲线线距中心距加宽的起点值对比较次要的巷道,车辆运行很少时,有时也可以不加宽中心距。直线与曲线之间的过渡均
11、以直线绘出,但在施工时应把线段稍加工成异向曲线,以便行车。1.6 轨道线路联接轨道线路的联接有单开道岔非平行线路联接、单开道岔平行线路联结、对称道岔线路联结、线路平移等方式,其图示及计算公式见表55。表55 单开道岔非平行、平行线路联接名称图 示计算公式单开道岔非平行线路联接 = T = Rtan0.5m = +(b+T)sinsinM = bsin+RcosH = M-Rcosn = Hsinf = a+bcos-RsinKP = R180单开道岔平行线路联接B = Stanm = SsinT = Rtan0.5n = Ssin-Rtan0.5L = +B+TC = n-bKP = R180
12、对称道岔线路联接B = 0.5Stan0.5T = Rtan0.25m = 0.5Ssin0.5b3 = b cos0.5n = m-TL = +B+TC = n-bKP = R360线路的平行移动 = -arcsin(2R-S)cosC)T = Rtan0.5L =2Rsin+Ccosm = S1sin1.7 纵面线路的竖曲线联接1.7.1 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。如图54所示,AB为一直线段,长度为L,设A点标高为HA,B点标高为HB,两面点高差为H,则H=HB-HA。图54 坡度计算示意图线路坡度(54)式中i 线路坡度,; 线路倾角,();H
13、 高差,m;L 两点间斜面长度,m。当线路坡度很小时,cos = 1,线路坡度(55)1.7.2 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,以表示,见表56。表56 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矿车在弯道运行的阻力系数+f单个矿车车 组1 t矿车空 车0.009 50.0110.013 0.018重 车0.007 50.0090.011 0.0153 t矿车空 车0.00 7 50.0
14、090.011 0.015重 车0.005 50.0070.008 0.012由于矿车的新旧程度、铺轨质量、线路维护、线路结构、矿井温度与湿度等因素的影响,经常发生变化,选用时可根据具体情况进行调整,或根据实测确定。(2)矿车的附后加阻力系数弯道附加阻力系数。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f,f与弯道半径R有关,弯道R愈小,f愈大。矿车在弯道上运行的阻力系数见表56。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。1.7.1 线路坡度确定。(1)机车运输坡度大巷采用电机车运输时,线路坡度应使重列车下
15、行与空列车上行的阻力相等,以充分发挥电机车效能,即应按等阻力坡度设计。此外尚应考虑排水要求,若排水要求更大的坡度,应满足排水需要,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。(2)矿车自动滚行在采区车场线路设计中,有时车辆运行采用自动滚行,线路坡度较大。设总重量为Q的矿车(车组),在外力作用下(如机车在行进中摘钩、静止矿车受推动等),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55所示。图55 矿车在斜面上自动滚行 f1 + f2 + f3 = 0则因角度很小,故sin = tan
16、 = icos 1则(56)已知i时a = g ( i - ) (57)式中a 加速度,ms2。由上式可知,当i = 时,矿车等速运行,i 时,矿车加速运行,i 时,矿车减速运行。2 井底车场设计依据及要求2.1 设计依据(1)矿井设计生产能力及工作制度年产量、日产量。年工作日数、日工作班数、生产班数,班生产小时数。(2)矿井开拓方式各井筒的位置、形式及相互关系,大巷、主石门与井筒的关系,车场附近大巷方位角。各冀大巷来煤情况(煤种及数量,产量波动值,分采分运的要求)。矿井水平数及水平高程,同时生产水平数及产量分布。(3)井筒及数目井筒的用途及平、断面布置(斜井的倾角及铺轨的轨型)。提升容器的类
17、型、特性、规格及有关尺寸。主提升的装载方式。斜井每次提升的矿车数。(4)矿井主要运输巷道运输方式运输方式及其设备(电机车、矿车、带式输送机)规特征。通过设备的最大外缘尺寸。列车组成,矿车的连接方式。矸石运出量及处理方式。坑木及其他材料数量。掘进煤的处理方式,当采用底纵卸式、底侧卸式矿车时,在采区处理还是集中到井底车场用翻车机处理,要通过比较确定。井下人员的运送方式。(5)矿井瓦斯等级及通风方式矿井瓦斯等级及瓦斯涌出量。井筒的进(出)风量。各翼的配风情况。井底车场各巷道通过的风量。(6)矿井地面及井下生产系统的布置方式罐笼井筒与井底车场连接处的操车系统(距离、线路的平面布置及坡度)。翻车机(卸载
18、站)能力、煤仓容量。翻车机或卸载站至井筒装载设备的距离。井筒卸载设备与地面生产系统的关系。(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。围岩性质、围岩的分层厚度及其倾角,有无泥化膨胀现象,坚固性、整体性与稳定性,以及邻近类似矿井井底车场巷道的支护情况。水文地质情况(岩层含水性、透水性与渗透性)。矿井正常涌水量、矿井最大涌水量。各翼来水情况(涌水、充填水、灌浆水等)。2.2 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。当有带式输送机与矿车两种运煤设备向一个井底车场运煤时,矿车运输部分井底车场富裕通过能力,应大于矿车运输部分设计生产能力
19、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与巷道难于维护、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。(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)在确定井筒位置与水平标高时,要注意井底车场巷道与硐室所处的围岩情况及岩层的含水情况,井底车场巷道与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、松软岩层与有煤与瓦斯突出煤层。如为不稳定岩层时,则井底
20、车场主要巷道应按正交于岩层走向,并且与岩层主节理组的扩展方向呈30 70的交角的条件设计。在此情况下,巷道与井筒相接的马头门应布置在较为稳定的岩层内。(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。(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与减小跨度。(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,便于施工与维护。(11)井筒与大巷距离近、入井风量大的矿井,如果有条件应尽量与大巷结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。(
21、12)为了保护井底车场的巷道与硐室,在其所在处范围内应留有煤柱。3 井底车场的类型及形式选择3.1 井底车场类型3.1.1 立井井底车场的类型立井井底车场的基本类型见表57。表内所列井底车场形式为常见的基本型,在设计中由于各种条件的影响还有混合式车场,如主井折返式、副井环形式的井底车场。表57 立井井底车场的基本类型类 型图 示结构特点优 缺 点适用条件环形式立式存车线与回车线与主要运输大巷垂直;主、副井距主要运输大巷较远,有足够的长度布置存车线。空、重车线基本位于直线上;有专用的回车线;调车作业方便;可两翼进车;弯道顶车;工程量大。0.90 1.50 Mta的矿井;刀型车场适用于0.60 M
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