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采区车场设计

7采区车场设计

采区上（下）山和区段平巷或阶段大巷连接处的一组巷道和硐室称为采区车场。

采区车场按地点分为上部车场、中部车场和下部车场。

采区车场施工设计，最主要的是车场内轨道线路设计。

轨道设计必须与采区运输方式和生产能力相适应；必须保证采区调车方便、可靠；操作简单、安全；作效率和尽可能减少车场的开掘及维护工作量。

采区车场线路是由甩车场（或平车场）线路、装车站和绕道线路所组成。

在设计线路时，首先进行线路总布置，绘出草图，然后计算各线段和各联接点的尺寸，最后计算线路布置的总尺寸，作出线路布置的平、剖面图。

7.1采区车场设计依据与要求

7.1.1采区车场设计依据

7.1.1.1地质资料

采区车场设计需要的地质资料依据有：

（1）采区上（下）山附近的地质剖面图和钻孔柱状图。

（2）采区车场围岩及煤层地质资料。

（3）采区瓦斯、煤尘及水文地质资料。

（4）采区上部车场附近的煤层露头、风氧化带、防水煤岩柱及相邻煤矿巷道开采边界等资料。

7.1.1.2设计资料

进行采区车场设计需要的设计资料有：

（1）采区巷道布置及机械配备图。

（2）采区生产能力及服务年限。

（3）采区上（下）山条数及其相互关系位置和巷道断面图。

（4）轨道上（下）山提升任务，提升设备型号、主要技术特征提升最大件外形尺寸，提升一钩最多串车数。

（5）大巷运输方式、矿车类型、轨距、列车组成。

（6）采区辅助运输方式及牵引设备选型。

（7）采区上（下）山人员运送方式从设备主要技术参数。

（8）井底车场布置图及卸载站调车方式。

7.1.2采区车场设计要求

采区车场设计的要求主要有以下内容：

（1）采区车场设计必须符合国家现行的有关规程、规范的规定。

（2）采区车场应满足采区安全生产、通风、运输、排水、行人、供电及管线敷设等各方面要求。

（3）采区车场布置应紧凑合理，操作安全。

行车顺畅，效率高，工程量省，方便施工。

（4）采区车场装车设备和调车、摘钩应尽量采用机械和电气操作。

7.2采区上部车场线路设计

7.2.1采区上部车场概述

7.2.1.1采区上部车场形式

采区上部车场基本形式有平车场、甩车场和转盘车场三类。

上部平车场又分为顺向平车场和逆向平车场。

本节主要介绍上部平车场，其基本形式见表7－1。

表7－1采区上部平车场基本形式

项目

顺向平车场

逆向平车场

图示

图注

1－总回风巷；2－轨道上山；3－运输上山；4－绞车房；5－阻车器；6－回风巷；K－变坡点

优缺点

车辆运输顺当；调车方便；回风巷短；通过能力较大；车场巷道断面大

摘挂钩操作方便安全；车辆需反向运行；时间长；运输能力较小

适用条件

绞车房位置选择受到限制时或绞车房距总回风巷较近时采用

煤层群联合布置的采区，具有采区回风石门与煤层小阶段平巷相连时采用；运输量小；可用小于8°的甩车场代替

采区上部平车场多用于采区上部是采空区或为松软的风化带，或在煤层群联合布置时，回风石门较长，为便于与回风石门联系时亦可采用。

若轨道上山位于煤层时中，为减少岩石工程量，可采用甩车场，甩车场的线路设计见8.3节采区中部车场设计。

7.2.1.2采区上部车场线路布置和线路坡度

（1）上部车场线路布置

①采区上部车场的线路布置可采取单道变坡方式。

当采区生产能力大，采区上山作主提升、下山采区的上部车场和接力车场的第二车场运输量大，车辆来往频繁时，也可采取双道变坡的线路布置方式。

②采区上部平车场曲线半径和道岔应按表7－2的规定选择。

表7－2上部车场曲线半径和道岔选择

名称

非综采采区

综采采区

曲线半径

／m

平曲线

6~12

12~20

竖曲线

9~15

道岔

根据提升量大小选用4号或5号道岔

③采区上部甩车场曲线半径和道岔可参照中部车场选择。

④存车线有效长度。

采区上部车场进、出车采用小型电机车牵引时存车线为1列车长；其他牵引方式为2钩串车长。

下山采区上部车场为l列车长加5m；年生产能力在0.9Mt及以上的综采采区上部车场为1.5列车长。

（2）上部平车场线路坡度

①上部平车场线路坡度确定。

单道变坡和不设高低道的双道变坡轨道坡度应以3~5‰向绞车房方向下坡；上山采区上部车场水沟坡度以3~4‰向上山方向下坡；下山采区上部车场以3~5‰向运输大巷方向下坡。

②设高低道的双道变坡轨道坡度。

高道坡度为9~11‰；低道坡度为7‰；高、低道最大高差不宜大干0.6m。

7.2.2上部车场线路计算

单道变坡采区上部平车场的线路尺寸见表7－3，双道变坡平车场的参数与表7－3基本相同，若设高低道，可根据有关规定结合具体设计条件进行设计。

变坡点与采区绞车房的关系主要决定于上山绞车允许的偏角（1°13′），提升过卷距离和串车总长。

变坡点至采区绞车房外壁最小距离根据绞车的型号而有不同，一般在12~35m间。

7.2.3采区上部车场线路设计示例

已知：

轨道上山倾角为20°。

，轨道上山设在煤层底板岩石内，轨道上山轨面至巷道顶板高2510，轨道上山顶板至煤层底板的法线距离为10m，轨道上山与回风石门轨中心线间距为18m，轨道巷轨中心线距总回风巷轨中心线50m，轨道巷轨中心至巷道上帮间距为1150m。

轨道上山作辅助提升用，一次提升1t矿车3辆，采区内由轨道上山进风，要求设计逆向平车场。

设计思路为先作出线路布置草图，并把要计算的各部分标以符号，如图7－1所示。

7.2.4.1选用道岔及有关参数

（1）车场错车线选用简易道岔，α=17°，b=2510，其他道岔选用ZDK615-2-4，α=28°04′20″，a=1648，b=1851。

存车线轨中心距S=1200；

（2）曲线半径R=6000，竖曲线半径R1=12000；

（3）过卷安全距离A=5000m，停车线长B=5000，安装阻车器长d=200（以下非经注明，长度单位均为mm）。

7.2.4.2线路计算

（1）轨道上山平层面交线至绞车房的距离

表7－3采区上部平车场基本形式

名

称

顺向平车场

逆向平车场

单轨

双轨

单轨

双轨

图

示

剖

面

图注

A′－平曲线起点至绞车房外壁距离，m；

B－一钩串车长，m；

Rp－竖曲线半径，m；

LK－单开道岔平行线路连接长，m；

m1－单开道岔单轨垂直线路连接尺寸，m；

m2－单开道岔双轨垂直线路连接尺寸，m；

S－双轨轨道中心距，m；

A－过卷距离，m；

T－竖曲线切线长，m；

RS－平曲线半径，m；

K－变坡点；

β－上山角度，（°）；

d’－变坡点至阻车器挡面间距，m；

LAK－变坡点到采区绞车房外壁距离，m；

d－反向曲线之间插入的直线段，m

A′

10~30m

10~30m

A

5m

5m

5~10m

5~10m

B

一钩串车长

一钩串车长

一钩串车长

一钩串车长

T

Rp

非综采采区6~12m，综采采区12~20m

RS

非综采采区9~15m，综采采区12~20m

LK

d’

1.5~2.0m

m1

m2

LAK

d’+B+A+A’

d’+LK+B+A+A’

m1+B+A

m2+B+A

图7－1逆向平车车场计算草图

1－轨道中心线；2－回风石门；3－区段回风平巷；4－总回风巷；5－煤层底板；6－平层面交线

T'=R1tan0.5β=12000×tan20°/2=2116

L=A+B+a+b+d+T'

=5000+5000+1648+1851+2000+2116

=15615

（2）绕道各段长度

①绕道斜长取绕道转角δ等于道岔角。

L'=L1/sinδ=18000/sin28°04′20″=38251

②单开道岔平行线路联接尺寸

Lk=a+Scotα+Rtanα/2

=1500+1200×cot17°+9000×tan17°/2

=6386

③存车线长度按2钩车长取Lh=10000

④插入线段c的长度

c=L1'－（2b+2Lk+Lh）

=38251－（2×1851+2×6386+10000）=11777

（3）回风石门各段长度。

①平后面交纹至轨道巷执中水平距离

l=（h0+H1）/sinβ+1150

=（10000+2510）/sin20°=27727

②回风石门插入线长度

n=bsinα+Rcosα=1851×sin28°04′20″+6000×cos28°04′20″

=6165

l1=l+T'+d+b－（L1cotδ+a+n）

=3777+2116+2000+1851－（18000×cot28°04′20″+1648+6165）

=2131

l2=L2－3n－a－l1=50000-3×6165－1648－2131=33891

根据计算结果绘制平车场平、剖面图，如图7－2所示。

图7－2逆向平车场线路设计图

7.3采区中部车场线路设计

7.3.1采区中部车场形式

7.3.1.1采区中部车场基本形式

采区中部车场基本形式有甩车场、吊桥式车场和甩车道吊桥式车场三类。

吊桥式车场和甩车道吊桥式车场适用于上（下）山倾角大于25°的情况，本节主要介绍甩车场，其基本形式见表7－4。

7.3.1.2采区中部车场线路布置

（1）甩车场的线路布置分单道起坡和双道起坡两种，一般情况下，宜采用双道起坡。

（2）双道起坡甩车场的道岔布置，可采用甩车道岔和分车道岔直接相连接。

（3）甩车场平、竖曲线位置有以下三种布置方式，一般情况下宜采用前两种布置方式：

①先转弯后变平，即先在斜面上进行平行线路联接，再接竖曲线变平。

平、竖曲线间应插入不少于矿车轴距1.5~2.0倍的直线段，起坡点在联接点曲线之后。

②先变平后转弯，即在分车道岔后直接布置竖曲线变平，然后再在平面上进行线路联接，起坡点在联接点曲线之前。

表7－4采区中部甩车场基本形式

项目

单侧甩车场

双侧甩车场

图

示

图注

1－轨道上山；2－运输上山；3－轨道中间巷；KG－高道起坡点；KD－低道起坡点；

K－变坡点

优缺

点

提甩车时间短，操作劳动强度小，矿车能自溜，提升能力大；甩车道处易磨钢丝绳

两翼分别甩车，调车方便，搬道岔劳动量小；推车劳动量大；易磨钢丝绳，两翼人员来往困难，工程量大

适用条件

上山倾角小于25°采区甩车场

上山倾角小于25°采区甩车场，阶段两翼开采不同标高

③边转弯边变平，平、竖曲线部分重合布置。

单、双道起坡甩车场斜面线路布置方式见表7－5。

7.3.2甩车场设计主要参数的选择

7.3.2.1甩车场提升牵引长度角

甩车场的提升牵引角φ（矿车上提时，钩头车的运行方向与提升钢丝绳的牵引方向间的夹角（如图7－4所示）不应大于20°，以10~15°为宜。

可采用下列方法减少场提升牵引角：

（1）采用小角度道岔（4号、5号）。

（2）单道变坡二次回转层面角δ或双道变坡二次回转层面角（α1＋α2）不大于30°。

（3）双道变坡方式的甩车道岔与分车道岔直接相连接。

（4）没置立滚。

即在上山底板直埋一根钢管，管上套一个长滚轮构成。

7.3.2.2道岔

甩车场的道岔型号可按表7－6选择。

表7－5甩车场斜面线路布置方式

起坡点

图示

图注

优缺点

适用条件

单道起坡

回转方式

一次回转方式

1－甩车道岔；

2－分车道岔；

RP－斜面曲线半径；

α1－斜面一次回转角（甩车道岔角）；

α2－斜面转角（分车道岔角）；

γ－斜面转角；

K－起坡点（落平点）；

A－竖曲线起点；

RP1－平曲线半径；

RP2－平曲线半径；

KG－高道起坡点（高道落平点）；

KD－低道起坡点（低道落平点）；

AG－高道竖曲线起点；

AD－低道竖曲线起点；

δ－二次回转角；

提升牵引角，交岔点巷道断面小，易于维护；空重倒车时间长，推车劳动强度大；动量小

围岩条件好，提升量小的采区车场

二次回转方式

交岔点短，工程量小，易于维护；提升牵引角大，不利于操车，调车时间长，推车劳动量大

围岩条件差，提升量小的采区车场

双

道

起

坡

道岔

|

道岔系统

分车道岔向内分岔斜面线路一次回转方式

提升牵引角小，钢丝绳磨损小，提升能力大；交岔点长、断面大

围岩条件好，提升量大的采区车场

分

车

道

岔

向

外

分

岔

斜

面

一次回转方式

提升牵引角小，钢丝绳磨损小，操车方便，斜面线路短，有利于减少提升时间；交岔点长，对开凿维护不利

围岩条件好，提升量大的采区车场，是目前广泛采用的道岔布置形式之一

二次回转方式

提升能力大，交岔点短，空间大，便于操作，提升牵引角较小

围岩条件差，提升量大的采区车场，是目前广泛采用的道岔布置形式之一

斜面线路先变平后转弯方式

提升牵引角小，线路布置紧凑，提升时间短；交岔点断面大，施工维护不利

围岩条件好，提升量大的采区车场，由于交岔点及落平段断面太大，很少采用

表7－6甩车场道岔选择

道岔名称

主提升

辅助提升

甩车道岔

5号

4号或5号

分车道岔

4号或5号

4号

末端道岔

4号或5号

4号

7.3.2.3平、竖曲线

（1）平曲线半径RP取决于轨距、矿车轴距及行车速度。

（2）竖曲线半径RS是甩车场中十分重要的一个参数。

该值过大会增加甩车场竖曲线弧长，延长提升时间；若取值过小，会使矿车在联接处车轮悬空而掉道或将运送的长料搁置于轨道上。

平、竖曲线的半径取值可参照表7－7。

表7－7平竖曲线的选择

调车方式

平曲线半径／m

竖曲线半径／m

600轨距

900轨距

矿车类型

半径

机械调车

9、12、15、20

12、15、20

1.0t、1.5t矿车

9、12、15、20

人力推车

6、9、12、15

9、12、15

3.0t矿车

12、15、20

7.3.2.4甩车场线路的坡度

甩车场空重车线的坡度与矿车型式、铺轨质量、车场弯道及自动滑行要求等因素有关。

（1）设高低道的甩车场空重线坡度应按表7－8选取。

表7－8甩车场空重车线坡度

矿车类型

线路形式

空车线iG

重车线iG

1.0t、1.5t矿车

直线

7~12

5~10

曲线

11~18

9~15

3.0t矿车

直线

6~9

5~7

曲线

10~15

8~12

设计中为了计算方便，空、重车线中的直线和曲线段可采用平均坡度计算高低道的最大高差ΔH。

一般空车线iG=11‰，重车线iG=9‰。

然后在存车线高低道闭合点标高计算中进行部分调整。

（2）不设高、低道的甩车场坡度，应采用3~4‰向上（下）山方向下坡。

7.3.2.5甩车场的存车线

甩车场存车线有效长度可按表7－9选取。

7.3.2.6甩车场的高低道

（1）高、低道最大高差ΔH

双道起坡甩车场由空重车线两个相反的坡度而形成高低道。

高低道标高差在竖曲线起坡点（KG、KD）近达最大值ΔH。

表7－9存车线有效长度的选择

中间轨道巷牵引方式

主提升

辅助提升

小型电机车

1.5列车

1.0列车、0.9Mt/a以上为1.5列车

小绞车

3~4钩中巷串车

2~3钩中巷串车

无极绳

3~4钩上山串车

2~3钩中巷串车

人推车

3~4钩上山串车

2~3钩中巷串车

（7－1）

式中iG、iG——高、低道坡度，‰；

LZG、LZD——高、低道存车线有效长度，m。

在采区中部甩车场设计中，一般ΔH为0.5m左右，设计规范规定最大高差不大于0.8m。

（2）高、低道竖曲线起点错距L2

为了操作方便安全，空重车线高低道竖曲线最好是一点起坡（落平），使摘挂钩点之间没有前后错距，或者高道起坡点适当超前低道起坡点一定错距L2。

一般为1.5m左右，设计规范规定最大错距不应大于2.0m。

在甩车场高、低道竖曲线设计应采取以下两种方法实现一点起坡（落平）的要求：

①以自然高差Δh作为高低道的最大高差（Δh=ΔH），高低道竖曲线采用相同半径（RG=RD）。

该方法适于存车线长度小，高低道高差要求不大的甩车场。

②高道竖曲线采用大半径，使高道竖曲线切线长度满足以下条件：

一次回转方式

（7－2）

二次回转方式

（7－3）

该方法适于高低道高差大，上山倾角β＞12°的甩车场。

对于小于12°的轨道上山，高低道高差要求在0.5m以下时，用高道竖曲线大半径的方法，使高低道竖曲线起坡点错距L2达到限定值以内。

（3）高、低道线路中心距

高、低道线路中心距S可按表7－10选取。

表7－10高、低道线路中心距

矿车类型

600轨距

900轨距

1.0t矿车

1900

2200

1.5t矿车

2100

7.3.3单道起坡甩车场

所谓单道起坡，即在斜面上只布置单轨线路，到平面后根据实际需要布置平面线路。

如图7－3（a）所示。

从上山道利用道岔分出一股线路，道岔岔线后接一段曲线（或不接），这些线路铺设在斜面上，叫做斜面上的线路。

C点以下为平面上的线路。

A点到C点之间的线路，是从斜面到平面的过渡线路，即竖曲线。

竖曲线的末端C叫作起坡点，即平面线路由此向斜面上起坡。

由此可知，甩车场线路系统是一个“立体结构”，既包括斜面上的线路，又包括平面上的线路和竖曲线。

图7－3单道起坡系统

根据斜面线路是否设置斜面曲线，单道起坡甩车场斜面线路有两种布置方式。

表14－7中

（1）为斜面一次回转方式。

甩车道岔岔线末端可直接与竖曲线AC相接。

由于斜面线路不设斜面曲线，线路只经过一次角度回转，故称为线路一次回转方式。

回转角度即为道岔的辙叉角α。

斜面线路一次回转后，道岔岔线OA的倾角为伪倾斜角，称为一次伪倾斜角，竖曲线在一次伪倾斜角上起起。

表14－7中

（2）及图7－3为斜面线路二次回转方式。

线路系统是从道岔岔线b段（OD）接以斜面曲线DA，使线路的斜面回转角由一次回转角，进一步增大到二次回转后的β'角，在斜面曲线末端开始布置竖曲线AC，竖曲线是在二次伪倾斜角β"上起坡。

布置斜面曲线的目的是为减少甩车场斜面交岔点的长度，以利交岔点的开掘和维护，并便于采用简易交岔点。

但是斜面曲线转角γ不宜过大，以免加大矿车提升牵引角θ。

提升牵引角是矿车行进方向N和钢丝绳牵引方向（通过立滚）P的夹角，如图7－3（b）所示。

由于有了此角，必然产生横向分力F，角度越大，横向分力也越大，运输可靠性也越差，故在设计时，一般控制斜面线路二次回转后δ角的水平投影角δ为30~35°。

控制其水平投影角为上述整数值，是为了简化平面线路设计，以便于作平面图。

为了绘出设计图纸，必须计算线路系统在平面上的尺寸和纵剖面图上甩车场的坡度和各　标高。

平面图上标注尺寸时，仍可标注斜面真实尺寸，但需用括号括起来。

单道起坡甩车场斜面线路二次回转方式各项参数见图7－3（a、c）、图7－4及表7－11。

表7－11单道起坡系统甩车场斜面线路参数计算

项目

计算公式

符号含义

斜

面

线

路

二次层面回转角

一次平面回转角

δ=arctan（cosβ•cosδ'）

α'=arctan（tanα/cosβ）

a、b－道岔外形尺寸；

α－道岔角；

β－轨道上山倾角；

δ'－斜面线路二次回转角的水平投影角；

R－斜面曲线半径；

R1－竖曲线半径

竖曲线在一次伪角上起坡，各参数计算时以β'代β"

二次伪倾斜角

一次伪倾斜角

β"=arcsin（sinsβ•cosδ）

β'=arcsin（sinsβ•cosα）

线路联结点轮廓尺寸

斜面

曲线

转角

切线

弧长

γ=δ－α

T=Rtan0.5γ

KP=πγ°R／180°

竖

曲

线

竖曲线切线

竖曲线起终点高差

竖曲线水平投影

竖曲线弧长

T'=R1•tan0.5β"

h=R1（1－cosβ"）

l'=R1•sinβ"

KP=πγα°R／180°

一般竖曲线和斜面曲线是分开布置的，即竖曲线在斜面曲线之后，二者不重合。

线路联接系统平面图上各部分尺寸计算出来之后，还必须计算甩车场纵面图上各段的坡度和各控制点的标高。

高O点标高±0，则各点标高为

D点：

hD=－hO－D=－b•sinβ•cosα

E点：

hE=－（hD+hD－E）=－（hD+T•sinβ•cosα）

A点：

hA=－（hE+hE－A）=－（hE+T•sinβ•cosα）

C点：

hC=－（hA+hA－C）=－（hA+T'•sinβ•cosα）

计算完毕后，可绘制线距纵面变化图，即线路坡度图，如图7－4所示。

图7－4线路纵断面变化图

若已知坡坡点C的标高，也可反算出道岔岔心的标高。

7.3.4双道起坡甩车场

双道起坡的实质是在斜面上设两个道岔（甩车道岔和分车道岔）使线路在斜面上变为双轨，空、重线分别设置竖曲线起坡。

7.3.4.1双道起坡甩车场斜面线路布置

按双道起坡甩车场斜面线路布置不同，可有斜面线路一次回转、二次回转两种形式。

图7－5为斜面线路一次回转，其斜面回转我即为道岔角，提升牵引角小，提车甩车均较方便。

线路一次回转时，斜面尺寸计算比较简单。

计算LK值，LK值为单开道岔平行线路联接点长度。

LK=α2+S•cotα2+R•0.5α2（7－4）

式中S——两线路中心距，mm；

α2——道岔角，对于辅助提升，一般可用4号道岔；

R——联接系统的曲线半径。

为了线路布置及行车方便，高道竖曲线可紧接在单开道岔平行线路联接系统之后布置，即竖曲线与斜曲线不重合。

图中A－G，A'－C'分别为高道、低道竖曲线平面投影长度，L1为两竖曲线上端点间距（沿斜面）；L2为两竖曲线起点间距，H为两坡点高差。

双道起坡甩车场斜面线路二次回转方式如图7－6所示。

其特点是第二道岔的主线接曲线，而岔线接直线，因而增加了回转角，除提升牵引角稍有增大外，优点比较突出；既有利于交叉点的维护，又不致拉长摘挂钩点至交叉点处的距离，线路布置仍较紧凑；由于甩车速度一般较快，提升速度开始较慢，所以提车线起弯道，甩车线走直道，矿车运输比较可靠。

因此被广泛采用。

图7－6中低道竖曲线紧接在单开道岔之后布置，而高道竖曲线已进行其联接点之内，线路布置紧凑，但竖曲线不能进入道岔。

图7－5双道起坡甩车场斜面线路一次回转方式

a－平面图；b－纵面线路坡度图

两种方式选