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矿井道岔线路连接
第二章铁路道岔线路连接
第一节窄轨铁路
一、轨道与轨型
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、钢轨和
联结件等组成。
钢轨的型号称为轨型,以每米长度的质量(kg/m)表示。
矿用钢轨有15、22、30、38和43kg/m等5种型号。
窄轨铁路的中心距有600mm、762mm和900mm等3种轨距。
使用时应根据生产能力、运输设备、使用地点参照表2—1选用。
表2—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
10t、14t电机车
30
7t、8t电机车
22
运输大巷
10t、14t电机车
22
上、下山
1.0t矿车
15〜18
平巷
1.5t矿车
15〜18
二、道岔
道岔是使车辆由一条路上转到另一条路上的装置,道岔结构如图2—1所示。
它由尖轨、
辙叉、转换器、道岔曲轨、护轮轨和基本轨组成。
1――尖轨;2――辙叉;3――转换器;4――道岔曲轨;5――护轮轨;6――基本轨
图2—1道岔结构
1.类型
煤矿常用的道岔有单开、对称、渡线3类型的道岔,见图2—2。
单开和渡线道岔又有
右和左向之分(在平面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又分别有2号、3号、4号、5号、6号、7号、8号、和10号8
种辙叉号数。
不同的辙叉号数配备了4m、6m、9m、12m、15m、20m、25m、30m、40m、
50m、70m等11种曲线半径。
渡线道岔、交叉渡线道岔的线路间距,按不同轨距和道岔类
型,配有1300mm、1400mm、1500mm、1600mm、1700mm、1800mm、1900mm、2200mm和2500mm等9种。
2.窄轨铁路道岔型号组成说明
在平面线路中,道岔通常用单线表示,如图2—2所示。
道岔的主线与岔线的线路用粗
线绘出。
单线表示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。
(a)(b)
(c)
(a)单开道岔(b)对称道岔(c)过渡道岔
图2—2道岔的类别及单线表示图
3.道岔的表示法
矿井常用道岔有单开道岔、对称道岔、渡线道岔三种(新的标准:
MT/T2—95)共有7
个系列。
600轨距有615、622、630、643;900轨距的有915、930、938。
道岔曲轨的曲率半径单位为m曲率系列值为6、9、12、15、20、25、40、40。
道岔符号含义如图2—3所
示。
⑴DKDC和DX分别为“单开”、“对称”、“渡线”道岔的代号。
⑵622、930数列中的“6”和“9”分别代表600mm和900mm轨距;“22”、“30”分别代表轨型。
⑶道岔名称中的第二段数字,即两短横线间的数字为辙叉号码(M)。
道岔号与辙叉角的
关系见表2—1。
⑷符号中的尾数。
单开道岔和对称道岔的尾数代表道岔曲轨的曲线半径,单位是m;渡
线道岔的尾数中,前两位代表曲线半径,单位是m;后两位代表轨中心距,单位是dm。
⑸单开道岔和渡线道岔有左向和右向之别。
左向道岔应在尾数加“(左)”字。
例如,
DX630—4—12—16(左)表示轨距60mm轨型30kg/m,4号道岔,曲线半径12m,双轨中心距1600mm的左向渡线道岔。
(单开*对称道岔)
(渡线道岔)
軌中心距,单位为;dmD
图2—3道岔型号的含义
表2—2道岔号与辙叉角的关系
道岔号数M
2
3
4
5
撤叉角
263354
182606
140210
111836
道岔号M
6
7
8
10
撤叉角
92744
80748
70730
54238
二、道岔的选用
选用道岔应从以下几个方面考虑:
⑴选用道岔应与基本轨的轨距相适应,也可以选用比基本轨高一级的型号,但不能选低
一级的型号。
⑵与车辆类型相适应。
对于曲线半径过小(等于或小于9m)或辙叉角过大(等于或大
于18°26'06"),就只能行驶矿车,如2号道岔和3号道岔。
⑶与车辆的行驶速度相适应。
曲线半径越小、辙叉角越大,允许车辆行驶速度越小。
如
DK615—2—4,DK622-2—4,DK922-3—9等道岔,其上矿车的行驶速度不得超过1.5m/s。
一般当采用600mm轨距时,大巷和采区下部车场应选用22〜30kg/m的钢轨和相应轨
型的4号或5号道岔,采区上、中部车场可选用18kg/m〜22kg/m的钢轨和相应轨型的4号
或5号道岔。
道岔曲线半径与车辆行驶速度的关系见表2—3。
表2—3道岔曲线半径与车辆运行速度的关系表
道岔曲线半径
>车辆轴距的倍数
允许行车速度
备注
7
VW1.5m/s
10
VW3.5m/s
15
VW5.0m/s,行车速度再咼时,曲线半径应大于车辆轴距20倍以上。
斜井串车提升时,使用的单开道岔不小于6号,曲线半径不小于25m。
三、轨道线路
㈠轨距与线路中心距
轨距是指单轨线路上两条钢轨头内缘之间的距离,见图2—4。
目前井下采用的标准轨
距多为600mm和900mm两种。
600mm轨距主要行驶1t固定矿车、3t底卸式矿车;3t固定矿车和5t底卸式矿车均采用900mm轨距。
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路中心线之间的距离。
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)可以表
示为
S>B+mm(2—1)
《煤矿安全规程》第二十三条规定;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2列对开列车最突出部分之间的距离不小于0.2m;在采区装载点,两列列车
车体的最突出部分之间的距离不得小于0.7m,矿车摘挂钩地点,两列列车车体的最突出部
分之间的距离不得小于1m。
为了设计和施工方便,双轨线路有1200mm、1300mm、1400mm、1600mm、1900mm
等标准中心距,一般情况下不选用非标准值。
但在双轨曲线巷道中,由于车辆运行时发生外
伸和内伸现象,线路中心距一般比直线巷道加宽一定数值,见表2—4。
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
600
1060
1300
1600
600
1200
1600
1900
900
1360
1600
1900
1t矿车1.5t矿车
600
880
1100
1300
(人力、串车运输)
600
970
1200
1400
1t矿车1.5t矿车
600
880
1200
1300
(无极绳运输)
600
970
1200
1400
表2—4
线路中心距
㈡曲线线路(弯道)
1.曲线半径和弯道转角
矿井轨道线路中,所采用的曲线都是圆曲线,曲线半径的确定与车辆行驶速度、车辆轴
距有关。
曲线半径可参考表2—5选取。
表2—5曲线半径选用表
运输方式
曲线半径/mm
600mm轨距
900mm轨距
机车运输
12、15有时20
15、20有时25、30
串车运输
6、9有时12
9、12有时15
人力辅助运输
4、6
9
在机车行驶数量比较少的弯道上,其曲线半径可采用表中数值的下限;在机车行驶频繁
的弯道上,其曲线半径应采用表中数值的上限。
在进行曲线线路联接计算时,通常巷道转角
为已知,曲线半径R选定后,由几何关系即可得出相应的切线长度T和曲线段弧长K。
联接点参数用、R、T、K表示,在设计图中各参数的标注应按统一规定集中标注,如图2—
5所示。
2.曲线线路的外轨抬高和轨距加宽
车辆在弯道上运行时,如果两根轨道仍在一个水平面上,由于离心力作用,车轮轮缘要
向外挤压外轨,增加磨损和运行阻力,严重时将使车辆倾倒或出轨。
为此,在曲线处应将外
轨抬高一个值,外轨抬高值与曲线半径、轨距及车辆运行速度有关。
一般抬高值,采用900mm轨距时在10〜35mm之间;600mm轨距时在5〜25mm之间。
运行速度越高、曲线半径越小,抬高值应越大。
当车辆在弯道上运行时,弯道轨距还应该加宽,不然也会发生车轮轮缘挤压钢轨现象,增加阻力,甚至使轮缘被钢轨卡住或是被挤出钢轨面而掉道。
因此,曲线段轨距应较直线段
适当加宽。
弯道轨距加宽值与曲线半径、车辆轴距大小有关,机车运行时,加宽值一般为10〜20mm曲线半径大取下限;串车运输时,一般取5〜10mm
为了适应外轨抬高和轨距加宽,在曲线与直线线路联接时,从直线段某一点开始,同时
逐步进行抬高和加宽,到曲线起点处,使抬高和加宽值正好达到规定的数值,这段直线距离
称为外轨抬高和轨距加宽的递增距离,一般取外轨抬高值的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处开始抬高和加宽,逐步达到规定的数值。
外轨抬高和轨距加宽值很小,其本身对线路设计没有影响,只需在施工时注意即可。
为
了使曲线段进行抬高和加宽,有时还需设缓和线,例如异向曲线联接时就要考虑设置缓和线。
3.曲线处巷道加宽及轨中心距加宽
由于车辆在曲线上运行会发生外伸和内伸现象,巷道也需加宽。
原煤炭工业部颁发的标
准巷道断面设计规定,机车运行的曲线巷道外侧加宽200mm,内侧加宽100mm。
双轨线路在曲线处由于同样的原因,线路中心距也要加宽。
对于机车运输时,线路中心
加工加宽值可取300mm;1t矿车串车或人力运输时,一般可取200mm。
双轨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5m(图2—6),对于1t矿车串
车运输取2〜2.5m。
对于比较次要的巷道,车辆运行很少时,可以不加宽线路中心距,直线与曲线之间的过
渡线在设计图上均以直线绘出,但在施工时应把此线段稍加工成异向曲线,以便行车。
图2—6双轨曲线线距加宽的起点值
第二节轨道线路联接
轨道线路的联接包括平面线路联接和纵剖面上的线路联接。
线路平面联接就是将若干直
线段线路按一定要求用道岔线路等联接起来,并计算出联接点各个参数,以便确定线路的平
面尺寸。
纵剖面上的联接即是线路坡度设计,应该根据车辆运行的要求,经计算后确定。
线
路联接的基本类型有:
单开道岔非平行线路联接,单开道岔平行线路联接,对称道岔平行线
路联接。
一、单开道岔非平行线路联接
用单开道岔和一段曲线线路,把方向不同的两条线路联接起来,被联接的两条直线线路
不在同一条巷道内,并且相互成一个角度,如图2—7所示。
联接点各参数按以下公式计算。
图2—7单开道岔非平行线路联接
(2—4)
TRtan—
2
(2—5)
sin
m
a(bT)—
(2—6)
sin
M
bsinRcos
(2—7)
H
MRcos
(2—8)
H
n
sin
(2—9)
f
abcosRsin
(2—10)
k
R
180
(2—11)
为了计算各参数,应先选出道岔,查出道岔的
a、b、值,并确定R和值,这些是
联接系统的基础数字。
n、m值表示联接点的轮廓尺寸,它是联接计算的主要参数,以其计
算线路总平面布置尺寸,对施工也比较方便。
二、单开道岔平行线路联接
用单开道岔和一段曲线使单轨线路变为双轨线路,如图2—8所示。
图中的S值即为线
路中心距。
为使线路中心距达到预定的值,在道岔岔线末端与曲线之间插入一直线段C。
已知道岔参数a、b、曲线半径R及线路中心距S,联接点各参数计算如下:
B
Scot
(2—12)
m
cS
Scsc或一sin
(2—13)
T
Rtan—
2
(2—14)
n
m
T
(2—15)
c
n
b
(2—16)
L
a
BT
(2—18)
Kp
R/180
(2—19)
式中L――联接点长度,是联接点的主要参数。
2—9所示,联接点各参数计算如下:
三、对称道岔平等线路联接
用对称道岔把单轨线路变为双轨线路,如图
图2—9对称道岔线路联接
(2—23)
b3bcos0.5
cn0
LaBT
(2—24)
(2—25)
(2—26)
标准对称道岔只有2号、3号道岔,因为岔角较大,联接长度L较单开道岔小。
同时要注意,对称道岔b值为其岔线的投影长度,道岔岔线实际长度为bi值,应进行换算。
四、纵面线路的竖曲线联接和坡度
矿井轨道线路除了有平面线路外,还有斜面线路,如采区上下山,材料斜巷等,于是就有了平面与斜面线路如何联接的问题。
另外,在平面线路中,线路在纵断面上都有坡度,完全水平的线路是很少的。
1.纵面线路的竖曲线联接
线路由斜面过渡到平面时,为了避免线路以折线突然拐到平面上,斜面线路与平面线路之间均需要设置竖曲线,以使车辆运行平稳、可靠。
所谓竖曲线,即线路在纵面方向上呈曲线状,如图2—10所示。
图中A点称为竖曲线上端点,C点称为竖曲线下端点,或称为起坡
点(落平点),B点为斜面与平面的交点。
为斜面线路与平面线路的夹角,即竖曲线转角,通常为已知。
R为竖曲线半径,由设计者选定。
竖曲线半径是采区车场设计中的一个参数。
R过大,一是使车场线路布置不紧凑,增加
了车场巷道工程量,二是推后了摘挂钩点位置,增长了提升时间。
尺寸过小,又会出现矿车
变位太快,易使相邻两车箱上缘挤撞,造成矿车在竖曲线处车轮悬空而掉道。
因此,竖曲线半径选择原则是;串车提升时,相邻两车上缘不碰撞;提升长材料时,材料两端不触地。
竖曲线R—般为车辆轴距的12〜15倍。
在设计中,R根据矿车大小按表2—6选取。
表2—6竖曲线半径选用
矿车类型
竖曲线半径(m)
1.0t,1.5t矿车
9m,12m,15mo
3.0t矿车
12m,15m20mo
2.线路纵断面坡度
所谓线路坡度,就是在线路纵断面上两点之间的高差与其水平距离比值的千分值,用符
号i表示。
如图2—11所示,线路AB的长度为L,点AB的标高分别为耳、,标高差△h为HB-Ha,坡度角为,则
当坡度很小时,cos1,故i」100%
L
Hl
图2—10竖曲线图2—11线路坡度计算
对不同的运输方式,可选用不同的线路坡度。
大巷采用电机车运输时,重车向井底车场运行,空车向采区运行,为了充分发挥电机车效能,线路应按等阻力坡度设计,即重列车下行和空列车上行的阻力相等。
通常电机车运输的线路向井底车场取3%。
〜5%。
的坡度,以利排水。
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力坡度及流水坡度考虑。
一般也为3%。
〜5%,有时略大一些。
矿车在坡道上利用其重力或惯性而运行,这种运行称作自动滚行。
在自动滚行中,主要
是利用轨道的坡度控制速度,3t矿车空重车坡度一般分别为9%。
、7%;1t矿车11%。
、9%°。
第三章采区车场设计
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;提高工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,然后计算各段线路和各联接点的尺寸,最后计算线路的总尺寸,作出线路布置的平、剖面图。
一、采区车场设计依据
1、地质资料
采区车场设计需要的地质资料有:
采区上(下)山附近的地质剖面图和钻孔柱状图,围岩性质及厚度,采区瓦斯、煤尘及水文地质资料。
2、设计资料
采区巷道布置及机械配备图,采区生产能力及服务年限,采区上山条数及其相互关系位置,轨道上山的倾角和巷道断面图,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,大巷运输方式、矿车类型、轨距、列车组成。
3、规范依据采区车场设计要满足《煤矿采区车场和硐室设计规范》GB50534—2009的有关要求。
二、采区车场设计要求
1、车场位置选择采区车场应布置在稳定岩层或煤层内,应避开较大断层、构造应力区和强今水层。
2、车场线路布置车场布置紧凑合理,操作安全。
行车通畅,效率高,工程量省,方便施工。
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的要求。
3、车场断面和轨道、管线铺设采区车场的断面形状、支护方式、支护参数、轨道铺设、水沟、管线敷设、辅助设施、铺底等应符合《煤矿巷道断面和交岔点设计规范》GB50419的有关规定。
第一节采区上部车场线路设计
采区车场形式在根据煤层赋存条件、围岩条件、运量大小综合确定。
采区上部车场基本形式有平车场、甩车场和转盘车场三类。
见表3—1。
一、采区上部车场形式选择
采区上部平车场多用于回风石门较长时,若轨道上山以水平的巷道与回风平巷(或石门)相连,绞车房布置在回风巷同一水平的岩石中,则为上部平车场。
上部平车场又分为顺向平车场和逆向平车场,两种车场如何选择,主要根据轨道上山、绞车房及回风巷道的相对位置决定。
当车场巷道直接与总回风道联系时可采用顺向平车场。
当煤层群联合布置采区,且有采区回风石门与各煤层回风巷及总回风巷相联系,可采用逆向平车场。
表3—1采区上部平车场的基本形式
若轨道上山以倾斜的甩车道与区段回风平巷(或石门)相连,或者轨道上山位于煤层中,
为减少岩石工程量,可采用甩车场。
甩车场通过能力大,调车方便,劳动量小,但绞车房布置在回风巷标高以上,当上部为采空区或松软的风化带时,绞车房维护比较困难,而且绞车
房回风有一段下行风,通风条件差。
所以,当采区上部是采空区或松软的风化带时,可选用
平车场。
转盘车场的特点是轨道上山与回风平巷呈十字相交,利用转盘调车,即矿车提至转盘上,
将转盘旋转90°,再将矿车送入区段回风平巷。
但这种车场工人劳动强度大,车场通过能力小。
二、采区上部车场线路布置和线路坡度
1•上部车场线路布置
采区上部平车场线路的特点是设置反向竖曲线,上山经反向竖曲线变平,然后设置平台,
在平台上进行调运工作。
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。
采区上部车场的平、竖曲线半径应按表3—2的规定选用。
上部平车场的道岔根据提升量大小确定,一般选用4号或5号道岔。
采区上部车场的储车线的长度一般为2〜3钩串车长度,当用机车牵引时为1列车长加
5m下山采区上部车场为1列车长加5m
表3—2平、竖曲线半径
矿车类型
平曲线半径(m)
竖曲线半径(m)0
3.0t及以上矿车
12〜20
12〜20
3.0t以下矿车
6〜15
9〜15
2.上部平车场的线路坡度
单道变坡和不设高低道的双道变坡,轨道坡度应以3%o〜5%。
向绞车房方向下坡;上山
采区上部车场水沟以3%。
〜4%。
向上山方向下坡;下山采区上部车场水沟坡度应以3%。
〜5%
向运输大巷方向下坡。
当车场设高低道时,高道的轨道坡度应为9%。
〜11%向绞车房方向下坡,低道的轨道坡
度应为7%o向下山方向下坡。
咼、低道最大咼差不宜大于0.6m。
3、人行道
上部车场摘挂钩段巷道,单道布置时设两侧人行道,双道布置时设中间人行道和一侧人行道。
中间人行道宽度不得小于1.0m。
一侧或两侧人行道宽度,从巷道底板起净高1.6m范
围内,综采区不得小于1.0m,非综采采区不得小于0.8m。
4、风门安装位置
两道风门间的最小
当上部车场需要安设风门时,风门应安设在进车侧道岔外的单道上,
距离,1.0t和1.5t单辆矿车运行时取6m3.0t矿车取9m=
5、阻车器和挡车栏
在上部平车场接近变坡点处应安设阻车器,在上部车场变坡点下方略大于1(列)钩车
长度的地点,应安设常闭的挡车栏,放车时方准打开。
1.5m,净高不
然后沿着矿车
6、信号硐室和躲避硐
上部平车场应在分车道岔人行道岔侧设信号硐室,信号硐室净宽不小于小于2.0m,净深不小于1.5m。
三、顺向平车场线路计算
顺向平车场的特点是:
矿车或材料车由轨道上山提至平车场的平台摘钩,
行进方向进入储车线,在运行过程中矿车不改变方向。
线路布置方式有单道和双道两种。
1.单道变坡顺向平车场
跑车,然后摘钩,推车入弯道。
绞车房位于平面交叉点之后,与交叉点相距约5m左右,如
图3—1a所示。
这种布置方式倒车不便,采用较少。
变坡点至绞车房的距离为:
(3—1)
LTdABA
其中t――竖曲线切线长度,m
d――为了设置阻车器而增加的直线段长,取1〜2m
A——过卷距离,取5m
B――一钩串车长度,m;
A——平曲线至绞车房外壁距离,10〜30m.
2.双道变坡顺向平车场
上山经反向竖曲线变平后设阻车器,然后接单开道岔平行线路联接点,变为双轨线路(图
3—1b)。
为了避免钢丝绳影响线路一侧储车,平台道岔一般不宜采用对称道岔。
这种方式车场倒车方便,通过能力大,在采区联合布置时常采用。
线路计算按下式计算。
C剖面图
图3—1顺向平车场单轨线路尺寸计算
式中Lk――单开道岔平行线路联接尺寸。
其他符号意义同上。
图3—1中,平曲线半径Rp,对于综采区12m〜20m非综采区9〜12m。
竖曲线半径Rs
为9〜20m。
二、逆向平车场
图3—2(a)为单道逆向平车场的线路布置。
线路变平后,设单开道岔非平行线路联接点
矿车反向推入平巷后,在错车线倒车。
变坡点C到绞车房的距离L为
LABmT(3—3)
口
□
图3—2逆向平车场线路设计
式中A—过卷距离,用于防止矿车冲入绞车房以及运长材料时便于车辆换向,一般取10〜
15m;
B――一钩串车长度;
m单开道岔非平行线路联接尺寸;
T――竖曲线的切线长度。
为了缩短倒车时间,提高通过能力,逆向平车场还可以在车场单开道岔后再设一个分车道岔,变为双轨线路,如图3—2(b
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