第四章 井底車場設計

第四章

井底車場設計1第四章目錄4.1窄軌線路4.2井底車場設計依據(jù)及要求4.3井底車場的類型及形式選擇4.4井底車場的平面布置與坡度設計

4.5井底車場的通過能力4.6井底車場的硐室設計4.7井底車場設計示例24.1窄軌線路4.1.1軌道與軌型4.1.2道岔4.1.3軌距與線路中心距4.1.4曲線線路4.1.5線路構(gòu)成與聯(lián)接4.1.6縱面線路的豎曲線聯(lián)接34.1.1軌道與軌型窄軌軌道運輸是礦井運輸?shù)闹饕绞?。礦井軌道由鋪設在巷道底板上的道床、軌枕、鋼軌和聯(lián)結(jié)件等組成。鋼軌的型號，簡稱軌型，是以每米長度的重量（kg／m）表示。礦用鋼軌有15、22、30、38和43kg／m等5種型號。窄軌鐵路的中心距有600、762和900mm等3種軌距。使用時應根據(jù)生產(chǎn)能力、運輸設備、使用地點等考慮，具體可參照表4－1選用。44.1.1軌道與軌型5使用地點運輸設備鋼軌型號／kg?m-1井底車場10、14t電機車307.8t電機車22運輸大巷10、14t電機車15上、下山1.0t礦車11~15平巷1.5t礦車15表4－1鋼軌型號選擇4.1.2道岔軌道線路是由若干直線段和曲線段聯(lián)接而成，而線路的聯(lián)接通常是由道岔來實現(xiàn)的。所以，道岔是線路聯(lián)接的基本元件，它是使車輛由一個線路轉(zhuǎn)駛到另一個線路的裝置。道岔的構(gòu)造道岔是由尖軌、轍叉、轉(zhuǎn)轍器、道岔曲軌(隨軌)、護輪軌和基本軌所組成，如圖4-2所示。6圖4-2道岔結(jié)構(gòu)1尖軌；2轍叉；3轉(zhuǎn)轍器；4道岔曲軌（隨軌）；5護輪軌；6道岔基本軌4.1.2道岔4.1.2.1道岔類別中華人民共和國煤炭行業(yè)標準（MT／T2－95）窄軌鐵路道岔有單開、對稱、渡線、交叉渡線、對稱組合、菱形交叉和四軌套線7種。單開和渡線道岔有右向和左向之分（在平圖上分線路沿順時針方向分出時為右向）；沿逆時針方向分出時為左向）。各種道岔按不同類型分別有2號、3號、4號、5號、6號、7號、8號和10號8種轍叉號數(shù)。不同的轍叉號數(shù)配備了4、6、9、12、15、20、25、30、40、50、70m等11種曲線半徑；渡線、交叉渡線和對稱組合道岔的線路間距，按不同軌距和道岔類型，配有1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2200和2500mm等9種。74.1.2道岔4.1.2.2道岔表示方法常用的道岔有單開道岔、對稱道稱、渡線道岔和簡易道岔等。在線路平面圖中，岔道通常以單線表示，如圖5－1所示，道岔的主線與岔線的線路用粗線繪出。單線表示此圖雖不能表明道岔的結(jié)構(gòu)及布置的實際圖形，但能表明與線路設計有關的道岔參數(shù)，如道岔的外形尺寸（a、b）及轍叉角（α）等，從而簡化了設計工作。8對稱道岔單開道岔渡線道岔4.1.2道岔(1)道岔代號“Z”代表窄軌道鐵路道岔類型代號。DK、DC、DX、JD、DZ、JC、TX分別為單開、對稱、渡線、交叉渡線、對稱組合、菱形交叉、四軌套線道岔的代號。(2)道岔名稱中的第一段數(shù)字615、722、930數(shù)列中的6、7、9分別代表道岔軌距600mm、762mm、900mm，“15”、“22”、“30”分別代表軌型。(3)道岔名稱中的第二段數(shù)字即兩短橫線間的數(shù)字為轍叉號碼(M)，轍叉號碼與轍叉角(α)的關系如圖4-7和下式9轍叉號碼有2，3、4、5、6、7、8和10號等幾種，其相應的轍叉角分別為26033’54”、18026’06”、14002’10”、11018’36”、9027’44”、8007’48”、7007’30”和5042’38”。4.1.2道岔(4)道岔中的尾數(shù)對于單開和對稱道岔，代表道岔曲線半徑，單位m。對于渡線、交叉渡線、對稱組合道岔，前兩位數(shù)代表曲線半徑，單位m，后兩位數(shù)代表軌中心距，單位是cm。(5)單開道岔和渡線道岔有左向和右向之別通常多為右向道岔，岔線在行進方向的右側(cè)。若為左向道岔應在尾數(shù)末加“左”字。例如，軌距600mm，軌型22kg/m，5號轍叉，曲線半徑為15m，雙軌線路中心線間距1600mm左向渡線道岔，其名稱為ZDX622-5-1516左。注：①道岔的規(guī)格已標準化，它是用道岔中軸線表示的道岔基本尺寸。②警沖標是停車的界限，在警沖標以內(nèi)不能停放車輛，否則將影響另一條線路上車輛的通行。ZDX622-5-1516左104.1.2道岔5.1.2.3道岔選擇選用道岔時應從以下幾方面考慮：（1）與基本軌的軌距相適應。（2）與基本軌的軌型相適應，有時也可和選用比基本軌軌型高一級的型號，但不能選低一級的型號。（3）與行駛車輛的類別相適應，多數(shù)標準道岔都能行駛電機車和礦車，少數(shù)標準道岔由于曲線半徑過?。ǖ扔诨蛐∮?m）或轍叉角過大（等于或大于18°55'30"），就只能允許行駛礦車，如ZDK615-2-4、ZDK618-2-6。（4）與車輛的行駛速度相適應，曲線半徑越小，轍叉角越大，允許車輛行駛的速度就越小，如ZDK615-2-4、ZDK618-2-4、ZDK918-3-9等道岔，礦車的行駛速度不行超過1.5m／s。114.1.3道岔的選擇(4)與車輛的行駛速度相適應①道岔曲線半徑大于通過車輛最大軸距的7倍時，允許行車速度

1.5m/s；②道岔曲線半徑大于通過車輛最大軸距的10倍時，允許行車速度

3.5m/s；③道岔曲線半徑大于通過車輛最大軸距的15倍時，允許行車速度

5m/s；行車速度再高時，曲線半徑應大于車輛軸距20倍以上。④斜井串車提升時，使用的單開道岔不得小于6號，曲線半徑不得小于25m。一般曲線半徑越小，轍叉角越大，允許車輛行駛的速度就越小。主要根據(jù)：軌道類型、軌距、曲線半徑、電機車類型、行車速度、行車密度、車輛運行方向、車場集中控制程度及調(diào)車方式的要求，可選擇電動的、彈簧的或手動的各種型號道岔。124.1.2道岔道岔轍叉角越大，道岔曲線半徑和長度越小，車輛運行穩(wěn)定性差；

道岔轍叉角越小，道岔曲線半徑和長度越大，車輛運行穩(wěn)定性好。(1)井底車場：行駛電機車，采用DK和DX，4號、5號道岔，頻繁的線路用5號道岔。井底車場標準設計中規(guī)定，1t：用18kg/m鋼軌，4號道岔，3t：用24kg/m，5號道岔。5t：用38kg/m。(2)采區(qū)車場道岔選型見表4-2道岔選型表13軌距/mm使用地點大巷及下部車場上中部車場鋼軌m/kg道岔鋼軌m/kg道岔60018～24相應軌型15主提升相應軌型4、5號道岔，輔助提升用相應軌型的3、4號道岔4號道岔90024相應軌型18輔助提升及材料車線用3、4號道岔4、5號道岔4.1.2道岔根據(jù)所采用的軌道類型、軌距、曲線半徑、電機車類型、行車速度、行車密度、車輛運行方向、車輛集中控制程度及方式的要求，可選擇電動、彈簧或手動的各種型號道岔。144.1.3軌距與線路中心距15圖4-8軌距、輪距及軌中心距——軌距；——輪距S——

軌中心距(1)軌距軌距是指直線軌道上兩條鋼軌軌頭內(nèi)緣之間的距離。它是表示軌道規(guī)格的最主要參數(shù)(圖4-8)。礦井采用的標準軌距為600mm和900mm兩種。1.0t固定式礦車和30t底卸式礦車均采用600mm軌距；3.0t固定式礦車和5.0t底卸式礦車均采用900mm軌距。4.1.3軌距與線路中心距16圖4-8軌距、輪距及軌中心距——軌距；——輪距S——

軌中心距(2)輪距輪距是兩車輪輪緣外側(cè)工作邊間的距離。為使車輛在軌道上順利運行，軌距和輪距之間應保持有一定的間隙，x=10mm；實際上，由于礦車安裝和軌道鋪設不精確，再加上運轉(zhuǎn)期間的磨損，此間隙值可能比10mm略大或略小。(3)軌中心距是雙軌線路兩線路中心線之間的距離(圖4-8)，S。，mm(4-2)式中：B--礦車或機車的寬度；b--兩車內(nèi)側(cè)的距離?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定，兩車最突出部分之間的最小距離不得小于200mm?？紤]到車箱變形等因素，b值實際上一般都大于200mm。在雙軌曲線巷道中，由于車輛運行時發(fā)生外伸和內(nèi)伸現(xiàn)象，軌中心距比一般直線巷道還要加寬一定數(shù)值。軌中心距S的選取見表4-3。17運輸設備及有關參數(shù)/mm軌中心距/mm設備類型軌距車寬直線段曲線段機車或底卸式礦車6001060130016006001200160019009001360160019001.0t、1.5t礦車(人力、串車運輸)60088011001300600970120014001.0t礦車(無極繩運輸)60088012001300600970120014004.1.3軌距與線路中心距4.1.4曲線半徑與巷道轉(zhuǎn)角(1)曲線半徑由設計者自定，9m、12m、15m、18m等。(2)曲線巷道的轉(zhuǎn)角即兩直線線路的夾角δ；見圖4-9。巷道曲線半徑R，夾角δ已知切線長度T：

，mm(4-3)圓弧長：

，mm(4-4)彎道特征參數(shù)：δ、R、T、KP表示，在設計圖中應集中標注。礦井軌道線路中，曲線都是圓曲線，即為一段圓弧。曲線半徑是一個重要的參數(shù)。曲線半徑的確定與車輛行駛速度，車輛的軸距有著密切關系。184.1.4曲線半徑與巷道轉(zhuǎn)角(3)軸距礦車（機車）兩輪軸之間的距離，SB

；見圖4-10。19(4)最小曲線半徑

機車和礦車在彎道上行駛時，車輪的輪緣不是象在直線軌道上那樣與鋼軌平行，而是以一個角度Φ相交。為使車輛在曲線上正常內(nèi)接，使其前后輪的輪緣都能緊貼外軌。此時前輪以某一Φ角碰撞鋼軌，此角度稱為沖擊角或碰撞角。顯然，角度越大，運行中的撞擊現(xiàn)象越嚴重。加劇了輪緣和軌頭的磨損，還會引起運行不穩(wěn)定，所以對沖擊角度應有所限制。4.1.4曲線半徑與巷道轉(zhuǎn)角在圖4-10中，自O點作垂直于BD的垂線，設A點為軸距SB之中點，

AOE等于Φ角，點C和D實際上很接近，可以認為

AOE=AOD，因此20為使車輛在曲線內(nèi)正常內(nèi)接，曲角不應大于某一極限數(shù)值，否則車輪輪緣與鋼軌發(fā)生激烈撞擊。若給Φ角允許的最大數(shù)值以后，就可以求得允許的最小曲線半徑，式中：

Rmin--最小的曲線半徑，m；Φmax-

-最大的沖擊角(0)，mm； SB--車輛的軸距，m； c--行車速度系數(shù)，決定于Φ角。1t礦車軸距為550mm，3t礦車及7t、8t、10t電機車軸距為1100mm，5t礦車及14t電機車軸距為1600mm。4.1.4曲線半徑與巷道轉(zhuǎn)角由公式(4-5)中可知，沖擊角Φ是隨軸距增加和彎道半徑減小而加大。為保證沖擊角不致過大，彎道半徑與所用礦車的軸距應保持一定關系。式中表明最小曲線半徑與車輛的軸距成正比，車輪對軌道的沖擊還與行車速度有關，車速越大，沖擊越嚴重。為了減小沖擊，就需加大曲線半徑。一般在車輛運行速度

=1.5m/s時，其彎道半徑不小于車輛軸距的7倍，c=7(Φ角最大值小于或等于40)。當運行速度1.5～3.5m/s時，彎道半徑不小于車輛軸距的10倍，即c=l0(曲角最大值小于或等于30)，當運行速度>3.5m/s時，彎道半徑不小于車輛軸距的15倍，即c=15(Φ角最大值小于或等于20)。當巷道轉(zhuǎn)角

大于900時，行車速度即便小于1.5m/s，c值仍應取10以上。求得彎道半徑的數(shù)值后，應取較大的整數(shù)值。彎道半徑的選?。孩佼斳壘酁?00mm時，行駛電機車，不小于12m，選12～15m或20m，非電機車，選9～12m；②當軌距為900mm時，10t或10t以下電機車行駛，不宜小于15m，選15～20m或25m；③當軌距為900mm時，14t或20t電機車行駛，不宜小于25m，選25～30m或35m。214.1.4.2曲線線路外軌抬高和軌距加寬車輛在彎曲軌道上運行時，如果內(nèi)外軌仍在同一平面上，由于離心力的作用，車輪輪緣就要向外軌擠壓，增加磨損和運行阻力，嚴重時將使車輛傾倒，招致翻車事故。為了消除這種離心力的影響，將彎道的外軌抬高一個Δh

值，如圖4-11所示，使車輛的重力G和

GV2/gR離心力的合力，垂直于外軌抬高后的兩個軌面的連線。這樣就可抵消由于離心力的作用而增加對外軌的擠壓，減少磨損和運行阻力，防止車輛傾倒，保證車輛在彎道上正常行駛。22圖4-11彎道的外軌抬高從圖4-11看出，由于

OAB與

aob相似，式中：G--車輛及貨載總重量，t；v--車輛在彎道上的運行速度，m/s；

g--重力加速度，9.8m/s2；

R--彎道半徑，m；

St--軌距，m；

β--外軌抬高的傾角，因β很小，cosβ≈1。4.1.4.2曲線線路外軌抬高和軌距加寬由此可見，外軌抬高量

h值與彎道半徑、軌距及車輛運行速度有關。當軌距為900mm，Δh=10~35mm；600mm，Δh

=5~25mm。運行速度越大，彎道半徑也越小，Δh值越大。外軌抬高的方法是墊厚外軌下面的道床。為了在彎道的起點獲得抬高的全值，外軌應該自彎道的起點外某一距離的軌道直線段上開始逐漸墊高。外軌抬高遞增(遞減)距離：x1=(100~300)Δh

，mm23圖4-11彎道的外軌抬高4.1.4.2曲線線路外軌抬高和軌距加寬(1)加寬的目的車輛在直線線路上穩(wěn)定運行時，車輪的輪緣不擠壓鋼軌。當車輛在彎曲軌道上行駛時，由于輪對(指安裝在軸上的車輪和車軸)在車架上是固定安裝的，不能隨軌道彎曲而轉(zhuǎn)動。因此，在彎道上運行時，車輪的輪緣不與軌道平行，前軸的外輪擠到外軌上(B點)，而其后軸的內(nèi)輪則擠到內(nèi)軌上(C點)，如圖4-12所示。由圖看出，如果彎道處的軌距仍與直線段相同，當軸距較大且彎道曲線半徑較小時，輪對將被鋼軌卡住，或是被擠出軌面而掉道。因此，曲線段軌距應較直線段適當加寬。24圖4-12在彎道上輪對與軌道的關系4.1.4.2曲線線路外軌抬高和軌距加寬(2)加寬值式中：

SB--車輛的最大軸距，mm；R--線路最小曲線半徑，m。ΔSt--與曲線半徑、車輛軸距大小有關。在一定的軸距下，

越小，

ΔSt就越大。

25圖4-12在彎道上輪對與軌道的關系4.1.4.2曲線線路外軌抬高和軌距加寬線路曲線段采用移動內(nèi)側(cè)鋼軌來加寬軌距，即外軌不動，將內(nèi)軌向曲線中心移動一個距離即可。加寬軌距同樣必須從曲線的起點外某一距離開始，逐漸加寬到曲線的終點，使軌距加寬到規(guī)定數(shù)值。軌距加寬遞增(遞減)距離按下式計算：x2=(100～300)ΔSt，mm外軌抬高軌距加寬值很小，對線路本身設計沒有影響，只是在施工中注意。26圖4-12在彎道上輪對與軌道的關系4.1.4.2曲線線路外軌抬高和軌距加寬(1)巷道加寬①加寬目的：在曲線處，由于車輛運行發(fā)生外伸和內(nèi)伸現(xiàn)象，巷道應加寬。②加寬值：機車運輸或串車運輸，內(nèi)側(cè)加寬100mm，外側(cè)加寬200mm.。(2)軌中心距加寬

規(guī)程規(guī)定：車輛間隙大于200mm；見表。軌中心距加寬值27機車運輸軌距直線段曲線段加3006001300160090016001900串車運輸加20060013001500900160018004.1.5軌道線路聯(lián)接軌道線路的聯(lián)接有單開道岔非平行線路聯(lián)接、單開道岔平行線路聯(lián)結(jié)、對稱道岔線路聯(lián)結(jié)、線路平移等方式，其圖示及計算公式見表4－5。表－5單開道岔非平行、平行線路聯(lián)接284.1.5軌道線路聯(lián)接軌道線路的聯(lián)接有單開道岔非平行線路聯(lián)接、單開道岔平行線路聯(lián)結(jié)、對稱道岔線路聯(lián)結(jié)、線路平移等方式，其圖示及計算公式見表4－5。表－5單開道岔非平行、平行線路聯(lián)接294.1.6縱面線路的豎曲線聯(lián)接4.1.6.1線路坡度概念線路兩點之間的高差與其水平距離比值的千分值稱為線路坡度。如圖4－4所示，AB為一直線段，長度為L，設A點標高為HA，B點標高為HB，兩面點高差為ΔH，則ΔH=HB-HA。30圖4－4坡度計算示意圖4.1.6縱面線路的豎曲線聯(lián)接31圖4－4坡度計算示意圖線路坡度當線路坡度很小時，cosγ=1，線路坡度4.1.6縱面線路的豎曲線聯(lián)接325.1.7.2礦車的阻力系數(shù)礦車在平直線上運行時的阻力為基本阻力，經(jīng)過彎道或道岔所增加的阻力為礦車的附后加阻力，各項阻力都可用阻力系數(shù)表示。（1）礦車基本阻力系數(shù)礦車基本阻力系數(shù)決定于礦車軸承類型、礦車自重、載重及軌道表面狀態(tài)等因素，以ω’表示，見表4－6。表4－6單開道岔非平行、平行線路聯(lián)接由于礦車的新舊程度、鋪軌質(zhì)量、線路維護、線路結(jié)構(gòu)、礦井溫度與濕度等因素的影響，ω’經(jīng)常發(fā)生變化，選用時可根據(jù)具體情況進行調(diào)整，或根據(jù)實測確定。4.1.6縱面線路的豎曲線聯(lián)接334.1.6.2礦車的阻力系數(shù)（2）礦車的附后加阻力系數(shù)①彎道附加阻力系數(shù)。礦車在彎道中運行時，除了具有基本阻力系數(shù)外，還需附加一彎道附加阻力系數(shù)ωf，ωf與彎道半徑R有關，彎道R愈小，ωf愈大。礦車在彎道上運行的阻力系數(shù)見表4－6。②道岔的附加阻力系數(shù)。礦車經(jīng)過道岔時，阻力