采区下部车场线路设计方案优化

采区下部车场是采区车场中最重要的组成部分。由于与大巷线路相接,设计及施工精度比上、中部车场要求更高。

采区下部车场由装车站、绕道、轨道上山下部平车场和煤仓等硐室组成。

(1)大巷装车式下部车场

1)装车站线路设计

装车站线路设计与装车站调车方法有关。调车方法可分为调度绞车调车和矿车自动滚行调车。

①调度绞车调车时的装车站线路

A.线路布置及调车方法

图16.27(a)所示为大巷设双轨线路时,装车站线路的一般布置方式。机车牵引空列车由井底车场驶来,进入装车站的空车储车线4,机车1摘钩,单独进入重车储车线5,将已装满的重列车拉出,经装车点道岔6,驶向井底车场。

空列车采用绞车牵引整列车不摘钩装煤。调度绞车2一般设在装车点煤仓同侧,钢绳通过滑轮装置进行牵引,由一名装车工人进行操作。列车装完煤后,机车将重列车拉出时,应将牵引钢绳一起拉出。当列车尾部通过装车点道岔6后,应立即在不停车的情况下快速摘下钢丝绳钩头,并将其挂在空列车上,这样便可以省去人力拉钢绳的工序。

当相邻两个采区同时进行生产或靠近井田边界一侧的新采区正在进行准备时,有相当数量的矸石、材料需要运输。为此,需设渡线道岔7和8,用于邻近采区的空列车由井底车场驶来时,经过渡线道岔7,进入通过线9,经渡线道岔8到大巷空车线,驶向下一采区。列车绕过储车线而运行的这一段线路9,称为通过线。这种装车站的线路布置方式称为通过式。

对位于井田边界的采区,可用图16.27(b)所示的线路布置方式,称为尽头式。其调车法与通过式完全相同。线路上不需设渡线道岔,只要在装车站附近设一单开道岔。但尽头式装车站需要妥善解决尽头巷道的通风问题。

图16.27　调度绞车调车时装煤车场线路布置

1—机车;2—调度绞车;3—煤仓;4—空车储车线;5—重车储车线;6—装车点道岔;7、8—渡线道岔;9—通过线

B.装车站线路参数的确定

装车站线路总长度LD:

通过式:

尽头式:

式中　LD——空、重车线长度,各不小于1.25列车长度,m;

LH——渡线道岔线路连接点长度,m;

LK——单开道岔线路连接点长度,m;

L1——机车加半个矿车长度,m。

为了车辆运行安全及操作方便,在装车点附近的巷道内,应根据《煤矿安全规程》第23条的规定,加宽线路的中心距。

对于通过式装车站,调度绞车可设在煤仓同侧的壁龛中。

②自动滚行调车时装车站线路

A.调车方法

图16.28所示为通过式装车站线路。由井底车场驶来的列车经通过线1、渡线道岔7,至调车线8停车,机车反向顶推空车入空车储车线4,机车摘钩,由通过线返回,过渡线道岔6,到重车储车线5拉出重车驶向井底车场。

空列车装煤及重列车编组是通过矿车自动滚行实现的。为了便于机车拉出重列车,自动滚行方向应朝向井底车场方向。

B.装车站线路参数

各段线路的长度和坡度如下:调车线长度Ld,包括机车在内应为1列车长,线路坡度i与大巷坡度相同。空车存车线分为两段:LH1段长度为0.5列车长,为上坡段线路,线路坡度i1,目的是把线路上抬到一定高度,造成空列车能自动滚行的条件。在机车能力允许的条件下,可适当取大一些,一般可取18‰～23‰,LH2段长度为1列车长;i2为空列车自动滚行的坡度,一般取9‰～11‰。

图16.28　自动滚行调车时装煤车场线路

1—通过线;2—阻车器;3—煤仓;4—空车储车线;5—重车储车线;6、7—渡线道岔;8—调车线

装车点中心线至阻车器的距离l1,如图16.29(a)所示。

图16.29　装车点与阻车器相对位置

1—阻车器;2—溜口

为避免列车对阻车器冲撞,该段坡度取i0=0(平坡)。

重车存车线分为两段:LH3及LH4。LH3线段长度为1列车长,i3为重列车自动滚行的坡度,一般取7‰～9‰。LH不宜超过0.5列车长,i4为重列车上坡段坡度,用于补偿高差,并防止列车冲过储车线终点。考虑到机车需在此牵引重列车,一般不超过5‰。装车站线路总长为LD。

储车线各段长度和坡度,应结合使用经验,经过线路坡度闭合计算,才能确定。

2)绕道线路设计

主要运输大巷与轨道上山下部平车场相连接的水平巷道称为采区下部车场的绕道。

①绕道位置及与装车站线路的关系

绕道位置有顶板绕道和底板绕道两种。

绕道2位于大巷1的顶板,称为顶板绕道,如图16.30(a)所示。当轨道上山倾角为20°～25°,上山不需变坡,直接设竖曲线落平,进入绕道,当轨道上山沿煤层布置,且倾角大于25°时,为了防止矿车变位太快,运行不可靠,在接近下部车场处,可使上山上抬Δβ角,使起坡角β1达到25°左右,如图16.30(b)所示。同样,如上山倾角较小,可以下扎Δβ角,使起坡角达25°,以减少车场工程量,如图16.30(c)所示。

绕道位于大巷底板称为底板绕道,如图16.30(d)。它适用在煤层倾角小于10°的情况。这时轨道上山提前下扎,使绕道位于大巷底板。为了减少上山在岩石中开掘长度,在不影响巷道维护的条件下,绕道应尽量与大巷相靠近。

图16.30　大巷装车式下部车场绕道的位置

1—大巷;2—绕道;3—绕道上山

绕道位置不同,装车站线路位置也相应改变。

采用顶板绕道时,为了不影响上山的运输,绕道线路应与装车站下帮一侧的通过线相连接,装车站储车线,煤仓放煤口应设在大巷上帮一侧,如图16.31(a)所示。

采用底板绕道时,储车线、煤仓放煤口与通过线的相对位置与上述相反。装车站中各渡线道岔的方向也恰好相反,如图16.31(b)所示。

图16.31　绕道布置

②绕道方向

绕道方向是指绕道出口朝向井底车场还是背向井底车场。绕道方向不同对混合列车调运方式有很大影响。设计中一般采用绕道朝井底车场方向布置。

③绕道线路布置

绕道内的线路布置必须保证材料及矸石储车线有一定的长度,尽量减少绕道的开掘及维护工程量。

绕道内线路布置方式按照绕道线路与大巷线路的相互位置关系可分为立式、卧式及斜式等几种。卧式布置的特点是储车线直线段线路与大巷线路平行,这种布置一般在起坡点位置距大巷较近时采用。

立式布置如图16.32(a)、(c)所示。其特点是储车线直线段线路与大巷线路相垂直。它一般在起坡点位置距大巷较远时采用,其中底板绕道立式布置只有在倾角很小时才有可能采用。

若采用立式布置平车场储车线不够长(如底板绕道),而卧式布置绕道开掘工程量又太大时,可以采用斜式布置,如图16.32(b)、(d)所示,这种布置的储车线路与大巷线路夹角一般可为45°～90°。

图16.32　绕道线路立式和斜式布置

现以卧式绕道为例说明绕道内线路的具体布置,如图16.33所示。

图16.33　卧式顶板绕道线路布置

设绕道交岔点道岔始端至煤仓中心线的距离为X,则

式中　S1——平车场双轨线路中心距,mm;

R——平车场线路内侧曲线半径,mm;

L HG——设为高道的内侧线路储车线长度,mm;

K P——内侧曲线弧长,mm;

C——车场起坡点与平曲线间缓和直线段,mm;

L K——平车场末端单开道岔平行线路连接点长度,mm;

m——单开道岔非平行线路连接点长度,mm;

L S——轨道上山线路中心线与煤仓中心线间距离,mm;

C1——绕道平曲线与道岔间的缓和直线段,mm。如图16.34所示,设底道起坡点C′至大巷通过线的垂直距离为y,y值可近似按下式计算:

式中　h1——大巷中心线自轨面高度,mm;

h2——大巷与轨道上山间垂直距离,mm;

e——大巷中心线与装车站通过线间距,mm;

T D——低道竖曲线切线长度,mm。

图16.34　顶板绕道起坡点位置

通过线与轨道上山下部平车场储车线内侧线路之距离:

底板绕道卧式布置时,如图16.35所示,X和Y值按下式计算:

图16.35　顶板绕道线路布置

式(16.42)中,绕道线路转角δ值主要决定于S值,采用顶板绕道时,由于轨道上山跨越大巷且平车场远离大巷,S值较大,δ可取90°。底板绕道时,为了减少上山在岩石中的开掘工程量,S值应尽可能取小一些。但为了有利于大巷及绕道的维护,S值一般不小于15～20 m。

由于S值较小,绕道转角一般可取45°。(www.xing528.com)

当S及δ确定后,便可进行下列计算:

3)辅助提升车场线路设计

轨道上山下部车场一般采用双轨线路,以便增加车场的运输能力。根据车场内调车方式不同,储车线线路可分为普通坡度(流水坡度)及自动滚行坡度两种。一般多采用自动滚行坡度。如图16.36所示为下部平部车场自动滚行线路示意图。图中O-O水平线以上的线路称高道线路或高道,O-O水平线以下的线路称低道线路或低道。高道自上而下甩放车辆,又称甩车线,低道自下而上提升车辆,又称提车线。

图16.36　线路坡度示意图

当机车将空车(有时为材料设备车)顶推入储车线后,自动滚行至低道起坡点C′。停车后,经轨道上山绞车提升最后至区段巷道。掘进出煤或矸石车自轨道上山下放到高道变坡点C,摘钩后自动滚行到储车线终端O点。因此,轨道上山下部平车场,高道为重车道,低道为空车道。

辅助提升车场线路包括斜面线路、储车线平面线路及连接二者的竖曲线线路。

斜面线路是指轨道上山下端的对称道平行线路连接点。当储车线线路采用自动滚行坡度时,储车线线路是指低道起坡点C′到绕道单轨线路。

①斜面线路

轨道上山下端可采用对称道岔或单开道岔,为了调车方便,以采用对称道岔为好,一般采用3号对称道岔。斜面线路设计,即对称道岔平行线路连接点的计算。应先确定高低道储车线线路中心距S1及斜面曲线半径R,然后计算对称道岔平行线路连接点长度L C。

②储车线线路

A.储车线平面线路的布置

储车线包括平面曲线K P,平面曲线与竖曲线间的缓和线C1及储车线终端道岔前的直线段三部分。储车线的长度应能满足煤、矸石及材料车储车长度的要求,其空重车线长度一般均应为0.5列车左右。

确定平面曲线K P时,曲线半径R采用9、12、15、20 m等,线路转角决定于上山及绕道的相对位置,一般上山与绕道之间采取垂直布置。

储车线终端道岔一般选用4号单开道岔。终端道岔前直线段应经过计算确定。

平竖线间的直线段,一般取2 m。

B.储车线线路纵断面坡度

高道线路坡度,按矿车在高道起坡点C点停车摘钩,然后自动滚行至储车线末端停车。

高道线路坡度i G为

式中　　ω′Z——重车基本阻力系数。

低道线路坡度,按矿车在储车线末端停车摘钩,然后自动滚行至低道起坡点C′停车。低道线路坡度i D为

式中　　ω′K——空车基本阻力系数。

高道线路坡度角r G为

低道线路坡度角r D为

确定i G、i D时,如有弯道,还应加弯道的附加阻力系数。

C.高低道线路的有关参数

a.高低道起坡点的合理位置

为操作方便,高道起坡点最好适当超前低道起坡点,高道起坡点超前低道起坡点的水平距离为L2。一般L≤1.5～2.0 m。

b.高低道的最大高低差

两起坡点的垂直高差H称为最大高低差,可由下式计算:

式中　L HG、L HD——高、低道储车线长度。为便于施工及保证工作安全,最大高低差一般不超过1.0 m。

c.高低道线路中心距

高低道线路中心距与最大高低差的大小有一定关系。高低差较大时,高道要砌筑台阶,从线路铺设安全、方便考虑,线路中心距也应适当增大。

高低道线路中心距也与人行道的位置有关。一般采用中间人行道,便于把钩人员操作。③竖曲线参数及相对位置的确定

在斜面线路及平面储车线线路之间设置竖曲线,由于平面储车线有高低道之分,竖曲线分高道竖曲线及低道竖曲线。

A.竖曲线参数

竖曲线参数包括高道竖曲线半径R G、低道竖曲线半径R D、高道竖曲线线路转角βG、低道竖曲线线路转角βD。根据这些参数可计算出高道竖曲线弧长K PG、低道竖曲线弧长K PD以及高道竖曲线切线T G和低道竖曲线切线T D。

竖曲线参数还包括高道竖曲线两端点高差h G、低道竖曲线两端点高差h D、道竖曲线水平投影长度l G、低道竖曲线水平投影长度l D。

a.竖曲线半径

竖曲线半径一般取9、12、15、20 m。R G及R D可取同一数值,当最大高低差较大和β较小时,高低道起坡点C及C′相距较远,为此应将R G取大一些,以便使C及C′靠近。

b.竖曲线线路转角

高道竖曲线线路转角:

低道竖曲线线路转角:

当高低道最大高低差较大时,可以不改变竖曲线半径,而使高道或低道经两次变坡(图16.37(c)、(d)所示)或者高低道均经二次变坡(图16.37(e)所示),使起坡点C′及C距离较近。高低道线路均经二次变坡时,使平面斜面交线处甩车线上抬,提车线下扎,但上抬角及下扎角一般不超过5°。

图16.37　下部车场高低道起坡点间距的限定方法

c.高低道竖曲线两端点高差h G及h D

高低道竖曲线两端点高差h G及h D(图16.38所示)。

高道竖曲线两端点高差:

低道竖曲线两端点高差:

d.高低道竖曲线水平段投影长度l G及l D

高低道竖曲线水平段投影长度l G及l D(图16.38所示)。

高道竖曲线水平投影长度:

低道竖曲线水平投影长度:

图16.38　竖曲线两端点高差及水平段投影长

B.高低道竖曲线相对位置的确定

高低道竖曲线相对位置用高低道上端点的斜距L1及高低道起坡点的水平距离L2表示,如图16.39所示。

图16.39　竖曲线及平车场线路各参数剖面示意图

(2)石门装车式下部车场

开采煤层群时,可自主要运输大巷掘采区石门联系各煤层。此时,轨道上山多布置于煤层组下部稳定的薄煤层或底板岩石中,在石门内布置装车站,进行列车的调运及装载。上山与石门间的绕道是连接轨道上山与石门的通路。为了便于独头石门通风,在石门尽头处设风道与输送机上山相连。

石门内的线路布置与大巷装车式下部车场基本相同,主要决定于装车点的数目。如石门只有一个装车点时,装车站线路布置可采用尽头式。如石门很长时,则在石门最里面的一个装车站采用尽头式,外面装车站采用通过式,煤仓可设2个或3个。以煤仓为界,空车储车线位于近运输大巷一端,重车储车线位于另一端。如石门长度不能完全满足装车线路布置的要求时,可将部分重车储车线转入最上一层煤的平巷内或适当延长石门长度。

石门内的调车方法可采用调度绞车调车、矿车自动滚行调车。图16.40所示调度绞车调车时,石门内分别有一个装车点及两个装车点的路线布置。

图16.40　石门装车站线路布置

(3)绕道装车式下部车场

在大型或特大型矿井中,采用大巷装车场,可能使大巷运输能力受到影响。如果采用石门装车场,又受到石门长度等限制。在这种情况下可采用绕道装车站。下部车场具有绕道装车站的下部车场,称为绕道式下部车场。绕道位置可设在底板内或设在顶板内。

绕道装车站的线路布置有单向绕道、双向绕道和环形绕道三种。

绕道装车式下部车场内均采用机车调车,根据装车站线路布置方式,可分别采用机车顶推、牵引、环行运行等调车方式。

图16.41所示为双向绕道机车顶推调车。空列车由井底车场驶来,过渡线道岔,进入调车线,停车后机车顶推空列车入空车储车线。

图16.41　双向绕道机车顶推调车

图16.42所示为单向绕道机车牵引调车,空列车由井底车场驶来,过渡线道岔,进入绕道,停于空车储车线,机车牵引重列车驶向井底车场。

图16.43所示为环形绕道环行运行调车。机车牵引空列车至空车储车线后,机车摘钩,单独通过设在重车储车线一侧的通过线进入重车储车线,拉出重车,然后到大巷重车线。

绕道式装车空重车储车线的位置与装车站线路布置及调车方式有关。采用机车顶推入站或机车环行运行的方式时,空车储车线位于远离井底车场一侧,重车储车线位于井底车场方向一侧。当采用机车牵引入站的方法时,储车线位置恰好与上述相反。

空重车储车线的长度与大巷通过式相同。

图16.42　单向绕道机车牵引调车

图16.43　环行绕道环行运行调车