采区中部车场线路设计分析

采区中部车场一般采用甩车式车场。甩车式中部车场根据起坡处线路数目的不同可以分为单道起坡甩车场及双道起坡甩车场。按照甩车方向,甩车式中部车场又可分为向两侧区段巷道甩车的双向甩车场及向一侧区段巷道甩车的单向甩车场。

(1)单道起坡甩车式车场

1)甩入平巷的单道起坡甩车场

图16.44所示为一个车场线路先进入煤层顶板再转入平巷单道起坡的单向甩车式中部车场,这种车场线路布置的特点:甩车道内只布置单轨线路,到区段平巷后,才变为双轨线路,除厚煤层外,图中所示的平面曲线已进入煤层顶板,并以异向曲线连接方式转入区段平巷内。

图16.44　甩入平巷的单道起坡甩车场

从图16.44中可以看出:该中部车场线路可分为斜面线路、平面线路及连接两者的竖曲线三部分。

①斜面线路

斜面线路一般沿煤层底板布置。

A.斜面线路布置方式

斜面线路布置方式有斜面线路一次回转方式及斜面线路二次回转方式两种。

斜面线路一次回转方式,如图16.45(a)所示。其特点是:甩车的单开道岔设在斜面线路上,岔线末端直接与竖曲线AC相接。由于斜面线路未设斜面曲线,线路只经过一次角度的回转,故称为斜面线路一次回转方式。回转角即为道岔的辙叉角α。斜面线路经过一次回转后,道岔岔线OA的倾角β′为伪斜角,称为一次伪斜角,竖曲线在一次伪斜角上起坡。

图16.45　斜面线路回转方式

图16.45(b)所示为斜面线路二次回转方式。线路从道岔岔线OD段接斜面曲线DA,使线路的斜面回转角,由一次回转角α,进一步增大到二次回转角δ。从斜面曲线末端开始布置竖曲线AC,竖曲线转角为二次伪斜角β″。

布置斜面曲线的目的是减少巷道交岔点的长度和跨度,以利于交岔点的开掘和维护。但是斜面曲线转角不宜过大,否则将会加大矿车提升牵引角,如图16.45(c)所示。提升牵引角θ是矿车行进方向和钢丝绳牵引方向的夹角,此角造成提升时的横向分力,此角越大,横向分力也越大,甚至可能使矿车倾倒,使运输可靠性变差。设计时,一般控制斜面线路二次回转角δ不得大于30°。两种布置方式的选择主要决定于围岩条件。围岩条件好,可考虑采用一次回转方式。在一般情况下,大多采用二次回转方式。

B.斜面线路连接系统参数

以二次回转方式为例,斜面线路连接系统参数包括角度参数(δ、α′、β′、β″)及轮廓尺寸参数(m、n等),如图16.46所示。

斜面线路为一单开道岔非平行线路连接,其主要轮廓尺寸参数m、n的计算方法同前。

图16.46　回转角及伪倾角的计算

②竖曲线

单道起坡时,平面线路坡度在3‰左右,计算竖曲线时可按水平考虑。因此,平面线路与斜面线路夹角即二次伪斜角β″。竖曲线半径R1的数值如前所述。根据β″及R1,便可求得竖曲线之切线及弧长K′P,如图16.47所示。

图16.47　竖曲线参数

图16.48　斜面曲线与竖曲线部分重合

为了减少斜面线路的长度,也可将两个曲线重合一部分。如图16.48所示,平面斜面交点B以上的那部分竖曲线与斜面曲线重合。重合布置时应注意竖曲线不能进入道岔。道岔是一个整体结构,不能进行纵面弯曲。

③平面线路

如图16.48所示,起坡点C以下,进入该中部车场的平面线路。

在平面曲线与竖曲线间设置缓和直线段C1,其数值不宜小于2 m。

平曲线半径R如前所述。若区段平巷与上山夹角为90°,则穿进煤层顶板的平曲线左侧部分的线路转角为90°-δ′。根据R及转角便可得该曲线之切线T,及弧长K P1与该曲线相接的穿进煤层顶板的平曲线右侧部分及转入区段巷道的平曲线,其线路转角δ″可取45°。据此,便可求得T2、KP2等参数。

当线路转入平巷后,平行移动了S距离。

其中e为竖曲线切线交点B至区段平巷线路中心线间的距离,当区段平巷位置及巷内轨道线路布置确定后,e值已知。

平移距为S时,异向曲线中缓和直线段C2为

平巷内的储车线长度为L H,可根据具体情况决定。如为1 t矿车运输时,可采用简易道岔,L j为简易道岔平行线路连接点长度。

④平面线路的平面图及坡度图

为了绘出设计图纸和按设计施工,必须计算线路系统在平面图上的各部分尺寸和纵断面图上各线段转折点的标高。

平面图上各部尺寸的计算公式已如前所述。当甩车道倾角不大时,为了简便,不必换算,可直接按斜面尺寸绘制。只要把标注的尺寸加上括号以示与平面尺寸的区别即可。

纵剖面图上各点标高,在线路各段的长度和相应的角度(或坡度)已知后,可以很容易地算出。

各点标高分别为:

O点相对标高为±0

D点:hD=-h0-D

A点:hA=-(h0-D+hD-A)

C点:hC=-(h0-D+hD-A+hA-C)

计算结束后,绘制线路坡度图,如图16.49所示。

图16.49　线路坡度图

2)甩入绕道的单道起坡甩车场(www.xing528.com)

甩入绕道的单道起坡甩车式中部车场,其线路布置与先进入煤层顶板,再转入平巷的采区中部车场相似,如图16.50所示。为了便于维护巷道,应使绕道与上山之间的煤(岩)柱具有一定厚度。因此,线路进入平面后,应沿着竖曲线切线方向向顶板延伸,与平曲线相接,绕过上山后,再以异向曲线线路连接区段平巷储车线。

绕道部分设计重点在确定绕道线路的位置,即确定绕道线路至输送机上山底板的高度及绕道线路至区段平巷线路间的水平距离。

3)甩入石门的单道起坡甩车场

甩入石门式中部车场线路布置如图16.51所示。它是多煤层采区联合布置最常用的一种方式。图中L H为储车线长度,L K为单开道岔非平行线路连接点轮廓尺寸,C1、C2为缓和线长,D为插入的直线段长度。

该车场线路布置的要点是确定石门与上(下)山的水平间距P及插入直线段长度D。

图16.50　甩入绕道式中部车场

图16.51　甩入石门的单道起坡甩车场

(2)双道起坡甩车式车场

双道起坡是在斜面上设甩车道岔和分车道岔,使线路在斜面上变为双轨,空重车线分别设置竖曲线起坡。

双道起坡甩车式中部车场,可分甩入平巷式、甩入绕道式及甩入石门式三种。其车场线路由斜面线路、平面线路及竖曲线三部分组成。常见的甩入平巷的双道起坡甩车场,如图16.52所示。

1)斜面线路

甩入平巷双道起坡的中部车场,在斜面上的线路连接可采取“道岔-道岔”系统或“道岔-曲线-道岔”系统。

“道岔-曲线-道岔”系统的特点是在No.1道岔岔线末端设一斜面曲线,然后接No.2道岔使单轨变为双轨,再设置竖曲线到平面,如图16.53(a)所示。

图16.52　甩入平巷的双道起坡甩车场

图16.53　斜面线路布置方式

“道岔-曲线-道岔”系统的主要优点是,由于道岔间设有斜面曲线,回转角较大,故甩车场斜面交叉点的长度和坡度均较小,易于开掘和维护,便于设置简易交岔点。

因此,当上山作为辅助提升采用简易交岔点时,多采用这种线路连接系统,围岩松软时更为适用。其缺点是:斜面线路长,提升牵引角大,No.1道岔与No.2道岔间增设了斜面曲线,把钩人员往返路程远。

“道岔-道岔”系统的特点是No.1道岔与No.2道岔直接相接,如图16.53(b)、(c)、(d)所示。

图16.53(b)所示为“道岔-道岔”系统斜面线路一次回转方式。图中No.2道岔的主线接No.1道岔的岔线,No.2道岔岔线接连接点曲线。斜面线路作一次回转,其回转角为No.1道岔的辙岔角α。这种布置方式虽提车顺畅,但交岔点较长,采区中较少采用。

图16.53(c)所示为“道岔-道岔”系统斜面线路二次回转方式。图中No.2道岔主线接连接点曲线,岔线接直线。斜面线路二次回转角δ为两个道岔辙岔角之和。这种布置方式的提升牵引角较“道岔-曲线-道岔”系统稍小,交岔点的长度和跨度也不过分增大,因而被广泛采用。

图16.53(d)所示为“道岔-道岔”系统线路先竖后平的布置方式。其特点是在斜面线路上取消了连接点曲线,使两个竖曲线分别在一次、二次伪斜角上起坡。线路经竖曲线落平后,再用平曲线使其达到预定的线路中心距。这种布置方式提升牵引角小,线路布置比较紧凑,只是线路中心距较大,适于巷道中间布置人行道;否则,巷道断面太大。平面储车线线路可设在平巷内,图中的R、R+S为双轨曲线的两个半径,R2为调整线路中心距的曲线半径,F G为直弧线。储车线设在石门方向时,线路布置应相应改变。

斜面线路包括斜面非平行线路及斜面平行线路两部分。

确定斜面平行线路各参数前,首先应确定其轨中心距S1,确定轨道中心距的原则与轨道上山下部平车场相同。

在进行斜面线路计算时,应将斜面线路回转角α1及α2的水平投影角α′1和α′2以及与之相应的一次伪斜角β′及二次伪斜角β″同时计算出来,便于绘制平面图及计算平面线路。

2)平面线路储车线高、低道线路

此时的平面线路是指高、低道竖曲线起坡点到区段平巷间的水平线路,其中主要是储车线。

从起坡点到No.3道岔平行线路连接点为储车线长度,辅助提升时,可取2～3钩串车长度。

在图16.53(a)中,储车线由平曲线、缓和线C和保证储车线长度的直线插入段三部分组成。图中的上山与煤层倾角一致,储车线直线段线路垂直于轨道上山,则平曲线线路转角为

选定平曲线半径R后,便可计算出平曲线各参数。

双道起坡甩车式中部车场的提车线为重车线,甩车线为空车线。

确定高低道起坡点的相对位置,高低道的最大高低差,高低道线路中心距的原则与轨道上山下部平车场相同。

3)竖曲线

双道起坡甩车场竖曲线各参数的计算方法与轨道上山下部车场相同,但竖曲线所对应的伪斜角为一次或二次伪斜角,与轨道上山下部平车场竖曲线对应的起坡角有所不同。

竖曲线的相对位置用高低道上端点斜长L1及高低道起坡点的水平距离L2表示。

现以斜面线路二次回转方式为例说明L1、L2的确定方法。

如图16.54所示,斜面线路布置的特点是:低道竖曲线紧接在连接点曲线之后布置,但高道竖曲线上端点不能进入第二道岔。

将提、甩车线向垂直轴上投影,可得以下关系式:

将提、甩车线向水平面上投影,得

一般已知H、R G、R D,按上述公式求L1及L2。如同轨道上山下部平车场一样,高低道起坡点应尽可能接近,或者高道起坡点超前低道起坡点1.5～2.0m。当求出的L2＞2.0m时,应另取R G重新计算,为了避免重复计算,可先定L2、L D和H,求未知数R G和L1。为此需解以下两个方程:

图16.54　斜面线路二次回转方式竖曲线位置的确定

若计算后,发现高道竖曲线上端点进入了第二道岔的b2段,即L-L1＜b2,则应调整线路系统,把第二道岔末端定为高道竖曲线上端点,使低道竖曲线位置下移,在连接点曲线之下加一直线段。

必须指出:应将求得的R G,调整为常用整数再代入公式内,最后确定L1及L2。