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1、矿井设计,山东科技大学资源与环境工程学院,主讲：马其华,联系方式：0532-860,57357，13465818775，QQ：326569488，Email：，,矿井设计教学大纲,一、课题的性质和目的,本课程是采矿工程专业的主要专业课程之一，其目的是使学生掌握车场线路及硐室设计的基本理论和设计方法。学生通过学习本课程应能进行各种窄轨线路设计、车场及硐室设计，为后续采煤课程设计和毕业设计作好必要的准备。,二、课程的基本要求,本课程以课堂讲授为主，精讲多练，并在课堂讲授过程中向学生交待各章节名称及专业英语词汇用法。在各章节中均应布置一定量的课外练习题，提高学生思考问题、理解问题和解决问题的能力。按
2、本课程教学的特点要求，应结合CAI课件进行讲授，空间关系形象直观，便于理解。本课程考核的形式可根据课程内容决定，用大作业、开卷及闭卷考试等相结合的方式进行，着重对知识的理解和应用，尽量避免死记硬背的考试。在教学中，通过习题的布置，使学生深入理解基本原理及设计步骤，提高分析和解决实际问题的能力。,三、课程的内容与要求第一章 轨道线路布置的基本概念（4学时）,1、学习的目的和要求本章为矿井轨道线路联接的有关基本概念和基本知识，目的使学生除理解轨道线路、道岔和钢轨基本概念外，还需掌握线路的平面联接和坡度设计计算方法，为车场设计打下基础。2、课程内容（1）矿井轨道（轨道，道岔）；（2）轨道线路（轨距，
3、线路中心距，曲线）；（3）轨道线路联结计算（平行线路联接，非平行线路联接，纵面线路联接）。3、考核知识点和要求（1）识记：轨道线路联接与布置的基本概念，为矿井轨道线路联接设计计算打下基础。（2）综合应用：掌握并应用轨道线路平面联接、纵面线路联接等参数计算方法和设计绘图。,第二章 采区车场形式选择及线路布置（12学时）,1、学习目的和要求本章为该课程的重点内容，通过本章的学习，学生应熟练掌握采区上部车场、中部车场和下部车场的形式选择及线路布置，并能根据现场实际情况选择车场形式和进行车场设计。2、课程内容（1）采区上部车场形式选择及线路布置（形式选择，顺向平车场，逆向平车场）；（2）采区中部车场形
4、式选择及线路布置（形式选择，单道起坡车场，双道起坡车场）；（3）采区下部车场形式选择及线路布置（大巷装车站，顶板绕道车场，底板绕道车场）。3、考核知识点和要求（1）识记：采区上、中和下部车场的基本形式、特点和适用条件；（2）综合应用：将所学基本知识应用于各种车场设计中，通过习题使学生全面掌握采区上、中和下部车场的参数计算、设计计算及绘制线路布置图。,第三章 采区硐室（4学时）,1、学习目的和要求通过本章学习使学生掌握采区主要硐室，包括采区煤仓、采区绞车房及采区变电所的形式选择及设计方法。2、课程内容（1）采区煤仓设计（形式，参数，煤仓容量及机械式水平煤仓）。（2）采区绞车房设计（位置，平面布置
5、及绞车房维护）。（3）采区变电所设计（形式，位置，平面位置及支护）。3、考核知识点和要求（1）识记：采区煤仓，绞车房和变电所的基本形式、参数、特点和使用条件。（2）综合应用：掌握采区主要硐室的参数选择计算和设计方法。,第四章 新型辅助运输方式的车场及轨道线路联接特点（4学时）,1、学习目的和要求：通过本章的学习，了解近年来发展起来的单轨吊车、卡轨车、齿轨车和无轨运输车等新型的辅助运输方式，基本掌握新型辅助运输车场的轨道线路联接特点。2、课程内容（1）单轨吊车（基本特征，车场及装车点）；（2）卡轨车（基本特征、原理、车场及转载点）；（3）齿轨车（基本特征、原理、车场布置特点）；（4）无轨胶轮运输
6、车和轨道胶套轮机车（基本特征，巷道断面及选择应用）。3、考核知识点和要求（1）识记：近年发展起来的新型辅助运输方式，各自的特点和适用条件；（2）领会：新型辅助运输方式在现代化矿井中的应用及今后发展方向。,第五章 矿井开采设计（8学时）,1、学习目的和要求本章为该课程的重点内容之一，学生在学习采矿学的基础上，进一步应用于矿井开采设计，理论联系实际，实用价值高。通过本章学习掌握矿井设计方法，为今后从事煤矿开采、设计工作打下牢固基础。2、课程内容（1）矿井开采设计的程序与内容（设计依据、设计程序、设计原则及矿井初步设计内容）；（2）矿井开采设计方法及评价标准（放案比较法、统计分析法及开采设计最优化准
7、则）；（3）矿井开拓设计放案比较示例（基本情况、方案比较及综合比较）。3、考核知识点和要求（1）识记：开采设计程序、内容及原则，开采最优化准则；（2）领会：方案比较法、统计分析法、指标定额法和数学分析法；（3）综合应用：掌握并应用“方案比较法”进行矿井设计，在示例、习题的基础上能独立进行基本的矿井方案设计。,第六章 采区设计（4学时）,1、学习目的和要求本章学习矿井采区设计的依据、程序和步骤，使学生掌握采区设计的内容、原则和设计方法。2、课程内容（1）编制采区设计的依据、程序和步骤；（2）采区设计的内容；（3）采区设计的实例。3、考核知识点和要求（1）识记：采区设计的依据、程序和步骤；（2）领
8、会：采区设计的内容；（3）综合应用：通过实例使学生掌握采区设计方法。,四、教材及主要参考书,教 材：徐永圻主编.煤矿开采学（重排修订版），中国矿业大学出版社，2009.7参考书：1.孙宝铮、刘吉昌编.矿井开采设计，中国矿业大学出版社 2.张荣立主编.采矿工程设计手册，煤炭工业出版社,前言,采区车场是矿井设计的重要组成部分。采区车场是采区上(下)山与阶段大巷或区段平巷连接处的一组巷道及硐室的总称。采区车场巷道有甩车道、存车线、联络巷道等；采区车场硐室有采区装车站、人车场及采区煤仓、采区绞车房等。采区车场的主要作用是在采区内运输方式改变或过渡的地方完成转载工作。采区车场形式按地点分为采区下部车场、
9、采区中部车场、采区上部车场；按车场线路布置分为双道起坡甩(平)车场、单道起坡甩(平)车场；按提升对象分为辅助提升甩(平)车场、主提升甩(平)车场。由于地质条件和准备方式不同，车场形式及线路布置也不同，应根据采区地质开采条件合理选择采区车场的形式。,采区车场线路布置的主要工作为：进行采区车场线路总体布置并绘草图；计算各线段和联接点尺寸；计算线路总尺寸；最后做出线路布置的平剖面图。采区硐室布置设计的主要工作为：按采区车场线路设计确定硐室位置；确定硐室或巷道断面的大小；确定硐室或巷道的支护方式及材料消耗等。通过本章学习，应掌握：采区车场的概念、采区车场形式、采区车场线路布置、轨道线路设计及采区硐室布
10、置设计的基本概念和基本知识。采区车场线路布置和采区硐室布置设计构成完整的采区车场设计。由于采区车场设计的主要工作是进行采区车场轨道线路布置设计，因此，第一章首先介绍轨道线路布置设计的基本概念与基本知识。,前言,第一章 轨道线路布置的基本概念,一、矿井轨道（一）轨道,轨道运输是矿井运输的重要方式.矿井轨道：巷道底板铺设的道床、轨枕、钢轨和联结件等，如图所示。,钢轨型号（轨型）：是指钢轨单位长度的质量，以kg/m表示。矿井常用轨型有：24、18、15、11等（原有生产矿井）；现采用标准轨型：15、22、30、38、43（新设计矿井使用）根据使用地点、行车速度和频繁程度及运输设备类型等，一般可按下表
11、选用。,（二）道岔,道岔是使车辆由一条线路转到另一条线路上的装置，由尖轨、辙叉、转辙器、道岔曲轨、护轮轨和基本轨所组成。道岔有单开道岔、对称道岔及渡线道岔三种：（1）单开道岔DK（2）对称道岔DC（3）渡线道岔DX 在线路平面图中，道岔通 常以单线表示，道岔的主 线与岔线的线段用粗线绘 出，如下图所示。,1 单开道岔（DK）,a、b 外形尺寸；：辙叉角；在线路平面图中，道岔以单线表示。道岔主线与岔线用粗实线表示。,2 对称道岔（DC）,3 渡线道岔（DX）,4 道岔型号,标准道岔原来共有615、618、624、918、924五个系列，新标准道岔共有七个系列，即600轨距：615、622、630
12、、643和900轨距：915、930、938。每一系列中按辙叉号码和曲线半径划分为很多型号，如：DK615-4-12、DC624-3-12、DX918-5-2019等。其符号含义如下：（1）DK、DC、DX分别为“单开”“对称”“渡线”道岔的代号。（2）615、618、624、918、924中的6和9分别代表600mm和900mm轨距。（3）符号中第二部分数字为辙叉号码（M），辙叉号码M与辙叉角的关系：,道岔的辙叉号码：单开道岔DK的辙叉号码有2、3、4、5、6几种；对称道岔DC的辙叉号码有2、3两种；渡线道岔DX的辙叉号码有4、5两种。,（4）尾数 单开道岔、对称道岔的尾数代表道岔曲线半径（
13、m）；渡线道岔尾数中，前两位数字代表曲线半径（m），后两位代表轨中心距（dm）。（5）单开道岔、渡线道岔有左向与右向之别。左向道岔在尾数末应加“左”字，如：DK615-4-12（左）、DX918-5-2019（左）。右向道岔 岔线在行进方向（由a b）的右侧。,5 道岔选择原则,1）选择的道岔应与基本轨的轨距一致。2）选择的道岔应与基本轨的轨型一致，可以高一级，不能低一级。如基本轨型是18kg/m，道岔可选18kg/m或者24kg/m。3）选择的道岔应与行驶车辆的种类相适应。多数标准道岔都能行驶电机车与矿车，少数标准道岔由于曲线半径过小或辙叉角过大，只能行驶矿车。4）选择的道岔应与车辆行驶速度
14、相适应。曲线半径越小，辙叉角越大，允许车辆行驶的速度就越小。,二、轨道线路,（一）轨距与线路中心距,轨距：单轨线路上两根钢轨轨头内缘的距离。,采用标准轨距：600mm；900mm。600mm轨距：1t固定矿车、3t底卸式矿车、辅运；900mm轨距：3t固定矿车、5t底卸式矿车。设计图中线路采用单线表示，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。,线路中心距双轨线路的中心线间的距离S，如表14-3所示。（1）直线段：S B，mm。式中：B 机车宽度，mm；两车内侧的距离，煤矿安全规程规定：在双轨运输巷中(包括弯道)两条铁路中心线间的距离，必须使两列对开列车最突出部分
15、之间的距离不小于0.2m；在采区装车点，两列列车车体最突出部分之间的距离，不得小于0.7m；在矿车摘挂钩地点，两列列车车体最突出部分之间的距离，不得小于1.0m。,（2）弯曲段：S B+S，机车运输：S=300mm；其它运输：S=200mm。这是因为在双轨曲线巷道(即弯道)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还要加宽一定数值S。例：1t矿车，机车运输，轨距600mm，机车宽1060mm，则：直线段:S B，mm S=1060+200=1260 1300 mm 曲线段:S B+S S=1300+300=1600 mm,线路中心距一般取100mm为单位的整数。为了设计与施
16、工方便，双轨线路有1200、1300、1400、1600和1900mm等几个标准中心距，一般不选用非标准值，其值可参考如下表14-3选取。,表14-3 双轨线路中心距,（二）曲线线路（弯道）,在矿井轨道线路中，所采用的曲线都是圆曲线，即一段圆弧，故在线路连接计算中，曲线半径是一个重要参数（车场线路=直线段线路+联接点线路（圆曲线）。1、曲线半径R及弯道转角 曲线半径R的确定与车辆行驶速度、车辆的轴距有关，一般可参考下表14-4选取（在机车行驶量比较少的弯道上，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，其曲线半径可采用表中数值的上限）。,在进行曲线线路连接计算时，通常巷道转角为已知
17、，当曲线半径R的选定后，由如图的几何关系即可得出相应的切线长度T和曲线段弧长K。例：已知巷道转角，曲线半径R（选用）；计算：切线长T，弧长K。,曲线线路联接计算,外轨抬高 车辆在弯道上运行时，如果两根轨道仍在一个水平面上，由于离心力的作用，车轮轮缘就要向外挤压外轨，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1035mm之间；600mm轨距时在525mm之间。运行速度越高，曲线半径越小，抬高值应越大。,2 曲线线路的外轨抬高与轨距加宽,轨距加宽 当车辆在弯道运行时，弯道轨距还应该
18、加宽，不然也会发生车轮轮缘挤压钢轨的现象，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。机车运输时，加宽值一般为l020mm，曲线半径大取下限；串车运输时，一船取510mm。外轨抬高与轨距加宽的递增（递减）距离。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(递减)距离，该距离般取外轨抬高值的100300倍，即外轨抬高的坡度在103.3之间。（有时也可以在曲线起点处开始抬
19、高和加宽，逐渐达到规定的数值。）,在曲线段除需外轨抬高和轨距加宽外，由于车辆在曲线上运行会发生外伸和内伸现象，巷道和双轨中心距也需加宽。如图所示，轴距为SB、车长为L的车辆与半径为R的曲线内接。如果在直线段车辆所占的地段宽度为B，则在弯道处所占地段的宽度向外侧增加了1，向内侧增加了2(以影线表示)。,3 曲线段巷道加宽和双轨中心距加宽,图中：L:车长B:车宽R:轨道中心线半径,曲线段双轨中心距加宽：机车：S=300 mm，其他：S=200mm。,曲线段巷道加宽:S=1+2 机车运输时：外侧加宽200mm，内侧加宽100mm,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，
20、为使线路铺设及车辆运行方便，对于机车运输，此段直线段长度L0一般取5m，对于1t矿车串车运输取22.5m。对比较次要的巷道，车辆运行很少时，有时也可以不加宽线路中心距。,三、轨道线路联接计算,轨道线路联接包括：平面线路联接和纵面线路联接。平面线路联接 道岔曲线联接 纵面线路联接 竖曲线联接（线路坡度设计）,（一）平面线路联接1 DK道岔非平行线路联接 用单开道岔和一段曲线线路，把方向不同的两条直线线路联接起来，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，如图所示。,DK道岔非平行线路联接点各参数计算如下（采用道岔岔线与弯道曲线直接相连，巷道转角 参见下图）：,首先选定道岔（如：D
21、K615-4-12），查出参数：a、b、，并确定R、值，然后计算线路联接点各参数如下：,2 DK道岔平行线路联接,同一巷道中，用DK道岔和一段曲线使单轨线路变为双轨线路，如图所示。图中的S值即为双轨线路中心距，为使线路中心距达到预定的值，在道岔岔线末端与曲线段之间应插入一直线段c。,DK道岔平行线路联接点各参数计算：首先选定道岔型号，则：道岔参数a、b、为已知；再选定联接曲线半径R及线路中心距S；求：DK道岔平行线路联接系统的轮廓尺寸。,B=S ctg；m=S/sin；n=m T；T=Rtg(/2)；c=n b；L=a+B+T L DK道岔平行线路联接系统的长度，是联接点的主要轮廓尺寸和参数，
22、亦可根据设计已知条件，从窄轨道岔线路联接手册中直接查出各联接参数值。,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。线路由斜面过渡到平面时，为了避免线路以折线状突然拐到平面上，斜面线路与平面线路之间均需设置竖曲线，以使车辆运行平稳可靠。在设计中，竖曲线半径R1一般取下述值：对于1.0t、1.5t矿车：9m、12m、15m；对于3.0t矿车：12m、15m、20m。,（二）纵面线路的竖曲线联接,（二）纵面线路的竖曲线联接,竖曲线 是线路纵面方向上呈曲线（圆曲线）状的曲线，如图AC段。A 竖曲线上端；B 平面与斜面交点；C 竖曲线下端，
23、又称为起坡点（落平点）；平面线路与斜面线路的夹角，即竖曲线转角（已知）R1竖曲线半径；T 竖曲线切线；K竖曲线圆弧长，则：,设计中竖曲线半径R1取值：对于1.0t、1.5t矿车，R1：9、12、15m；对于3t矿车，R1：12、15、20m。,竖曲线半径R1是采区车场设计中的一个重要参数。R1过大，使得车场线路布置不紧凑，增加车场巷道工程量，同时推后了摘挂钩点的位置，延长了提升运输时间。反之，如果R1过小，又会出现矿车变位太快，容易使得矿车在竖曲线处车轮悬空而掉道，如图所示。,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。如图所示线路AB的长度为L,点A、B的标高分别为HA、HB,标高差h=HB-HA,坡度角为，则当线路坡度很小时，cos1，故：,0,0,线路坡度的确定 对不同的运输方式，可选用不同的线路坡度。1）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0.30.5的坡度，以利于排水。2)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0.30.5，有时略大一些。3）车场线路中，有时采用自动滚行坡度，即在自动滚行中，利用轨道的坡度控制速度。,
