煤矿轨道运输介绍

轨道运输一般是指机车运输，是目前我国金属矿山井下长距离运输的主要方式，担负的基本任务是运送矿石、废石、材料、设备和人员等。它是矿井提升系统的重要组成部分，同时也是决定矿山生产能力的主要因素之一。

优点：轨道运输的运距不受限制，运输成本低，便于矿石分类运输。

缺点：轨道运输是不连续的，生产效率取决于调度及管理水平。

适用条件：适用的巷道坡度不能太大（一般为3‰～5‰），线路坡度太大时运输安全难以保证。

轨道运输的主要设备：有轨道、矿车、牵引设备和辅助机械设备等，其中牵引设备绝大多数矿山都以电机车尤其以架线式电机车为主。

1.1 轨道结构

轨道的作用：是把车轮的集中载荷传播、分散到巷道的底板上，使列车沿轨道平稳、高速运行。

架线式电机车的轨道不仅是电机车、矿车的运行轨迹，同时也是回电电流的导体，是架线电机车供电牵引网络的重要组成部分。

铺设轨道是为了减小车辆运行的阻力。轨道铺设应牢固而平稳，并具有一定的弹性，以缓和车辆运行的冲击，延长轨道和车辆的使用年限。

轨道铺设的质量是列车能否正常行驶的关键。因此，轨道线路应力求平直，在拐弯的地方，在可能的情况下尽可能采用较大的曲线半径，减少列车运行阻力，同时避免过多的线路起伏，以免增加列车运输的困难。

矿井轨道：是由上部建筑和下部建筑所组成的。上部建筑包括钢轨、轨枕、道床和连接零件；下部建筑就是巷道底板。

井下巷道中铺设的轨道通常是窄轨轨道。它除了轨距窄、钢轨轻以外，与地面铁道没有什么区别。轨道主要由道轨（钢轨）、轨枕、道渣和联接件组成，如图1-1所示。

轨道结构

1-钢轨；2-轨枕；3-垫板；4-道钉；5-道渣；6-水沟

1)道轨 也叫钢轨，

作用 是承托和引导运行的车辆。

钢轨的类型 是以单位长度的重量“公斤／米”来表示的，矿用钢轨有轻型和重型两种，前者有8、1l、15、18和24公斤／米，后者有33和38公斤／米。钢轨越重，强度越大，稳固性越好。（书表1-1矿用标准钢轨的规格）

钢轨类型的选择：与阶段的生产能力，机车重量、矿车容积、使用地点、行车次数和行车速度有关。例如生产能力小的矿山，采用1.5吨的电机车，可选用l1～15公斤／米的钢轨；若产量大，采用l4吨的电机车，则可选用24～38公斤／米的钢轨。

钢轨的断面 一般是工字形，钢轨由轨头、轨腰和轨底组成。

矿用标准钢轨的规格

运输量与机车质量、矿车容积、轨距、轨型的一般关系：

2)轨枕

轨枕的作用 是承受钢轨传来的载荷，并将它传递到大面积的道渣上；固定钢轨，缓冲行车的震动，保证车辆平稳而安全地运行。

轨枕分： 有木质的、金属的和钢筋混凝土的等，目前我国地下矿山主要使用木质轨枕，即枕木；近年来已开始使用混凝土轨枕。金属轨枕价格较高，一般不用。

2)轨枕

木轨枕 能很好地保证轨道的稳定性，加工制作方便，具有足够的强度和弹性，钢轨在枕木上的固定简单。但，木轨枕容易腐朽。所以，通常应进行防腐处理，以延长它的使用年限。

3） 轨枕间距一般小于0.8米。

木轨枕规格

钢筋混凝土轨枕：使用寿命长，维修费用少；抗压强度高；抗腐蚀性能好；取材和制造方便。但，重量大，导电；增大轨道的整体刚度；铺设及修理的劳动强度大。为节省宝贵的木材资源，主要运输巷道尽可能用钢筋混凝土轨枕，为了减少钢筋混凝土的导电性，可在垫板和轨枕之间放置绝缘板，例如橡胶、压缩木板和夹布胶木等制成的绝缘垫。

钢筋混凝士轨枕主要规格：

3)道渣 （道床）

道渣的作用

分压作用。将轨枕下的压力分散并传于路基，使路基面的应力均匀并小于其容许强度；

约束轨道框架。提供道床阻力以约束轨道框架，保持轨道的方向、高低等几何位置；

增弹减振。提供轨道所需要的弹性和阻尼，衰减列车通过时产生的振动，避免过大的动作用力传到路基等下都结构上；

排水，道床所使用的透水性材料，可提供良好的排水性能，对提高路基的承载能力有着重要的作用；

方便维修养护。轨道在行车中产生的不平顺及方向不良可以通过调整枕下碎石加以整治。

道渣一般用块度为20～40毫米的碎石，铺设厚度150～180毫米。

要求：道床材料必须质地坚韧，吸水度低，不易风化，不易破碎。最好的道床料是碎石。碎石料度为20~40mm。道床应有适当厚度（铺设厚度150～180毫米），以使路基面受力均匀且基面应力小于其容许限度。

4)联接件

包括 道钉、垫板、螺栓和鱼尾板（道夹板）。道钉用来联结钢轨和轨枕；垫板加强轨道与轨枕间的联结强度；鱼尾板连接对接的钢轨。

用架线式电机车运输时，为了减少钢轨接头处的电压降，一般在鱼尾板内镶有接触铜片，或者用导线焊接上。

钢轨接头 是轨道最薄弱的地方。把4～5节钢轨焊接成一组，可以使车辆运行平稳，提高车辆运输速度，减小车轮与轨头的撞击次数，提高钢轨的导电性能。缺点是不易拆卸和修理。服务年限长、生产能力大的井底车场巷道中用之。

1.2 轨距和轨道的坡度

1)轨距

是指直线轨道上，两根钢轨轨头内缘在垂直中心线方向的距离。用Sg表示。

我国金属矿常用的轨距有600、720、900毫米等。

新设计的矿山，必须采用标准轨距。这对于矿车的统一，提高矿车的制造质量以及巷道的标准化都有重大意义。

为使机车车辆的轮对在沿着钢轨滚动时不会被楔住，轨顶内侧垂直平面与车轮轮缘之间必须留有一定的间隙。

1)轨距

轮缘距：轮对两车轮轮缘外侧之间距，用S1表示。

游隙x

轨道的坡度

轨道线路的坡度是线路纵断面上相邻两点的高度差与这两点间的水平距离之比，通常用“i”表示通常以千分数表示。巷道坡度一般为3‰，局部坡度不能超过30‰ 。

设一条线路的起点标高为H1（m），终点标高为H2（m），两点间的线路水平距离为L（m），则这条线路的平均坡度（ip）为：

2）轨道的坡度

轨道线路的坡度主要是由井下排水的需要决定的，一般为3‰～10‰。如果坡度小于3‰，巷道排水较困难；坡度过大，电机车将难以牵引车组上坡运行，且制动困难，不安全，轨道与车辆轮缘磨损严重。

等阻坡度：重列车下坡时的运行阻力等于空车上坡时的运行阻力的线路坡度。最理想的轨道线路坡度就是等阻坡度。设计时一般按3‰考虑。

1.3.1 弯道

1）弯道的表示及铺设（P8）

弯道特征要素用中心角α、曲线半径R、曲线段弧长L、切线长度T等参数来表示，在设计图中应集中标注并标出曲线的中心O。

各要素之间的关系为：

1.3.1 弯道

2）最小弯道半径

车辆在弯道上运行时，由于离心力的作用，使轮缘与轨道间的阻力增加，而离心力和弯道阻力的大小与车辆运行速度、弯道半径和车辆轴距等因素有关。因此，最小弯道半径应根据车辆运行速度和轴距大小来确定。

当转角小于或等于90°，两轴车辆的运行速度小于1.5m/s时，最小弯道半径不得小于轴距的7倍；运行速度大于1.5m/s时，最小弯道半径不得小于轴距的10倍；运行速度大于3.5m/s时，最小弯道半径不得小于轴距的15倍。当转角大于90°，最小弯道半径均按大于轴距的10～15倍计算。

3）轨距加宽：

在弯道上运行的车辆，由于车轴是固定在车架上，不可能与弯道半径取得一致方向，所以容易发生轨头将车轮缘楔住以及车辆运行阻力和磨损剧烈增加的现象。因此，必须在弯道处将轨距适当加宽，使这些现象基本消除 。

加宽轨距时，外轨不动，只将内轨向弯道曲线中心方向移动规定的距离。轨距的加宽是在与曲线段两端相衔接的直线逐渐进行的，到曲线段与直线段的切点上，轨距就加宽到规定数值，在整个曲线段内应保持规定的加宽值。从直线段开始加宽轨距点起到直线段与曲线段的切点为止的线路长度，称为轨距加宽递减距离。轨距加宽递减距离一般按轨距加宽值的100~300倍计算。

（4）外轨抬高

当车辆行经弯道时，将产生作用于车辆重心的离心力，使车轮轮缘挤压外轨或内轨。其结果加剧了轮缘和钢轨的磨损，并使运行阻力增加，严重时将发生脱轨甚至翻车事故。为了消除离心力的上述影响，应将弯道外轨抬高，使车辆在弯道运行时，离心力与矿车重量的合力垂直轨道平面，如图1-4所示。这样就使车辆不再受横向力作用的影响而顺利通过弯道。

外轨抬高的方法是增加外轨下面的道床厚度。在铺设与弯道外轨两端衔接的直线段钢轨时，应将它作成3‰～10‰的下坡，在整个弯道内保持计算的外轨抬高量。用3‰～10‰的下坡所铺的这段钢轨长度，称为外轨抬高递减距离。外轨台高递减距离一般按外轨抬高量的100～300倍计算。

5）轨道中心线间距及巷道加宽

当车辆在弯道上运行时，车箱中心线的两端点就凸出于轨道中心线之外；车箱中心线中点偏移于轨道中心线内侧。因此，线路中心线与巷道支柱之间的间距应适当加宽。

一般情况下，曲线段两轨道线路中心线间距可按两直线段线路中心线间距再加宽300mm。

曲线段巷道的净宽，通常对其外侧和内侧分别加宽200mm和100mm。加宽的范围除曲线段外，尚应包括与其相邻的一段直线巷道。

1.3.2 道岔

道岔 轨道线路是由若干直线段和曲线段联接而成，线路的联接通常都用道岔。道岔是引导单个矿车或列车从一条线路驶向另一条线路的转向装置。

类型

1、按线路间的相对位置，可分为：单开道岔、对称道岔、渡线道岔和菱形道岔等。单开道岔普遍，分左开道岔和右开道岔。

2、按操作方法：分手动的和机械操纵的道岔，弹簧道岔和远距离操纵的道岔等。

1）道岔的类型

对称道岔 是将一条线路分为两条中线对称于原线路中线的道岔。又称双开道岔。多用于装车站和井底车场。

渡线道岔：将两条平行线路连接起来的道岔。

1）道岔的类型

道岔标号的表示：用轨距、轨型、道岔型号及道岔曲线半径表示。如：624-1/4-12右道岔，6—轨距600mm，24—轨型24kg/m，1/4—道岔型号，12—道岔曲线半径12m，右—右开道岔。

2）单开道岔的构造（图1-8）

包括尖轨、基本轨、转辙器、过渡轨、护轮轨、辙岔。

道岔型号：

常用的道岔型号有1/3、1/4、1/5等三种，通称3号、4号、5号道岔。

警冲标：用来指示车辆停车时相邻两条线路的最小安全距离。

α角是辙岔岔心角。为了便于计算和制造，通常用辙岔型号M表示辙岔的技术特征。用岔心角的半角正切值的两倍表示道岔型号M，即：

常用的道岔型号有1/3、1/4和1/5等三种。

警冲标是用来指示车辆停车时相邻两条线路的最小安全距离，以防止停留在该线路上的车辆与邻线路上的车辆发生侧面冲撞的标志。超过警冲标以后，相邻两车彼此都在对方的安全限界之外，不会发生刮蹭现象。

4)道岔的选择

选择道岔时应考虑以下几个方面：

与基本轨的轨距相适应。如基本轨的轨距是600mm，就应选用600mm轨距的道岔；选用762mm及900mm轨距时也一样。

与基本轨的轨型相适应。基本轨是哪种型号，道岔也应选用哪种型号。有时也可以采用比基本轨轨型高一级的道岔，但不允许采用低一级的道岔。如基本轨线路轨型为18kg/m，道岔的轨型也应选用18kg/m，有时也可以选用24kg/m的，但不能选用15kg/m的。

(4)道岔的选择

选择道岔时应考虑以下几个方面：

与行驶车辆的类别相适应。多数标准道岔都能行驶电机车和矿车，少数标准道岔由于曲线半径过小或岔心角过大，只能允许行驶矿车。

与车辆的行驶速度相适应。有的道岔允许行驶速度可在1.5~3.5m/s之间，而有的道岔则限制在1.5m/s以下。一般曲线半径越小，岔心角越大，允许车辆行驶的速度就越小。

4）线路分岔联接点的平面布置和计算