交岔点设计指导书doc

井巷工程课程设计大纲

前言

井巷工程课程设计是采矿工程专业教学环节的重要一环，经过《井巷工程》课程的理论学习、实验模型参观等教学环节后，在同学们对基本理论掌握的基础上进行，通过此设计加强同学们运用所学理论知识解决实际问题的能力，为以后工作奠定基础。

本课程设计属教学性设计，设计题目由指导教师拟定，学生应根据大纲要求，在规定的时间内认真独立的完成、计算、绘图、编写说明书等全部工作。

设计中要认真贯彻《煤矿安全规程》、《煤炭工业矿井设计规范》以及国家制定的其它有关煤炭工业的方针政策。

一、设计题目及要求

给出设计的题目、已知条件：分岔点类型、支巷位置、支巷对主巷的转角δ；各巷道净宽B1、B2、B3，轨道中心线至墩柱一侧边墙的距离b1、b2、b3；墩柱宽度（一般500㎜），轨道的曲率半径、道岔类型（可根据运输机选择）。

二、 交岔点平面尺寸设计内容

设计说明书编写内容 1、交岔点平面尺寸设计 1.1计算曲率中心的位置

1.2基本起点（预定为变断面起点）至变断面（斜墙）终点的水平距离P 1.3计算交岔点的最大宽度TM 1.4计算柱墩至基本轨起点的距离L2 1.5计算斜墙斜率及（斜墙）变断面的起点Q 1.6计算交岔点的总长度L 2、设计交岔点墙高

2.1确定墙的高度降低的斜率

2.2按半圆拱断面公式验算TN断面的高度

3、计算工程量、材料消耗、编制工程量及材料消耗表 4、绘图

4.1按1：100的比例绘制交岔点平面图

4.2按1：50的比例绘制主巷、支巷及最大宽度处的断面图

三、设计要求：

（一）设计说明书力求文字简练、字体工整、计算准确、图文清晰；计算公式须注明公式符

号，代入数字，写出结果。（长度尺寸精确到㎜、角度尺寸精确至秒）。 （二）绘图应按比例，图面要干净，线条清晰、准确，尺寸完整，文字应用仿 宋体，图纸规格应符合正规矿用图纸要求。 附：井巷工程交岔点设计题目一、二、三、四。

题目一

已知条件：某单轨巷道单侧分岔点，支巷在主巷左侧，其B1=B2=B3=2500㎜， b1=b2=1150㎜，b3=1350㎜采用7吨架线式电机车，1吨矿车，600㎜轨距，三条巷道均为半圆拱，墙高都为1800㎜，砌体厚度为300㎜，交岔点牛鼻子厚度为600㎜，δ=45°，试设计该交岔点。

题目二

已知条件：某双轨巷道单侧分岔点，支巷在主巷右侧，其： B1=B2 =4000毫

米（主巷），B3=2400㎜（支巷），b1=b2=b3=1030㎜，δ=45°，m=1600㎜，（加宽后的轨道中心距），三条巷道均为半圆拱，墙高1800㎜，砌体厚度300㎜，牛鼻子厚600㎜，采用7吨架线式电机车，一吨矿车，600轨距，设计该交岔点。

题目三

已知条件：某双轨巷道单侧分岔分支点，支巷在主巷右侧，其B1=B3=4000毫

米，B2= 2400㎜，m=1600㎜，（加宽后的轨道中心距），b2=b2=1030㎜,b3=1350㎜，δ=45°，壁厚300㎜，牛鼻子厚600㎜，采用7吨架线式电机车，一吨矿车，600轨距，弯道半径R=15000㎜，试设计该交岔点。

题目四

已知条件：某单轨巷道对称分岔点，其B1=B2=B3=2500㎜，b2=b2=b3=1150㎜，

三条巷道均为半圆拱，墙高1800㎜，砌体厚度250㎜，牛鼻子处500㎜，7吨架线式电机车，600轨距，δ=45°，试设计该交岔点。

设计要求：

1、设计时按班分组，每班按学号分别做1-4题，循环对应，4个人一个循环，如1-4、5-8号、9-12号、13-16号分别做1-4题。

2、说明书的书写用统一的设计说明书和图纸，说明书用黑色碳素笔。 说明书封皮内容：

例如：

井巷工程课程设计

--单轨巷道单侧分岔点设计

单位：能源学院 班级：采矿工程× 姓名：××× 学号：××× 指导教师：×××

说明书内容包括：目录：前言；一、设计题目（已知条件） ；二、交岔点平面尺寸设计；三、交岔点墙高；四、计算工程量、材料消耗、编制工程量及材料消耗表 注：说明书中应有所有的插图

图纸标题栏的名称：××××××设计 班级、姓名写完整

三、交岔点设计

交岔点设计包括平面尺寸、断面形状和尺寸和工程量、材料消耗量等内容。 ㈠平面尺寸的确定

确定交岔点平面尺寸，就是要定出交岔点扩大断面的起点和柱墩的位置，即交岔点斜墙的起点至柱墩的长度，定出交岔点最大断面处的宽度，并计算出交岔点单项工程的长度。这些尺寸主要取决于通过交岔点的运输设备类型、运输线路布置的型式、道岔型号以及行人和安全间隙的要求，所以在设计前，应首先确定各条巷道的断面及主巷与支巷的关系，并以下述条件作为设计交岔点平面尺寸的已知条件：所选道岔的a、b、a值，支巷对主巷的转角?；各条巷道的净宽度、B1 、B2、B3及其轨道中心线至柱墩一侧边墙的距离b1，b2、b3。此外，尚需确定往墩的宽度(一般取500mm)，轨道的曲率半径R。

交岔点的种类很多，在表8-2中列出了六类交岔点的计算图和计算公式。其中第一类、第四类和第五类是基本的，其他类型可视为这三类的变换或组合。因此下面只讨论第一类交岔点的计算。

1．单轨巷道单侧分岔点（图8-58）

图8-58 单轨巷道单侧分岔点平面尺寸计算图

a—辙岔中心至道岔起点的距离；b—辙岔中心至道岔终点的距离；L—道岔长度

首先，应根据前述己知条件求曲线半径的曲率中心O的位置，以便以O为圆心、R为半径定出弯道的位置。O点的位置距离基本轨起点的横轴长度为J，距基本轨中心线的纵轴长度为H，可如下求得：

J?a?bcos?Rsin? （8-25） H?Rcos??bsia? （8-26） 从曲率中心O到支巷起点T联一直线，此OT线与O到主巷轨道中心线的垂线之夹角为θ，其值为：

??cos?1H?500?b2R?b3 （8-27）

注意：此处之θ角不是原来规定的巷道转角?。

基本轨起点(预定为变断面起点)至变断面（斜墙)终点的水平距离为P： P?J?[R?(B3?b3)]sin??J?(R?b3?B3)sin? （8-28）为了计算交岔点最大断面宽度TM，需解直角三角形MTN：

TM?NM2?TN2 （8-29）

而 NM=B3sinθ （8-30） TN?B3cos??500?B2 （8-31）

于是，自基本轨起点至柱墩的距离：

L2?P?NM （8-32）

为了计算交岔点的断面变化，需确定斜墙TQ的斜率i，其方法是先按预定的斜墙起点(变断面起点)求算斜率i0，然后选用与它最相近的固定斜率i即： i0?TN?B1P （8-33）

根据i0值的大小，选取i为0.2或0.25或0.3，个别情形可取0.15。

确定了斜墙的斜率后，便可反算定出确定的斜墙(变断面)的起点Q（Q点可在Q0右边或左边)及交岔点扩大断面部分的长度： L0?TN?B1i （8-344）

于是，变断面(断面加宽)的起点至基本轨起点的距离Y：

Y=P-L0 （8-35） Q点在Q0点之右，Y值为正，在Q0点之左，Y值为负。

交岔点工程的计算长度L，是从基本轨起点算起，至柱墩M点再延长2000㎜，于是

L=L2+2000 (8-36)

在支巷处，交岔点的终点应取为从柱墩面算起，沿轨道中心线2000mm处，也可近似 的按直墙2000mm计算。

㈡交岔点的中间断面

1．交岔点各中间断面的宽度，取决于通过它的运输设备的尺寸、道岔型号、线路联接系统的类型、行人及错车的安全要求。

2．考虑到运输设备通过弯道和道岔时边角会外伸，与直线段巷道相比，文岔点道岔处的中间断面应加宽，加宽要点如下：

1)单轨巷道单侧分岔点：在弯道内侧加宽100㎜。其外侧因外伸值不大，可不再加宽，但若安全间隙很小，则应加宽200㎜。加宽范围为道岔转辙中心(理论中心)左边5m和右边1 m。

2)双轨巷道单侧分岔点，在怠岔转辙中心前5m一段，双轨中心线距应加宽200mm或200mm以上，并在其左、右各设置5m过渡线段，因而在此范围内，巷道外侧也要相应加宽。 3)双轨巷道单侧分岔分支点，在道岔转辙中心前5m一段，双轨中心线距应加宽

300㎜或300㎜以上，并在其左设置5m过渡线，因而在此范围内，巷道外侧也要相应加宽。 4）单轨巷道对称分岔点，两侧均应加宽。

5)双轨巷道分支点，从弯道曲率中心向右开始加宽200mm或200m以上，并在其左设置5m过渡线，因而在此范围内，巷道外侧也要相应加宽。 6)双轨巷道对称分支点，从弯道曲率中心向左3m段，两轨中心线均应分别向外移动200mm或更多，即双轨中心线加宽400mm或更多，并在其左也设置5m过渡线段，巷道也就要相应加宽。

3．为了施工方便和减少通风阻力，在井底车场交岔点内，一般应不改变双轨中心线距

及巷道断面(指边墙加宽做成台阶状)，这样，在设计交岔点时，中间断面应选用标准设计图册中相应的曲线段的断面(即参考运输出备通过弯道或道岔时边角外伸，双轨中心线距及巷道宽度已加宽的断面)。

4．交岔点中间断面斜墙侧，按选用的斜率i每米巷道递加i米。若交岔点采用砌碹支护，则每米架设一架的碹胎宽度，亦应递加i米。

5．交岔点中间断面(扩大部分)拱高的确定方法与一般巷道相同。然而，由于各中间断面的拱高将随净宽的递增而升高。为了提高断面利用率，减少掘、支工程量，在满足安全、生产与技术要求的条件下，可将中间断面的墙高相应递减；也可采用调整拱形改变拱高的办法(锚喷支护交岔点采用此法较为方便)，使巷道全高的增加幅度不过大(图8-59)。

降低后的墙高或调整后的拱高，在T、N、M三点处应相同。这几处的巷道断面仍应保证运输设备、行人及管线装设应有的安全间隙和距离，故必须按第三章中所述方法和公式对墙高进行验算。设变断面部分起点处墙高为hB1，降低后最低处墙高为hTN，则墙高降低的斜率i?为：

i??

有了i?值，便可求得每米墙高递减值。T、N、M三点处墙高均是hTM，hTM与以B2、B3为净宽的巷道的墙高hB1、 hB3，的差值宜在200～500mm。如果?h值过大，对碹体施工和安全都不理想；?h值过小，则降低墙高的意义不大。在生产中，为了施工方便，往往采取不降低墙高的做法。

hB1?hTNL0 （8-37）

图8-60 交岔点工程量计算示意图

a—降低墙高；b—降低拱高

㈢交岔点支护厚度的确定

锚喷支护交岔点属于《煤矿井巷工程锚杆、喷浆、喷射混疑土支护设计试行规范》规定的加强支护工程，因此其锚喷参数口按大断面最大宽度TM选取上限值。分支巷道加强支护的长度，自柱墩起3～5m(计算交岔点工程长度时，仍取为2m)。

对于砌碹交岔点，巷道净宽度是由小到大渐变的，为便于施工和保证质量，在巷道宽度变化的长度内，按最大宽度选取拱壁厚度。分支巷道拱壁厚度，按各自的净宽度选取。

柱墩的宽没一般为500mm，长度视岩石条件、支护方式及巷道转角而定，一般为1～3m，通常取2m。对光面爆破完整地保留了原岩体的柱墩，可按支护厚度考虑，不另加长度。 ㈣交岔点工程量及材料消耗量计算

交岔点工程量计算的范围，一般是从基本轨起点至柱墩向支巷各延长2m，若斜墙起点在 图8-59 交岔点墙高、拱高降低示意图

基本轨起点左侧，则应从斜墙起点开始计算，工程量计算方法有两种，一种是将交岔点按不同断面分为几个计算段，求出每段掘进体积，然后相加(包括柱墩)；另一种是近似计算，其精度能满足工程需要，在施工中广泛应用，具体算法按图8-60进行。

1．体积计算公式如下：

V?YS1?12L1(S1?STM)?g(S2?S3)，m

3

（8-38）

式中 S1、S2、S3、STM——分别为Ⅰ-Ⅰ、 Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ、T-M 断面的净断面积、掘进

断面积或基础的掘进断面积，㎡；

L1、g、Y——分别为各计算段长度(m)。其中L1为断面变化段长度；g为支巷

延伸长度，一般为2m；Y为基本轨起点至变断面起点的长度。

2．各种材料的消耗量的计算方法与体积计算方法相同，只是将各断面面积S换为相应的该断面每米拱、壁、基础，充填材料消耗量Vl，V2、V3、VTM。

3．柱墩端壁材料消耗量计算公式如下；

3

??(S2??S3?)]T，m （8-39） V???[STM?——分别为该断面的拱部掘进断面积，㎡； ?、S2?、S3式中 STM T——柱墩端壁厚度，m。

4．粉刷面积计算公式如下：

Vn?YSn1?12?，㎡ （8-40）L(Sn1?SnTM)?g(Sn2?Sn3)?Sn

式中 Sn1、Sn2、Sn3、SnTM——分别为该断面处每米巷道的粉刷面积，㎡；

?——柱墩端壁的粉刷面积，㎡，Sn??STN?(S2?S3)。 Sn 5．锚杆数量，金属网面积的计算方法与粉刷面积计算相同，只是将各断面和端壁的粉

刷面积Sn，换为该断面和端壁的锚杆数量N1、N1、N2、N3、NTM和N?和金属网面积Sm1、Sm2、Sm3、

??。 SmTM、Sm按上述近似计算，柱墩可不再另计算掘进工程量，材料消耗量加3m3即可，也有定为4m8

的。

㈤交岔点的作用及作用

1．按1：1000的比例绘出交岔点平面图。

2．按1：50的比例绘出主巷、支巷及最大宽度TM处的断面图。在TM断面图上，大断面是实际尺寸。两个小断面和柱墩的宽度则是投影尺寸。作图时所需尺寸可以直接在平面图上量取，无需计算。

3．作出交岔点断面变化特征表，工程量及主要材料消耗量表。有些设计单位采用固定斜率法定斜墙位置，因而不再列出交岔点断面变化特征表。 四、交岔点设计示例

某矿井底车场一交岔点，主巷是单轨双人行道净宽2700mm的巷道，支巷是单轨净宽2400mm的巷道，采用ZK7-6/250架线式电机车运输，道岔为DK618-4-12单开道岔；设汁要求巷道转角为δ=45°、弯道半径R=15000mm；交岔点穿过f=3的岩石，选用料石砌碹，半圆拱形断面。

根据上述条件，考虑主巷已是双人行道．因而交岔点内不再加宽；交岔点内支巷选用标准设计中的曲线段断面。参考标准断面图册，决定取B1=B2=2700㎜，b1=b2=1330㎜；B3=2700㎜、b3=1570㎜。根据交岔点穿过f=3的岩层和交智点各断面净宽度，决定各断面拱壁厚度： d1=T1=300mm、d2=T2=300mm、d3=T3=300mm。扩大断面处均为dTM=TTM=465mm。查表8-1，知DK618-4-12

单开道岔的参数α=14o15′、a=3472㎜、b=3328mm，考虑到交岔点可能采用15kg/m钢轨道岔，那就得用DK615-4—12单开道岔，其参数α=14°15′、a=3340㎜、b=3500mm。为了使所设计的交岔点既能适用18kg/m钢轨的道岔，又能适用15kg/m钢轨的道岔，因此选取组合尺寸，即：α=14o15′、a=3472㎜、b=3500mm。 ㈠设计交岔点平面尺寸

按表8-2中的单轨巷道单侧分岔点公式计算：

J?a?bcos?Rsin?

=3472+3500cos14o15′-15000sin 14o15′=3172㎜ H?Rcos??bsia?

=15000cos14o15′+3500sin14o15′=15400㎜ ??cos?1 =cos?1H?500?b2R?b3

=35o02′

15400?500?133015000?1570 P?J?[R?(B3?b3)]sin?

=3172+(15000+1570-2700)sin35o02′=11134㎜

NM=B3sinθ =2700sin35o02′=1550㎜

TN?B3cos??500?B2

=2700cos35o02′+500+2700=5412㎜

TM?NM2?TN2 =15502?54122=5630㎜

i0?TN?B1PTN?B1i=

5412?2700111345412?27000.25=0.2435

L0?==10848㎜

Y=P-L0=11134-10848=286㎜

L1=L0 + NM =10848+1550=12398㎜ L2?P?NM=11134+1550=12684㎜

设计要求支巷对主巷的转角为45o，故从道岔起的弯道转角为： α1= δ-α=45o-14o15′=30o45′

弯道长度，L??R?1?180?=15000?3.1416?30?15?180?=8085㎜

㈡设计交岔点墙高

Ⅰ-Ⅰ断面自底板起的墙高为1900㎜；在TN断面处的墙高定为1400mm，故墙降低斜率为：

i??hB1?hTNL0?1900?140010844?0.046

即每米墙的降低值为46mm。

TN、TM断面处的堵高定1400mm，是否合理，尚需按第三章中表3-9中方法验算：

1．按架线更求确定墙高h3

h3?h4?hc?(R?n)?(K?b1?)22

=2200?320?(2815?300)2?(360?16851)2 =1056㎜

式中 h4——自轨面起至电机车架线高度，取2200mm，

Hc——底板至轨面高度，取320㎜；

R——半圆拱半径，R=TM/2=5630/2=2815㎜；' K——电机车导电弓子宽度之半，一般取360㎜；

n——电弓子边缘至拱壁安全间隙，不小于200㎜，取300㎜；

b1?——轨道中线至巷道中线的距离，支巷Ⅲ-Ⅲ断面处轨道中线距拱壁距离小，且其

值与TM断面之b1?相近，故用该值进行验算。

b1??TM2?(B3?b3)?56302?(2700?1570)?1685㎜

2．按管道要求确定墙高h3

h3?h5?h7?hb?R2?(K?m?D/2?b2)2

=1800?900?180?21852?(360?300?200/2?1445)2=1130㎜ 式中 h5——渣面至管子底高度，按《煤矿安全规程》取h5=1800㎜；

h7——为管子悬吊件总高度，取h7=900㎜；

m——为导电弓子距管子的安全间距，取m=300㎜； D——管子直径，D=200㎜；

hb——底板至渣面高度，180㎜；

?——TM断面人行道一侧轨道中心线与巷道中线距离。 b2?? b2TM2?(B2?b2)?56302?(2700?1330)?1445㎜

3．按行人要求确定墙高h3

架线电机车运输巷，此项不需验算。

由以上验算可知，原定TM 、TN处墙高1400mm能满足安全要求。

交岔点墙的基础深度：水沟一侧为500mm；另一一侧为250㎜；e值为零。 ㈢计算工程量、材料消耗量及绘制交岔点施工图

本交岔点可分为四段，按本节所讲方法进行工程量及材料消耗量的计算，所得数值列于表9-3中。交岔点的设计图如图8-61所示。

表9-3 主要工程量及材料消耗量表

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