矿山运输之轨道、矿车及机车

矿山运输与提升,XL-1,1.矿山运输与提升的环节矿山企业：内部运输与外部运输内部运输：坑内运输与地面运输坑内运输又分为露天开采坑内运输和地下开采坑内运输两类。地下开采坑内运输习惯上又称为矿井提升与运输。,3.矿井提升与运输的方式主要运输方式：（金属和非金属矿山）提升方式：有轨车辆运输（矿车运输）竖井提升无轨车辆运输（汽车运输）斜井提升皮带运输皮带斜井运输以上运输方式和提升方式的不同组合可形成各种矿山提升与运输系统。（因课时有限，课堂重点讲授电机车运输、竖井提升系统）,3.矿井提升与运输的方式主要运输方式：（金属和非金属矿山）提升方式：有轨车辆运输（矿车运输）竖井提升无轨车辆运输（汽车运输）斜井提升皮带运输皮带斜井运输以上运输方式和提升方式的不同组合可形成各种矿山提升与运输系统。（因课时有限，课堂重点讲授电机车运输、竖井提升系统）4.矿井提升与运输的特点设备运行空间受到限制，要求它们结构紧凑、外部尺寸（特别是横断面尺寸）尽量小；环节多、线路长短和条件多样，要求设备有多种类型；工作地点经常变化，要求其中的许多设备应便于移置；设备工作条件比较恶劣，要求设备耐腐蚀、耐粉尘，有易燃易爆气体时，还要具有防爆性能。,概论,矿山运输的分类：二、按运输空间划分有：1、矿石地下运输：指回采工作面到出矿溜井或采区矿仓之间的运输。矿石在阶段运输巷道装车并组成列车，由电机车牵引送到出矿溜井，或由输送机运输。2、矿石地面运输：采用电机车、架空索道、铁路火车或汽车将矿石运往选矿厂或用户，废石送往废石场。,概论,矿山运输的主要方式：1.轨道运输2.机车运输3.公路运输4.胶带运输机运输5.架空索道运输,概论,矿山运输的主要方式：1.轨道运输轨道运输是地下开采矿山主要的运输方式，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。矿车按用途分为：运货矿车、人车和专用矿车（如炸药车、水车）。运输的矿车主要有：固定车箱式、翻斗式、侧卸式、底卸式等。牵引设备：在斜巷（斜坡）主要是用绞车（卷扬机）通过钢丝绳牵引（提升）车辆（箕斗、串车）；在平巷和坡度很小的坡道主要是机车。辅助机械设备：主要有翻车机、推车机、爬车机、阻车器等。,概论,矿山运输的主要方式：1.轨道运输轨道运输的优点是用途广；生产量大，（由机车数量而定）；运距不受限制，经济性好，调度灵活，能沿分叉线路分别运输多种矿石。其缺点是运送是间断性的，生产效率依赖于工作组织水平；适用的巷道坡度有局限性（一般为35），线路坡度过大时难以保证运输安全。,概论,矿山运输的主要方式：2.机车运输机车运输是用机车牵引着一列矿车在轨道上运行。它是水平巷道长距离运输的主要方式。机车运输的主要设备是轨道、矿车和电机车。机车运输具有运量大、用途广泛、维修简单等优点，中国冶金矿山地下矿运输中以机车运输为主。矿用机车按使用动力不同，分为电机车和内燃机车两种。绝大多数矿山使用的是电机车，矿山井下使用的内燃机车，排放的废气必须经过净化处理，符合排放标准。,概论,矿山运输的主要方式：3.地下无轨运输地下采矿用无轨运输始于20世纪60年代初。美国和瑞典等国首先在地下采场采用胶轮柴油驱动的铲运机运输。70年代，欧美国家在一些矿山的阶段运输中采用自卸汽车运输。70年代，中国地下矿开始采用胶轮柴油驱动的铲运机，后又相继在阶段水平中采用自卸汽车运输。铲运机在中、短距离内使用较经济，通常用于采场搬运和短距离运输，当运距长时，运输能力将显著下降。地下汽车运输主要用于阶段运输矿石或直接采用斜坡道运至地面，并可兼作其他辅助运输。,概论,矿山运输的主要方式：4.胶带运输机运输胶带运输机：是一种连续运输的运输设备，具有很高的生产能力。组成：由机头、机尾和机身三部分组成。机头即传动装置，包括电动机、减速箱和带动胶带旋转的主动滚筒；机尾即拉紧装置，由拉紧滚筒和拉紧装置组成；机身包括胶带，托滚和托架。特点：胶带由托滚支托着，绕过主动滚筒和拉紧滚筒，用胶带卡子把两端连接起来，形成一个环形带。当主动滚筒旋转时，就带动胶带连续运转。目前井下应用的胶带运输机，每台长度为100300米，胶带宽度3001500毫米。,概论,矿山运输的主要方式：4.胶带运输机运输优缺点：运输能力大(可达3万th)、适用范围广(可运矿石、废石和各种粉状物料，在特定条件下也可运送人员)、安全可靠、自动化程度高、爬坡能力大(可达16)和经营费用低等特点，但投资较高。分类：常用的有钢绳芯带式输送机和钢丝绳牵引带式输送机两种。钢绳芯带式输送机可作水平运输、倾斜向上(16)和向下(12)运输，也可转弯运输，单机运距可达15km。,概论,矿山运输的主要方式：5.架空索道运输架空索道就是通过架设在空中的钢丝绳悬挂矿斗，随着牵引钢丝绳的运动，矿斗也随着运动的一种运输方式。优点：可以直接跨越较大的河流和沟谷，翻越陡峭的高山，因而可以缩短两点间的运输距离，减少土石方工程量；并且无需构筑桥梁涵洞。适用条件：对于地处山区、产量不大的矿山，是一种比较有效的地表运输方法。,概论,矿山运输的主要方式：6.无极绳运输无极绳运输是利用钢丝绳循环往复，牵引固定在钢丝绳上的车辆或其他装备前进，从而解决矿井辅助运输问题。无极绞车是以钢丝绳牵引的普通轨道运输设备，适用于煤矿和金属矿山井下巷道长距离、多变坡、大吨位等的工作条件，如工作面巷道、采区上下山和集中轨道巷运输材料设备，运输线路内不经转载可直达运输地点。,矿山运输有轨运输,主要内容：第1章矿井轨道第2章矿用车辆第3章轨道运输的辅助机械设备第4章机车运输第5章井底车场运输,第1章轨道运输,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35），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。,第1章轨道运输,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。,第1章轨道运输,1.1轨道结构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。,第1章轨道运输,1.1轨道结构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。,第1章轨道运输,1.1轨道结构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l115公斤米的钢轨；若产量大，采用l4吨的电机车，则可选用2438公斤米的钢轨。（如书表1-2）钢轨的断面一般是工字形，钢轨由轨头、轨腰和轨底组成。（如书上图1-2）。,第1章轨道运输,1.1轨道结构1)道轨也叫钢轨，钢轨的断面一般是工字形，钢轨由轨头、轨腰和轨底组成。（如书上图1-2）。,第1章轨道运输,1.1轨道结构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。,第1章轨道运输,1.1轨道结构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。（木轨枕的规格见书表1-3）轨枕间距一般小于0.8米。,第1章轨道运输,1.1轨道结构2)轨枕钢筋混凝土轨枕：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。（钢筋混凝土轨枕主要规格见书表1-4）,第1章轨道运输,1.1轨道结构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2040毫米的碎石，铺设厚度150180毫米。,第1章轨道运输,1.1轨道结构3)道渣（道床）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2040mm。道床应有适当厚度（铺设厚度150180毫米），以使路基面受力均匀且基面应力小于其容许限度。,第1章轨道运输,1.1轨道结构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。,第1章轨道运输,1.1轨道结构4)联接件钢轨接头是轨道最薄弱的地方。把45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。,第1章轨道运输,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（10mm，下图中的游隙）。（P7）,第1章轨道运输,1.2轨距和轨道的坡度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,某矿地面运输轨道中的渡线及左开道岔,渡线道岔,左开道岔,某矿地面运输轨道中的左开道岔,某矿地面运输轨道中的渡线道岔,第二章矿用车辆,2.1概述2)矿用车辆的主要结构参数及构造对矿车的要求：坚固、外形尺寸尽可能小，运行阻力要小，足够的稳定性，摘挂钩方便，卸载干净，清扫容易，润滑简单。矿车的组成：车厢、车架、轮轴、缓冲器和连接器。,(三)矿车的基本部件,矿车的基本部件：车箱、车架、轮对和连接器。,1车箱,车箱：矿车装盛物料的箱形容器。固定车箱式矿车的车箱多采用半圆形车底。箱底开排水口。底卸式矿车的车箱为可开启的平底，车箱下口的两侧有翼板，供卸载时支撑运行。,2车架,车架包括车梁、缓冲器和轴卡。车梁：矿车的主要承载部件。缓冲器：直接承受牵引力和冲击。轴卡：车架与轮对的连接体，目前多采用插销式。,3轮对,轮对是矿车的行走部分，按结构不同，有开式和闭式两种。,4连接器,连接器：牵引链型组成：牵引链、插销和插销座牵引链：单环、三环和万能链,（一）矿车的类型及标准规格,按结构和用途分类：(1)固定车箱式矿车。,(2)翻转车箱式矿车,车箱能侧向翻倾卸车,0.6翻斗式矿车,脚踏式翻斗矿车,双侧卸式矿车,(3)底卸式矿车,按车底开启的方向，有正底卸式和侧底卸式之分。在专设的卸载站，整列车在运行中逐个开启自卸。,侧底卸式矿车：进卸载站的行车方向不受限制，卸载时的车速易控制，卸载曲轨不受撞击。底卸式矿车：装卸能力很高，能满足大型矿井的需要。,第二章矿用车辆2.2矿车的主要类型,图2-1各式矿车外貌a固定式；b翻斗式；c侧卸式；d前倾式；e底卸式；,(4)材料车：专用于装运长材料。,(5)平板车：装运大件设备。,第四章机车运输,4.1概述机车运输是水平巷道长距离运输的主要方式。按动力不同分：电机车和内燃机车两种。普遍使用电机车。按电源不同分：直流的和交流的。按供电方式分：架线式(ZK型)和蓄电池式(XK型)。金属矿山主要用前者。按电机车的轨距分为600mm、762mm、900mm三种。按电压等级，架线式电机车有100（97）V、250V、550V三种；蓄电池式电机车有40/48V与110/132V两个等级机车运输的轨道坡度一般为3。,第四章机车运输,架线式电机车；蓄电池式电机车,第四章机车运输,4.1概述1）架线式电机车的工作系统：交流电在变流所整流后，正极接在架空线上，负极接在轨道上。机车上的受电器（集电弓）与架空线接触，将电流引入车内，经车上的接触器和牵引电动机，再经轨道流回。（图4-1a）架线式电机车是借受电弓从电路上取得电能的。当电机车运行时，受电弓沿着架空线滑动。架线式电机车的供电方式是，由中央变电所引来的高压电缆，供给牵引变流所三相交流电源，经变压器降压，再经低压电缆送到变流设备，将交流电变为直流。直流电源的正极通过供电电缆与架空线导线相连接，期间的接点成为供电点，其负极通过回电电缆与轨道连接，相应的接点称为回电点。工作时，沿轨道运行的电机车上部，靠受电弓接触架空线获取电能，下部则利用车轮与轨道接触，构成一个回路，使牵引电动机工作，从而使电机车牵引矿车行驶。,第四章机车运输,4.1概述1）架线式电机车的工作系统：由上所述，架线式电机车的运行轨道，同时又是电流回路的导线。为了减少牵引电网的电压降，一般在钢轨的接缝处利用导线或铜片连接，以减少接缝处的电阻。优缺点：架线式电机车的结构简单，维护容易，运费低，但电弓常冒火花，不能在有瓦斯爆炸危险的矿井使用。目前井下用的架线式电机车，有3吨，7吨、10吨、14吨、20吨等几种。,第四章机车运输,4.1概述架线式电机车运转设备包括列车和供电设备两部分。列车是由电机车和矿车组组成；供电设备是由牵引电网和牵引变流所组成。牵引电网是由架空线和轨道向架线式电机车供应电能的网络，由馈电电缆、回电电缆、架空接触线和轨道四部分组成。牵引变流所中的主要设备有变压器、整流器和直流配电设备等，牵引变流所一般与井底车场变电所在一起或在附近峒室中。,第四章机车运输,4.1概述1）架线式电机车的工作系统：图,图4-1架线式电机车的供电系统1牵引变流所；2馈电线；3馈电点；4架空裸线；5电机车；6轨道；7回电点；8回电线；9矿车；10受电弓,10,第四章机车运输,4.1概述1）架线式电机车的工作系统：在选择电机车型号时，应根据阶段运输量，运距、装矿方式、装矿点集中与否等因素综合考虑来决定。一般装矿点分散，溜井贮矿量小，应考虑选择小吨位电机车；若运距较长，装矿点集中，溜井贮矿量大，则应选用大吨位电机车。例如阶段运输量仅815万吨年，可选用13吨电机车，匹配容积为0.51.2米3的矿车；当阶段运输量大于100万吨年时，应选用1014吨电机车，匹配24米3矿车。,第四章机车运输,4.1概述2）、电机车的工作原理电机车是将电能转化为机械能。电动机从电源获能量开始运转，经传动系统输出到机车动轮上产生转矩M，此转矩可用一力偶表示，对于机车作用来说，其中一力与摩擦力相抵消，另一个力没有被平衡，成为电机车的牵引力。牵引力形成的先决条件是粘着