陜北某煤礦既有線運(yùn)輸能力分析及改擴(kuò)建措施研究

何祥衛(wèi)

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

1 既有鐵路專用線概況

本文研究的既有線是1條運(yùn)煤鐵路專用線，位于陜西省境內(nèi)，在西延線(國鐵Ⅰ級(jí))接軌，沿線分布有5個(gè)車站，線路全長約50 km。該專用線為單線，國鐵Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，限制坡度，上行6‰，下行12‰;最小曲線半徑350 m;內(nèi)燃DF4B機(jī)車牽引;到發(fā)線有效長850 m;牽引定數(shù)，上行4 000 t，下行1 700 t。

2 運(yùn)輸能力分析

2.1 既有運(yùn)量

該鐵路專用線近期(2015年)設(shè)計(jì)輸送能力15 Mt/年。目前，專用線承擔(dān)產(chǎn)煤運(yùn)煤任務(wù)。自2001年以來，該線運(yùn)量連年增長，至2010年10月，運(yùn)量已超過1 000萬t(圖1)。

圖1 運(yùn)輸能力與運(yùn)量適應(yīng)曲線

2.2 運(yùn)量增長分析

近年，由于煤礦正在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)換，焦化甲醇工程已經(jīng)開工建設(shè)。根據(jù)焦化項(xiàng)目可行性研究報(bào)告，該工程竣工后，將有部分原料(精洗煤)和所有的焦炭、甲醇、焦油和粗苯等產(chǎn)品(總量達(dá)3 Mt/年)依靠既有鐵路專用線運(yùn)輸。加之原煤礦產(chǎn)量連年增長，在不久的將來，該鐵路專用線將無法滿足煤炭及相關(guān)副產(chǎn)品的運(yùn)輸要求，所以，專用線擴(kuò)能改造勢在必行。

在進(jìn)行鐵路運(yùn)輸規(guī)劃或者擴(kuò)能改建時(shí)，運(yùn)量的預(yù)測是重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)。傳統(tǒng)的運(yùn)量預(yù)測方法主要有定性預(yù)測、定量預(yù)測以及兩者相結(jié)合的綜合預(yù)測方法，如時(shí)間序列模型、灰色預(yù)測模型、馬爾科夫預(yù)測模型以及組合預(yù)測模型[1，2]等。也有許多學(xué)者將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、蟻群算法等新型智能算法都應(yīng)用到運(yùn)量預(yù)測中[3]。由于運(yùn)量統(tǒng)計(jì)樣本較少，結(jié)合本鐵路專用線自身特點(diǎn)，本文采用時(shí)間序列模型分析預(yù)測其貨運(yùn)量變化趨勢。

2.2.1 時(shí)間序列模型

時(shí)間序列分析是一種描述動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特性的理論和方法，其突出優(yōu)點(diǎn)是方便和實(shí)用。他可以從有限的樣本數(shù)據(jù)中擬合成具有一定精度的時(shí)間序列模型，因此又稱為小樣本理論。

目前，常用的時(shí)間序列模型有3類:自回歸模型(AR過程)、滑動(dòng)平均模型(MA過程)和自回歸-滑動(dòng)平均的混合模型(ARMA過程)。采用時(shí)間序列模型建模主要包括數(shù)據(jù)的預(yù)處理、模型識(shí)別、參數(shù)估計(jì)和參數(shù)檢驗(yàn)4部分。目前常用的建模方法是潘迪特-吳賢銘建模(簡稱PW建模)方法。他將AR(p)模型視為q=0的ARMA模型，同時(shí)將MA(q)模型視為p=0的ARMA模型，省去了模型的判別過程。實(shí)踐證明該模型方便有效，得到廣泛應(yīng)用[4]。模型流程如圖2所示。

2.2.2 運(yùn)量增長預(yù)測

根據(jù)近年煤礦產(chǎn)量增長情況和焦化工程所引發(fā)運(yùn)量，依據(jù)PW模型計(jì)算，預(yù)測2015年鐵路運(yùn)量將達(dá)到16 Mt(圖1)，已經(jīng)超出鐵路近期(2015年)設(shè)計(jì)運(yùn)量15 Mt。所以，有必要在這一兩年考慮線路擴(kuò)能改建措施。

3 既有線改擴(kuò)建措施研究

提高單線鐵路輸送能力的措施主要可從2個(gè)方面考慮:①提高線路的通過能力;②增加列車的牽引質(zhì)量。其中提高通過能力的措施有增加會(huì)讓站、延長到發(fā)線有效長、增建雙線插入段，甚至修建雙線;常見增加牽引質(zhì)量的措施則是采用多機(jī)牽引或補(bǔ)機(jī)推送[5]。考慮煤礦遠(yuǎn)期產(chǎn)能和投資額，增建二線投入與產(chǎn)出效益比不高。因此可在增設(shè)小型會(huì)讓站和下行方向雙機(jī)牽引的基礎(chǔ)上，配合加強(qiáng)貨流組織和調(diào)度指揮措施[6～8]，來滿足企業(yè)的遠(yuǎn)期運(yùn)輸需要。

圖2 PW建模方法流程

3.1 增設(shè)小型會(huì)讓站

在單線鐵路區(qū)間增設(shè)會(huì)讓站可以縮短限制區(qū)間長度，減小運(yùn)行圖周期，從而提高區(qū)段通過能力。增設(shè)會(huì)讓站的效果在很大程度上決定于區(qū)間的均等程度和地形條件。區(qū)間長度很不均等時(shí)，在限制區(qū)間增設(shè)會(huì)讓站可以顯著提高通過能力。反之，當(dāng)區(qū)間長度比較均等時(shí)，增設(shè)會(huì)讓站對(duì)通過能力提高的作用不顯著[9]。

本鐵路沿線分布有A、B、C、D和E等5個(gè)車站，其中A、B站為煤礦裝車站，C站為列車編組站，D站為中間站，E站為正線接軌站，4個(gè)區(qū)間既有通過能力見圖3。

圖3 既有通過能力

由站間距離和既有通過能力分析，線路中存在較為明顯的限制區(qū)間，即CD區(qū)間，所以在此區(qū)間增加小型會(huì)讓站既可有效提高線路通過能力，又能節(jié)約既有線改造成本。

經(jīng)計(jì)算，在CD區(qū)間增設(shè)中間站后，既有線的實(shí)際輸送能力可以達(dá)到20 Mt以上(圖4)，較現(xiàn)有能力(15 Mt)有較大的增長[10]，可以滿足遠(yuǎn)期煤炭運(yùn)量及其相關(guān)副產(chǎn)品的運(yùn)輸需要。

圖4 改擴(kuò)建后運(yùn)量適應(yīng)曲線

3.2 下行方向雙機(jī)牽引

既有鐵路是以運(yùn)煤為主，且上下行方向貨流顯著不平衡，是典型的單向運(yùn)輸。上行方向(A－E)為重車方向，限制坡度6‰，牽引定數(shù)4 000 t;下行方向?yàn)檩p車方向，限制坡度12‰，牽引定數(shù)1 700 t。而焦化甲醇工程竣工后，每年將有1.7 Mt精洗煤由下行方向整車(4 000 t)運(yùn)入，下行方向單機(jī)牽引顯然無法滿足精洗煤的運(yùn)輸要求。為避免削坡投資，下行方向需改用雙機(jī)牽引，可將牽引定數(shù)提升到4 000 t，滿足焦化甲醇工程原料(精洗煤)的運(yùn)輸要求。同時(shí)，可以使上下行牽引定數(shù)與國鐵西延線牽引定數(shù)保持統(tǒng)一，減少列車在途甩掛作業(yè)，提高區(qū)間通過能力[11]。

4 結(jié)論

本文從既有鐵路運(yùn)輸能力入手，分析計(jì)算各個(gè)區(qū)間的實(shí)際通過能力，找出了既有線的運(yùn)輸瓶頸所在。結(jié)合正在擴(kuò)建的焦化甲醇工程，利用時(shí)間序列模型對(duì)既有線遠(yuǎn)期運(yùn)量進(jìn)行了預(yù)測，根據(jù)線路實(shí)際情況對(duì)改擴(kuò)建措施進(jìn)行了相關(guān)研究，提出在CD區(qū)間增設(shè)小型會(huì)讓站和下行方向改用雙機(jī)牽引，并配合加強(qiáng)貨流組織和調(diào)度指揮措施，滿足企業(yè)遠(yuǎn)期運(yùn)能需求。

[1]邵俊杰，柏赟，劉明君，毛保華.朔黃鐵路貨運(yùn)通道擴(kuò)能措施研究[J].物流技術(shù)，2009，28(12):1-4.Shao Junjie，Bai Yun，Liu Mingjun，Mao Baohua.Research on the Capacity Expansion of the Freight Corridor of ShuoHuang Railway[J].Logistics Technology，2008，28(12):1-4.

[2]郝佳，李瀾.鐵路貨運(yùn)量組合預(yù)測模型的研究[J].鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2004，26(11):73-75.Hao Jia，Li Lan.The study of Comprehensive Forecast Model of Railway Freight Transport Volume[J].Railway Transport and Economy，2004，26(11):73-75.

[3]陳實(shí).貨運(yùn)量預(yù)測方法及應(yīng)用研究[D].武漢:武漢理工大學(xué)，2008:12-32.Chen Shi.Research on Methods and Applications of Freight Transport Forecast[D].Wu Han: Wuhan University ofTechnology，2008:12-32.

[4]張樹京，齊立心.時(shí)間序列簡明教程[M].北京:清華大學(xué)出版社，北方交通大學(xué)出版社，2003:24-57，137-143.Zhang Shujing，Qi Lixin.Simple Tutorial of Time Series[M].Bei Jing:Tsinghua University Press，Beijing Jiaotong University Press，2003:24-57，137-143.

[5]郝瀛.鐵道工程[M].北京:中國鐵道出版社，2002:425-450.Hao Ying.Railway Engineering[M].Beijing:China Railway Publishing House，2002:425-450.

[6]王臨萍.提高侯月線運(yùn)輸能力的對(duì)策[J].鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2008，30(3):23-24.Wang Linping.Countermeasures on Increasing the Transport Capacity of Hou－Yue Line[J].Railway Transport and Economy，2008，30(3):23-24.

[7]李京陽.實(shí)現(xiàn)侯月線增量運(yùn)輸?shù)奶接慬J].鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2010，32(4):45-48.Li Jingyang.Exploration on Realization of Increasing Traffic Volume of Hou－Yue Line[J].Railway Transport and Economy，2010，32(4):45-48.

[8]劉瑜.神朔和朔黃鐵路擴(kuò)能方案探討[J].鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2008，30(3):20-22.Liu Yu.Discussion on Transport Capacity Expansion of Shen－Shuo Railway and Shuo－Huang Railway[J].Railway Transport and Economy，2008，30(3):20-22.

[9]吳國欽，李國軍.鐵路單線區(qū)段提高通過能力的方案研究與應(yīng)用[J].鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2009，31(8):35-37.Wu Guoqin，Li Guojun.Research on Increasing Passing Capacity of Single－tracked Section and Its Utilization[J].Railway Transport and Economy，2009，31(8):35-37.

[10]劉其斌.鐵路運(yùn)輸能力的計(jì)算與加強(qiáng)[M].北京:中國鐵道出版社，1999:81-92.Liu Qibin.Calculation of the Railway Transport Capacity and Its Enhancement[M].Beijing:China Railway Publishing House，1999:81-92.

[11]李維平.提高既有包西線運(yùn)輸能力的實(shí)踐及措施[J].鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2010，32(6):37-39.Li Weiping.Practice and Measures of Increasing Traffic Capacity of Existing Bao－Xi Line[J].Railway Transport and Economy，2010，32(6):37-39.