煤炭開(kāi)采區(qū)鐵路專(zhuān)用線(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

王 煒

（神華科學(xué)技術(shù)研究院有限責(zé)任公司 技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究中心，北京 102211）

煤炭開(kāi)采區(qū)鐵路專(zhuān)用線(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

王 煒

（神華科學(xué)技術(shù)研究院有限責(zé)任公司 技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究中心，北京 102211）

在分析某煤礦開(kāi)采區(qū)產(chǎn)品運(yùn)量和鐵路概況的基礎(chǔ)上，分別從甲、乙煤礦專(zhuān)用線(xiàn)設(shè)計(jì)方案及其線(xiàn)路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2個(gè)方面研究該鐵路專(zhuān)用線(xiàn)工程的初始設(shè)計(jì)方案。根據(jù)簡(jiǎn)化B交接站設(shè)計(jì)、重新設(shè)計(jì)C站和增設(shè)A站北咽喉下行疏解線(xiàn)3個(gè)優(yōu)化思路，提出該鐵路專(zhuān)用線(xiàn)工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，以降低工程造價(jià)，減輕企業(yè)建設(shè)壓力。

煤礦鐵路；專(zhuān)用線(xiàn)；優(yōu)化；設(shè)計(jì)

從煤炭開(kāi)采到用戶(hù)使用，運(yùn)輸是非常重要的中間環(huán)節(jié)。我國(guó)許多大型煤礦位于中西部地區(qū)，而下游需求用戶(hù)多分布在東南部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)[1]，煤炭一般需要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)距離運(yùn)輸至沿海港口下水，經(jīng)海運(yùn)送往沿海地區(qū)。目前，下水煤炭主要有公路和鐵路 2種運(yùn)輸方式，公路運(yùn)輸較為靈活，但存在環(huán)境污染嚴(yán)重、運(yùn)營(yíng)成本較高等缺點(diǎn)；相比之下，鐵路運(yùn)輸更加符合環(huán)保要求，同時(shí)在長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)那闆r下運(yùn)輸成本遠(yuǎn)低于公路運(yùn)輸。因此，鐵路運(yùn)輸成為我國(guó)眾多煤炭企業(yè)煤炭外運(yùn)的首選，如平朔、潞安、哈爾烏素、霍林河等煤礦均建有礦區(qū)鐵路專(zhuān)用線(xiàn)，銜接到大秦、朔黃等運(yùn)煤鐵路干線(xiàn)繼而外運(yùn)。在近年來(lái)國(guó)際能源結(jié)構(gòu)變革的背景下，煤炭產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題日漸突出[2]。面對(duì)國(guó)外進(jìn)口煤炭的沖擊，國(guó)內(nèi)煤炭市場(chǎng)低迷，降本增效是許多煤炭企業(yè)必須解決的問(wèn)題。作為煤炭外運(yùn)的重要環(huán)節(jié)，運(yùn)煤專(zhuān)用鐵路也必須在滿(mǎn)足外運(yùn)需求的前提下盡可能降低工程投資和運(yùn)營(yíng)成本，進(jìn)而達(dá)到企業(yè)降低運(yùn)輸成本的發(fā)展目標(biāo)[3]。

1 初始設(shè)計(jì)方案

1.1 概況

陜西省某煤炭開(kāi)采區(qū)，擁有甲、乙 2 個(gè)開(kāi)采煤礦。其中，甲煤礦產(chǎn)品煤以不粘煤 31 號(hào)為主，年生產(chǎn)能力為 800 萬(wàn) t；乙煤礦產(chǎn)品煤以長(zhǎng)焰煤 41 號(hào)和不粘煤 31 號(hào)為主，年生產(chǎn)能力為 300 萬(wàn) t。為了方便甲、乙煤礦煤炭外運(yùn)，擬新建運(yùn)煤鐵路專(zhuān)用線(xiàn)，在甲、乙煤礦附近分別設(shè)置甲站、乙站，考慮收購(gòu)部分周邊煤礦生產(chǎn)的煤炭，預(yù)測(cè)甲站和乙站年裝車(chē)量分別為 1 000 萬(wàn) t、500 萬(wàn) t。

煤礦周邊現(xiàn)有神延鐵路 (神木北—延安北)、包西鐵路 (包頭西—張橋) 等鐵路，另有 210 國(guó)道、307 國(guó)道、陜蒙高速公路、榆靖高速公路等公路，四通八達(dá)，交通便利。

1.2 設(shè)計(jì)方案

受地形條件限制，甲、乙 2 個(gè)煤礦無(wú)法通過(guò) 1 條鐵路進(jìn)行煤炭外運(yùn)，因而需要分別設(shè)置甲、乙 2 條煤礦專(zhuān)用線(xiàn)。甲、乙煤礦專(zhuān)用線(xiàn)初始設(shè)計(jì)方案示意圖如圖 1 所示。

圖 1 甲、乙煤礦專(zhuān)用線(xiàn)初始設(shè)計(jì)方案示意圖

1.2.1 甲煤礦專(zhuān)用線(xiàn)設(shè)計(jì)方案及其線(xiàn)路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

甲煤礦專(zhuān)用線(xiàn) (以下簡(jiǎn)稱(chēng)甲線(xiàn)) 由接軌的某煤炭運(yùn)輸干線(xiàn) A 站北端咽喉引出，向北新設(shè) B 交接站，跨過(guò)中石拉溝、上石拉溝，沿犢牛川東岸向北，與既有國(guó)鐵并行約 4 km，在石邊上村與既有國(guó)鐵的 C 站 (既有改建) 連接，線(xiàn)路全長(zhǎng)約 8.5 km，工程投資約 8 億元。

甲線(xiàn)與既有國(guó)鐵線(xiàn)位基本平行。根據(jù)地方政府意見(jiàn)，該地區(qū)煤炭運(yùn)輸鐵路較多，如果完全平行新建甲線(xiàn)，則會(huì)造成重復(fù)建設(shè)，帶來(lái)資金、運(yùn)輸能力浪費(fèi)。為此，既有國(guó)鐵 C 站至甲站區(qū)間設(shè)計(jì)為甲線(xiàn)與既有國(guó)鐵共用。

甲線(xiàn)屬于企業(yè)自營(yíng)鐵路，與既有國(guó)鐵性質(zhì)不同，二者在管理方式上存在一定差異。因此，為了便于管理，明確分界，設(shè)置 B 交接站進(jìn)行交接作業(yè)；同時(shí)，甲線(xiàn)后方通道煤炭運(yùn)輸干線(xiàn)鐵路的列車(chē)牽引質(zhì)量為 10 000 t，而甲線(xiàn)的列車(chē)牽引質(zhì)量為 5 000 t，列車(chē)在該站需要進(jìn)行組合分解作業(yè)，2 列 5 000 t 列車(chē)組合成 1 列 10 000 t 列車(chē)，發(fā)往港口方向。B 交接站設(shè)萬(wàn)噸列車(chē)組合線(xiàn) 2 條、分解線(xiàn) 2 條 (含 1 條正線(xiàn))，組合、分解線(xiàn)有效長(zhǎng)為 1 800 m；設(shè) 100 m × 6 m × 0.3 m的基本站臺(tái) 1 座。設(shè)裝車(chē)線(xiàn) 1 條，設(shè)裝車(chē)筒倉(cāng) 1座。另設(shè)接觸網(wǎng)工區(qū)作業(yè)線(xiàn)、機(jī)待線(xiàn)、安全線(xiàn)等，車(chē)站規(guī)模較大。

甲站為甲線(xiàn)終點(diǎn)站，也是煤炭裝車(chē)站。甲線(xiàn)由甲站北咽喉西側(cè)接軌引入，新建裝車(chē)線(xiàn) 1 條，引入甲煤礦工業(yè)廣場(chǎng)，裝車(chē)線(xiàn)平直地段設(shè)軌道衡 1 座。煤炭經(jīng)選煤廠(chǎng)洗選后進(jìn)入產(chǎn)品倉(cāng)，采用筒倉(cāng)進(jìn)行裝車(chē)。

結(jié)合專(zhuān)用線(xiàn)主要為甲煤礦煤炭外運(yùn)服務(wù)的功能定位，參考周邊路網(wǎng)現(xiàn)狀[4]，該方案中甲線(xiàn)采用的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[5-7]為：鐵路等級(jí)為Ⅱ級(jí)；正線(xiàn)數(shù)目為單線(xiàn)；最小曲線(xiàn)半徑一般條件下 800 m，困難條件下 600 m，特別困難條件下 500 m；限制坡度為重車(chē)6‰、輕車(chē) 13‰；牽引種類(lèi)為電力牽引；牽引質(zhì)量為5 000 t；到發(fā)線(xiàn)有效長(zhǎng)為 1 050 m；閉塞類(lèi)型為半自動(dòng)閉塞。

1.2.2 乙煤礦專(zhuān)用線(xiàn)設(shè)計(jì)方案及其線(xiàn)路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

乙煤礦專(zhuān)用線(xiàn) (以下簡(jiǎn)稱(chēng)乙線(xiàn)) 從甲線(xiàn) B 交接站引出，沿小板兔川往東，引入乙煤礦工業(yè)廣場(chǎng)，設(shè)置乙裝車(chē)站，線(xiàn)路全長(zhǎng)約 11 km，工程投資約 7 億元。乙站為盡頭式車(chē)站，采用牽出線(xiàn)裝車(chē)作業(yè)方式，車(chē)站設(shè)到發(fā)線(xiàn) 3 條，有效長(zhǎng) 1 050 m，裝車(chē)線(xiàn) 1 條，滿(mǎn)足 5 000 t 列車(chē)整列裝車(chē)。

甲、乙煤礦專(zhuān)用線(xiàn)初始設(shè)計(jì)方案示意圖如圖 1 所示，2 條鐵路專(zhuān)用線(xiàn)大體上呈“Y”形走向。

結(jié)合專(zhuān)用線(xiàn)主要為乙煤礦煤炭外運(yùn)服務(wù)的功能定位，參考周邊路網(wǎng)現(xiàn)狀[4]，該方案中乙線(xiàn)采用的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[5-7]為：鐵路等級(jí)為 Ⅲ 級(jí)；正線(xiàn)數(shù)目為單線(xiàn)；最小曲線(xiàn)半徑一般條件下 600 m，困難條件下 500 m；限制坡度為重車(chē) 6‰、輕車(chē) 13‰；牽引種類(lèi)為電力牽引；牽引質(zhì)量為 5 000 t；到發(fā)線(xiàn)有效長(zhǎng)為1 050 m；閉塞類(lèi)型為半自動(dòng)閉塞。

2 優(yōu)化思路

初始設(shè)計(jì)方案基本上滿(mǎn)足 2 個(gè)煤礦的煤炭外運(yùn)需求。煤礦和鐵路產(chǎn)權(quán)歸屬同一家企業(yè)，交接手續(xù)并不復(fù)雜，有利于降低煤炭運(yùn)輸成本，提高煤炭外運(yùn)效率。但是，該方案投資過(guò)高，全長(zhǎng)約 20 km 的線(xiàn)路投資約 15 億元，單位技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)幾乎是同類(lèi)性質(zhì)鐵路的 3 倍，在當(dāng)前煤炭市場(chǎng)普遍低迷，煤炭?jī)?nèi)需乏力的情況下，如此高額的鐵路投資讓企業(yè)難以接受。另外，甲、乙煤礦專(zhuān)用線(xiàn)屬于運(yùn)煤支線(xiàn)，線(xiàn)路引入煤炭運(yùn)輸干線(xiàn)鐵路后會(huì)切割鐵路正線(xiàn)，影響干線(xiàn)鐵路的運(yùn)輸作業(yè)安全。為此，經(jīng)過(guò)分析研究，提出以下優(yōu)化思路。

2.1 簡(jiǎn)化 B 交接站設(shè)計(jì)

B 交接站為該工程中規(guī)模最大的車(chē)站，車(chē)站有效長(zhǎng) 1 800 m，主要實(shí)現(xiàn)交接作業(yè)和組合分解作業(yè)。該站地處低洼地段，受既有運(yùn)煤干線(xiàn)北端咽喉區(qū)線(xiàn)路高程控制，線(xiàn)路標(biāo)高無(wú)法快速下降，使車(chē)站填方較高，部分地段達(dá)到 10 m 以上，造成該站土石方填方達(dá) 189萬(wàn) m3，而且全部為借土填方，工程投資巨大，占項(xiàng)目總投資的 25%，工程設(shè)計(jì)存在較大優(yōu)化空間。

經(jīng)調(diào)查研究，該運(yùn)煤干線(xiàn)上游某區(qū)段站萬(wàn)噸改造已經(jīng)完成，部分 5 000 t 列車(chē)可以在該站進(jìn)行組合后不停車(chē)通過(guò) A 站發(fā)往港口方向，因而 A 站能力可以得到一定釋放。根據(jù)項(xiàng)目煤炭外運(yùn)量，折算成萬(wàn)噸列車(chē)數(shù)量為 6 對(duì) /d，將這部分組合分解作業(yè)移至 A 站，可以充分利用上游區(qū)段站擴(kuò)能改造后釋放的能力空間；同時(shí)，交接作業(yè)可以移至 C 站進(jìn)行，對(duì) C 站作適當(dāng)改造即可。因此，B 交接站的 2 項(xiàng)主要功能均移至其他車(chē)站完成，該站可以取消，僅設(shè)置線(xiàn)路所即可。車(chē)站規(guī)模由初始設(shè)計(jì)方案中的 2 條萬(wàn)噸列車(chē)組合線(xiàn)和 2 條萬(wàn)噸列車(chē)分解線(xiàn)縮減為 4 組道岔、2 條安全線(xiàn)，大幅降低工程投資。

2.2 重新設(shè)計(jì) C 站

C 站承擔(dān)了 B 交接站轉(zhuǎn)移的交接作業(yè)，需要在原方案上增設(shè)交接場(chǎng)，增設(shè) 1 條股道，車(chē)站規(guī)模增大，工程投資有所增加。

2.3 增設(shè) A 站北咽喉下行疏解線(xiàn)

初始設(shè)計(jì)方案中，甲線(xiàn)由 A 站北咽喉簡(jiǎn)單引入，上下行共用同一條線(xiàn)位。在這種情況下，下行方向回空列車(chē)由 A 站發(fā)往甲站方向勢(shì)必切割運(yùn)煤干線(xiàn)上行正線(xiàn)，輕則影響運(yùn)輸能力，重則帶來(lái)極大的安全隱患。

目前，國(guó)內(nèi)煤礦鐵路設(shè)計(jì)在面對(duì)此類(lèi)問(wèn)題時(shí)，大量采用立交疏解方案，思路較為成熟，即將影響正線(xiàn)行車(chē)安全的支線(xiàn)作上跨或下穿正線(xiàn)處理，2 線(xiàn)由平面交叉改為立體交叉，互不影響，以確保行車(chē)安全。根據(jù)上述思路，增設(shè) A 站北咽喉下行疏解線(xiàn)。

3 優(yōu)化方案

3.1 優(yōu)化后設(shè)計(jì)方案

經(jīng)優(yōu)化后，甲線(xiàn)線(xiàn)路整體走向基本未作較大調(diào)整，與原方案走向大致相同。在原 B 交接站處設(shè) B 線(xiàn)路所，在 C 站增設(shè)交接場(chǎng)，將交接作業(yè)移至 C 站進(jìn)行。同步建設(shè) A 站北咽喉區(qū)下行疏解線(xiàn)，疏解線(xiàn)從 A站北端咽喉下行場(chǎng)引出跨過(guò)運(yùn)煤干線(xiàn)，在 B 線(xiàn)路所與甲線(xiàn)連接，疏解線(xiàn)長(zhǎng)度約 2.6 km。優(yōu)化后的甲線(xiàn)全長(zhǎng)約 8.6 km，與初始設(shè)計(jì)方案相比，增加 A 站下行疏解線(xiàn)，擴(kuò)大 C 站規(guī)模，工程總投資降低約 1 000萬(wàn)元。

乙線(xiàn)與初始設(shè)計(jì)方案相比變化不大，僅由于與甲線(xiàn)接軌點(diǎn)的改變而發(fā)生部分線(xiàn)路縱斷面調(diào)整，線(xiàn)路全長(zhǎng)約 11.4 km，工程投資下降約 1 000 萬(wàn)元。2 個(gè)煤礦專(zhuān)用線(xiàn)總投資降低約 2 000 萬(wàn)元。優(yōu)化后的甲、乙煤礦專(zhuān)用線(xiàn)設(shè)計(jì)方案如圖 2 所示。

圖 2 優(yōu)化后的甲、乙煤礦專(zhuān)用線(xiàn)設(shè)計(jì)方案

線(xiàn)路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與初始設(shè)計(jì)方案基本一致，僅對(duì)甲線(xiàn)困難條件下最小曲線(xiàn)半徑作了適當(dāng)調(diào)整，由500 m 下降為 400 m，其他沒(méi)有產(chǎn)生較大變化。

3.2 結(jié)論與建議

甲、乙煤礦鐵路專(zhuān)用線(xiàn)設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)多次優(yōu)化，始終按照“緊密切合項(xiàng)目定位，力求設(shè)計(jì)方案最優(yōu)、工程投資最省”的指導(dǎo)方針進(jìn)行設(shè)計(jì)，雖然最終方案的工程投資僅降低約 2 000 萬(wàn)元，但工程卻得到極大地優(yōu)化，進(jìn)一步協(xié)調(diào)區(qū)域內(nèi)運(yùn)輸能力配置，確保專(zhuān)用線(xiàn)引入后既有煤炭運(yùn)輸干線(xiàn)行車(chē)安全，優(yōu)化研究的成果具有積極意義。

雖然經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終方案較初始方案已經(jīng)有較大改善，但不可否認(rèn)的是，該項(xiàng)目總投資水平依然偏高。這其中存在一些特殊原因：首先，該工程不同于一般的長(zhǎng)大鐵路建設(shè)工程，其線(xiàn)路里程短、車(chē)站規(guī)模大，站線(xiàn)鋪軌約 17 km，與正線(xiàn)鋪軌 22 km 相差不大，因而以傳統(tǒng)的每正線(xiàn)公里投資評(píng)估其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)必然偏大；其次，該工程所處地區(qū)地形條件較為惡劣，沿線(xiàn)溝壑縱橫、河谷交錯(cuò)，導(dǎo)致項(xiàng)目路基、橋隧工程量較大，全線(xiàn)橋隧比達(dá)到 50%。尤其是乙線(xiàn)，線(xiàn)位在河道和傍河山谷間交叉穿行，經(jīng)常出現(xiàn)橋隧相連的情況，歷經(jīng)多次平縱斷面調(diào)整，投資依然居高不下。因此，建議未來(lái)對(duì)乙線(xiàn)線(xiàn)位做進(jìn)一步優(yōu)化，探尋更優(yōu)線(xiàn)位的可能性，必要時(shí)可以考慮在煤礦投產(chǎn)前期采用公路或皮帶運(yùn)輸，視市場(chǎng)發(fā)展情況再?zèng)Q策該段鐵路專(zhuān)用線(xiàn)的動(dòng)工時(shí)機(jī)。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，煤炭市場(chǎng)進(jìn)入嚴(yán)冬期，煤炭企業(yè)必須通過(guò)控制成本增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)煤炭企業(yè)效益最大化[8]。作為煤礦生產(chǎn)的輔助外部條件，礦區(qū)配套運(yùn)煤鐵路的設(shè)計(jì)應(yīng)保持相同步調(diào)，以實(shí)事求是和對(duì)企業(yè)負(fù)責(zé)任的態(tài)度，選用最適合煤礦產(chǎn)能和銷(xiāo)售量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不斷優(yōu)化線(xiàn)路設(shè)計(jì)方案，盡量降低項(xiàng)目前期投資，盡量實(shí)施分期建設(shè)，根據(jù)煤炭市場(chǎng)的發(fā)展適時(shí)進(jìn)行擴(kuò)能改造。對(duì)于不必要的工程內(nèi)容，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證后應(yīng)予以舍棄，盡量避免由于工程內(nèi)容冗余、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)過(guò)高所帶來(lái)的企業(yè)投資浪費(fèi)，盡量避免建成后由于缺少運(yùn)量而造成鐵路運(yùn)輸設(shè)備閑置的不合理情況發(fā)生。

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責(zé)任編輯：馮姍姍

1004-2024(2015)08-0040-05

U212.33+3

B

2015-07-03

中國(guó)工程院重點(diǎn)咨詢(xún)基金項(xiàng)目(2012-XZ-3)