復雜地形條件下煤炭外運方式分析

常建華

(中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安 710054)

0 引言

煤炭外部運輸系統是煤礦建設不可缺少的重要工程之一[1-3]。目前我國大部分礦井生產的煤炭除部分地銷外，主要通過長距離運往我國華中、華南及華東等地區，長距離運輸往往采用運營費用較小的鐵路運輸，或采用鐵路結合海運或者河運的運輸方式，隨著鐵路運輸網的日益完善，國內主要運煤干線鐵路已經建成，主要礦區與國家干線鐵路相連的礦區鐵路也已經形成[4-6]。對于某些煤礦，因考慮井下開采及地形地質等因素，工業場地距離干線鐵路車站仍有一定距離，這就存在煤礦工業場地至附近鐵路車站上站的煤炭短途運輸問題。短途運輸的方式主要有公路運輸、鐵路運輸、帶式輸送機運輸，可采用單一運輸方式，也可以采用聯合的運輸方式[7-10]。煤礦外部運輸通道可靠順暢，經濟合理，對保證煤礦生產的連續性，降低煤炭外銷成本，節能減排有著非常重要的意義。

1 煤炭運輸方式

1.1 主要特征及適用條件

目前，我國煤炭運輸主要以運量大、運距遠、成本低、安全可靠的鐵路運輸為主，大部分可以組織運輸列車直達，實現點對點、戶對戶運輸，直達終端煤炭用戶，多與公路運輸或帶式輸送機運輸聯合運輸。近幾年發展應用起來的帶式輸送機運輸具有投資低、占地少、管理方便以及爬坡適應能力強等優點，多適用于礦區之間或者運往鐵路裝車站等點對點的煤炭運輸，為煤炭外運提供了新的運輸方式。

1.2 里必煤礦概況

里必煤礦是我國在建的重點礦井之一，礦井設計規模4.00 Mt/a，煤質優良。里必煤礦地處地形復雜，氣候條件差，區域地貌為山嶺重丘，地形破碎，山體陡峭，煤礦工業場地南靠大山，北臨沁水河；地區四季分明，晝夜溫差大，年平均氣溫低，十月中旬至次年三月上旬已進入霜凍期。里必煤礦周邊現有侯月鐵路、高沁高速、省道S331，為里必煤礦煤炭外運提供方便。里必礦井生產的煤炭需運至侯月鐵路鄭莊車站，再通過侯月鐵路外運華東、華中等地。根據煤礦周邊鐵路、公路等交通條件和沿線自然地形及工程地質、水文地質條件，里必煤礦工業場地至鄭莊站之間有鐵路、公路和帶式輸送機3種運輸方式可供選擇。

2 里必煤礦運輸方式分析

2.1 鐵路運輸

鐵路運輸是新建礦井鐵路專用線在侯月線鄭莊站接軌，并設礦井鐵路裝車站，在礦井鐵路裝車站裝車并組織開行始發直達列車的運輸方式，完成一套鐵路運輸需建設以下主要工程：鄭莊站改造、礦井鐵路專用線(長度16.28 km)及鐵路裝車站，總投資10.89億元。

2.2 公路運輸

2.2.1 運煤汽車車流量計算

里必煤礦運量為4.0 Mt/a，平均采用載重30 t載重汽車運輸，按照煤炭企業330天/a工作日，考慮1.20運輸不均衡系統，每天雙向載重汽車輛數為970輛，折合成標準小客車為3 880輛/d，每小時交通量為162輛。

2.2.2 既有道路通行能力分析

里必煤礦工業場地緊鄰省道S331，并且該公路經過鄭莊站，首先對該道路通行能力進行分析。該段為二級公路標準，路基寬度8.5 m，路面寬度7.5 m，彎道多，坡度大，通行條件差，視距不足段占線路總長度的50%，該段行車速度為40 km/h，采用三級服務水平，最大服務交通量為2 300輛/h(理想通行能力)×0.42=966輛。實際通行能力計算參照式(1)

SF=MSF×fW×fd×ff×fHV

(1)

式中，fW為路面寬度修正系數，取0.84；fd為方向分布修正系數(60/40)，取0.94；ff為橫向干擾修正系數，取0.75；fHV為交通組成修正系數，按小客車15%，中型車25%(折算系數2.0)，大型車25%(折算系數3.0)，拖掛車35%(折算系數4.0)，計算后修正系數取0.35。則實際通行能力為200輛/h，晝夜交通量4 800輛。經過現場多次調查，該道路的小時實際交通量為120輛，里必煤礦4.0 Mt/a運量產生的162輛/h，該公路交通量猛增共計282輛/h，晝夜交通量達到6 768輛，交通量超出最大服務水平的41%，加上社會車輛和矸石車輛的交叉干擾大，以及白天和夜間行車的不均衡性，因此，該公路不能承擔里必煤礦全部煤炭外運任務，而既有省道S331受侯月鐵路和沁水河道的限制，擴建改造非常困難，因此需要新建運煤專用道路。

2.2.3 新建運煤公路及其它配套設施

按照里必煤礦的運量，新建運煤公路采用公路二級標準，路基寬度10 m，公路起于里必工業場地，沿著沁水河南邊布線，終于鄭莊車站對面，總長9.2 km，另外需要修建儲裝卸運系統、鄭莊站的改造和鐵路裝車站，總投資7.22億元。

2.3 帶式輸送機運輸

帶式輸送機是最為常見的物料連續輸送設備，在煤炭、礦山、建材、港口等領域應用十分普遍，隨著科學技術的進步，帶式輸送機向長運距、大型化方向飛速發展。由于帶式輸送機可以全天候、大輸送量、長距離、連續性的實現散狀物料的輸送，因而在世界范圍內得到廣泛應用。與公路運輸相比，帶式輸送機的運營費用相對較低，有資料表明，在5 km運距時與汽車運營費的比率為1∶2.4。近年來，隨著國際汽油價格的持續走高，其差距還將變得更大。里必工業場地距離鄭莊車站8 km，可以修建帶式輸送機運輸原煤進入侯月線。完成帶式輸送機運輸需要建設帶式輸送機(長度8.5 km)、儲裝運系統、鄭莊站改造和鐵路裝車站，總投資8.45億元。

3 運輸方式對比及適用條件

3.1 經濟性比較

里必煤礦3種運輸方式技術經濟比較見表1。

表1 里必煤礦3種運輸方式技術經濟比較

3.2 對比分析

3.2.1 公路運輸

公路運輸雖然前期建設投資較小，建設周期短，但存在運量小、能耗大、運營成本高、環境污染大，不安全因素多，占地多，并且該地區道路運輸受天氣、氣候影響較大，特別是冬季低溫雨雪天，高速公路經常關閉，等級公路運行條件更差，無法保證煤炭正常外運。因此，里必煤礦煤炭外運不推薦公路運輸方式。

3.2.2 帶式輸送機運輸

帶式輸送機運輸至侯月鐵路接軌站，需要修建帶式輸送機8.5 km，長距離膠帶運輸在丘陵區地管理、養護維修等方面困難；長距離運輸存在冬季保溫、走廊的封閉、煤炭的安全等問題，并且帶式輸送機運輸運營費比鐵路運輸高；另外，修建帶式輸送機的同時，仍需要建設鐵路裝車站及接軌站改造等配套工程，該配套工程在整個煤礦中所占的投資比例較高，綜合分析比較，采用帶式輸送機運輸方式優勢不明顯。

3.2.3 鐵路運輸

鐵路運輸品種單一、裝車站布置單一，采用快速裝車系統裝車，裝車速度快；列車組織直達運輸，沿途不需要二次倒運；鐵路運輸可靠性高，適應全天候運輸，保證礦井生產的連續性；鐵路運輸效率高，運量大，能給煤礦發展提供空間；鐵路運營費低，降低了煤炭外運成本；鐵路運輸可委托國鐵代為管理和運營，減少運輸人員的配置。因此，里必煤礦采用鐵路運輸比公路運輸和帶式輸送機運輸更具競爭優勢，并能確保煤炭外部運輸通路順暢，保證礦井生產的連續性，但鐵路運輸仍存在著建設前期手續復雜、投資高和占地多等缺點。

3.3 不同運輸方式的適用條件

結合已建成煤礦的外運方式，總結出常見的3種煤炭運輸方式的主要特征及適用條件，見表2。

表2 3種常見煤炭運輸方式的主要特征及適用條件

4 結語

煤炭外運方式正確選擇，要根據煤炭運向、運量、運距、區域交通運輸條件以及地形地貌、工程地質、氣候、環境等綜合因素決定，結合運輸方式的特點進行綜合比較，可采用單一運輸方式，也可以采用聯合運輸的方式。經過對里必煤礦的分析，因地形條件復雜，鐵路建設工程投資較大，只有運量達到一定值后才能在較短的時間內實現投資回收；公路運輸，公路建設較能適應地形的要求，能夠更快地帶動周邊經濟發展，但是運行費較高，對環境污染嚴重，只能適應于較短距離的倒運；帶式輸送機運輸，帶式輸送機爬坡能力大，能很好地適應復雜地形，工程投資低，但是運營費高，運營支出隨著運營長度的增加呈非線性增長，運營長度過長，經濟上不合理。