煤炭開采區(qū)鐵路專用線優(yōu)化設(shè)計研究

王 煒

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

煤炭開采區(qū)鐵路專用線優(yōu)化設(shè)計研究

王 煒

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

在分析某煤礦開采區(qū)產(chǎn)品運量和鐵路概況的基礎(chǔ)上，分別從甲、乙煤礦專用線設(shè)計方案及其線路技術(shù)標準2個方面研究該鐵路專用線工程的初始設(shè)計方案。根據(jù)簡化B交接站設(shè)計、重新設(shè)計C站和增設(shè)A站北咽喉下行疏解線3個優(yōu)化思路，提出該鐵路專用線工程的優(yōu)化設(shè)計方案，以降低工程造價，減輕企業(yè)建設(shè)壓力。

煤礦鐵路；專用線；優(yōu)化；設(shè)計

從煤炭開采到用戶使用，運輸是非常重要的中間環(huán)節(jié)。我國許多大型煤礦位于中西部地區(qū)，而下游需求用戶多分布在東南部沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)[1]，煤炭一般需要經(jīng)過較長距離運輸至沿海港口下水，經(jīng)海運送往沿海地區(qū)。目前，下水煤炭主要有公路和鐵路 2種運輸方式，公路運輸較為靈活，但存在環(huán)境污染嚴重、運營成本較高等缺點；相比之下，鐵路運輸更加符合環(huán)保要求，同時在長距離運輸?shù)那闆r下運輸成本遠低于公路運輸。因此，鐵路運輸成為我國眾多煤炭企業(yè)煤炭外運的首選，如平朔、潞安、哈爾烏素、霍林河等煤礦均建有礦區(qū)鐵路專用線，銜接到大秦、朔黃等運煤鐵路干線繼而外運。在近年來國際能源結(jié)構(gòu)變革的背景下，煤炭產(chǎn)能過剩問題日漸突出[2]。面對國外進口煤炭的沖擊，國內(nèi)煤炭市場低迷，降本增效是許多煤炭企業(yè)必須解決的問題。作為煤炭外運的重要環(huán)節(jié)，運煤專用鐵路也必須在滿足外運需求的前提下盡可能降低工程投資和運營成本，進而達到企業(yè)降低運輸成本的發(fā)展目標[3]。

1 初始設(shè)計方案

1.1 概況

陜西省某煤炭開采區(qū)，擁有甲、乙 2 個開采煤礦。其中，甲煤礦產(chǎn)品煤以不粘煤 31 號為主，年生產(chǎn)能力為 800 萬 t；乙煤礦產(chǎn)品煤以長焰煤 41 號和不粘煤 31 號為主，年生產(chǎn)能力為 300 萬 t。為了方便甲、乙煤礦煤炭外運，擬新建運煤鐵路專用線，在甲、乙煤礦附近分別設(shè)置甲站、乙站，考慮收購部分周邊煤礦生產(chǎn)的煤炭，預(yù)測甲站和乙站年裝車量分別為 1 000 萬 t、500 萬 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 國道、307 國道、陜蒙高速公路、榆靖高速公路等公路，四通八達，交通便利。

1.2 設(shè)計方案

受地形條件限制，甲、乙 2 個煤礦無法通過 1 條鐵路進行煤炭外運，因而需要分別設(shè)置甲、乙 2 條煤礦專用線。甲、乙煤礦專用線初始設(shè)計方案示意圖如圖 1 所示。

圖 1 甲、乙煤礦專用線初始設(shè)計方案示意圖

1.2.1 甲煤礦專用線設(shè)計方案及其線路技術(shù)標準

甲煤礦專用線 (以下簡稱甲線) 由接軌的某煤炭運輸干線 A 站北端咽喉引出，向北新設(shè) B 交接站，跨過中石拉溝、上石拉溝，沿犢牛川東岸向北，與既有國鐵并行約 4 km，在石邊上村與既有國鐵的 C 站 (既有改建) 連接，線路全長約 8.5 km，工程投資約 8 億元。

甲線與既有國鐵線位基本平行。根據(jù)地方政府意見，該地區(qū)煤炭運輸鐵路較多，如果完全平行新建甲線，則會造成重復(fù)建設(shè)，帶來資金、運輸能力浪費。為此，既有國鐵 C 站至甲站區(qū)間設(shè)計為甲線與既有國鐵共用。

甲線屬于企業(yè)自營鐵路，與既有國鐵性質(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 交接站進行交接作業(yè)；同時，甲線后方通道煤炭運輸干線鐵路的列車牽引質(zhì)量為 10 000 t，而甲線的列車牽引質(zhì)量為 5 000 t，列車在該站需要進行組合分解作業(yè)，2 列 5 000 t 列車組合成 1 列 10 000 t 列車，發(fā)往港口方向。B 交接站設(shè)萬噸列車組合線 2 條、分解線 2 條 (含 1 條正線)，組合、分解線有效長為 1 800 m；設(shè) 100 m × 6 m × 0.3 m的基本站臺 1 座。設(shè)裝車線 1 條，設(shè)裝車筒倉 1座。另設(shè)接觸網(wǎng)工區(qū)作業(yè)線、機待線、安全線等，車站規(guī)模較大。

甲站為甲線終點站，也是煤炭裝車站。甲線由甲站北咽喉西側(cè)接軌引入，新建裝車線 1 條，引入甲煤礦工業(yè)廣場，裝車線平直地段設(shè)軌道衡 1 座。煤炭經(jīng)選煤廠洗選后進入產(chǎn)品倉，采用筒倉進行裝車。

結(jié)合專用線主要為甲煤礦煤炭外運服務(wù)的功能定位，參考周邊路網(wǎng)現(xiàn)狀[4]，該方案中甲線采用的主要技術(shù)標準[5-7]為：鐵路等級為Ⅱ級；正線數(shù)目為單線；最小曲線半徑一般條件下 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6‰、輕車 13‰；牽引種類為電力牽引；牽引質(zhì)量為5 000 t；到發(fā)線有效長為 1 050 m；閉塞類型為半自動閉塞。

1.2.2 乙煤礦專用線設(shè)計方案及其線路技術(shù)標準

乙煤礦專用線 (以下簡稱乙線) 從甲線 B 交接站引出，沿小板兔川往東，引入乙煤礦工業(yè)廣場，設(shè)置乙裝車站，線路全長約 11 km，工程投資約 7 億元。乙站為盡頭式車站，采用牽出線裝車作業(yè)方式，車站設(shè)到發(fā)線 3 條，有效長 1 050 m，裝車線 1 條，滿足 5 000 t 列車整列裝車。

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

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

2 優(yōu)化思路

初始設(shè)計方案基本上滿足 2 個煤礦的煤炭外運需求。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，有利于降低煤炭運輸成本，提高煤炭外運效率。但是，該方案投資過高，全長約 20 km 的線路投資約 15 億元，單位技術(shù)經(jīng)濟指標幾乎是同類性質(zhì)鐵路的 3 倍，在當前煤炭市場普遍低迷，煤炭內(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、乙煤礦專用線屬于運煤支線，線路引入煤炭運輸干線鐵路后會切割鐵路正線，影響干線鐵路的運輸作業(yè)安全。為此，經(jīng)過分析研究，提出以下優(yōu)化思路。

2.1 簡化 B 交接站設(shè)計

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

經(jīng)調(diào)查研究，該運煤干線上游某區(qū)段站萬噸改造已經(jīng)完成，部分 5 000 t 列車可以在該站進行組合后不停車通過 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)項目煤炭外運量，折算成萬噸列車數(shù)量為 6 對 /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)段站擴能改造后釋放的能力空間；同時，交接作業(yè)可以移至 C 站進行，對 C 站作適當改造即可。因此，B 交接站的 2 項主要功能均移至其他車站完成，該站可以取消，僅設(shè)置線路所即可。車站規(guī)模由初始設(shè)計方案中的 2 條萬噸列車組合線和 2 條萬噸列車分解線縮減為 4 組道岔、2 條安全線，大幅降低工程投資。

2.2 重新設(shè)計 C 站

C 站承擔了 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，增設(shè) 1 條股道，車站規(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

初始設(shè)計方案中，甲線由 A 站北咽喉簡單引入，上下行共用同一條線位。在這種情況下，下行方向回空列車由 A 站發(fā)往甲站方向勢必切割運煤干線上行正線，輕則影響運輸能力，重則帶來極大的安全隱患。

目前，國內(nèi)煤礦鐵路設(shè)計在面對此類問題時，大量采用立交疏解方案，思路較為成熟，即將影響正線行車安全的支線作上跨或下穿正線處理，2 線由平面交叉改為立體交叉，互不影響，以確保行車安全。根據(jù)上述思路，增設(shè) A 站北咽喉下行疏解線。

3 優(yōu)化方案

3.1 優(yōu)化后設(shè)計方案

經(jīng)優(yōu)化后，甲線線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 線路所，在 C 站增設(shè)交接場，將交接作業(yè)移至 C 站進行。同步建設(shè) A 站北咽喉區(qū)下行疏解線，疏解線從 A站北端咽喉下行場引出跨過運煤干線，在 B 線路所與甲線連接，疏解線長度約 2.6 km。優(yōu)化后的甲線全長約 8.6 km，與初始設(shè)計方案相比，增加 A 站下行疏解線，擴大 C 站規(guī)模，工程總投資降低約 1 000萬元。

乙線與初始設(shè)計方案相比變化不大，僅由于與甲線接軌點的改變而發(fā)生部分線路縱斷面調(diào)整，線路全長約 11.4 km，工程投資下降約 1 000 萬元。2 個煤礦專用線總投資降低約 2 000 萬元。優(yōu)化后的甲、乙煤礦專用線設(shè)計方案如圖 2 所示。

圖 2 優(yōu)化后的甲、乙煤礦專用線設(shè)計方案

線路主要技術(shù)標準與初始設(shè)計方案基本一致，僅對甲線困難條件下最小曲線半徑作了適當調(diào)整，由500 m 下降為 400 m，其他沒有產(chǎn)生較大變化。

3.2 結(jié)論與建議

甲、乙煤礦鐵路專用線設(shè)計方案經(jīng)過多次優(yōu)化，始終按照“緊密切合項目定位，力求設(shè)計方案最優(yōu)、工程投資最省”的指導(dǎo)方針進行設(shè)計，雖然最終方案的工程投資僅降低約 2 000 萬元，但工程卻得到極大地優(yōu)化，進一步協(xié)調(diào)區(qū)域內(nèi)運輸能力配置，確保專用線引入后既有煤炭運輸干線行車安全，優(yōu)化研究的成果具有積極意義。

雖然經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，最終方案較初始方案已經(jīng)有較大改善，但不可否認的是，該項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大鐵路建設(shè)工程，其線路里程短、車站規(guī)模大，站線鋪軌約 17 km，與正線鋪軌 22 km 相差不大，因而以傳統(tǒng)的每正線公里投資評估其技術(shù)經(jīng)濟指標必然偏大；其次，該工程所處地區(qū)地形條件較為惡劣，沿線溝壑縱橫、河谷交錯，導(dǎo)致項目路基、橋隧工程量較大，全線橋隧比達到 50%。尤其是乙線，線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，建議未來對乙線線位做進一步優(yōu)化，探尋更優(yōu)線位的可能性，必要時可以考慮在煤礦投產(chǎn)前期采用公路或皮帶運輸，視市場發(fā)展情況再決策該段鐵路專用線的動工時機。

4 結(jié)束語

目前，煤炭市場進入嚴冬期，煤炭企業(yè)必須通過控制成本增加企業(yè)經(jīng)濟效益，實現(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)配套運煤鐵路的設(shè)計應(yīng)保持相同步調(diào)，以實事求是和對企業(yè)負責任的態(tài)度，選用最適合煤礦產(chǎn)能和銷售量的技術(shù)標準，不斷優(yōu)化線路設(shè)計方案，盡量降低項目前期投資，盡量實施分期建設(shè)，根據(jù)煤炭市場的發(fā)展適時進行擴能改造。對于不必要的工程內(nèi)容，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟論證后應(yīng)予以舍棄，盡量避免由于工程內(nèi)容冗余、技術(shù)標準過高所帶來的企業(yè)投資浪費，盡量避免建成后由于缺少運量而造成鐵路運輸設(shè)備閑置的不合理情況發(fā)生。

[1] 國家煤礦安全監(jiān)察局. 中國煤炭工業(yè)年鑒 2012[M]. 北京：煤炭信息研究院，2013.

[2] 崔艷萍. 我國鐵路煤炭運輸發(fā)展趨勢的探討[J]. 鐵道貨運，2014，32(4)：15-19.

[3] 孟 堅. 提高神華鐵路運輸能力的對策研究[J]. 鐵道運輸與經(jīng)濟，2014，36(7)：40-44.

[4] 鐵道第五勘察設(shè)計院集團有限公司. 新建鐵路巴準線初步設(shè)計[R]. 北京：鐵道第五勘察設(shè)計院集團有限公司，2010.

[5] 中華人民共和國建設(shè)部. GB50090—2006 鐵路線路設(shè)計規(guī)范[S]. 北京：中國計劃出版社，2006.

[6] 中華人民共和國建設(shè)部. GB50091—2006 鐵路車站及樞紐設(shè)計規(guī)范[S]. 北京：中國計劃出版社，2006.

[7] 中華人民共和國鐵道部. TB10001—2005 鐵路路基設(shè)計規(guī)范[S]. 北京：中國鐵道出版社，2005.

[8] 孫漢友. 當前煤炭經(jīng)濟形勢下如何加強煤炭企業(yè)成本控制[J]. 企業(yè)家天地，2014(4)：113.

責任編輯：馮姍姍

1004-2024(2015)08-0040-05

U212.33+3

B

2015-07-03

中國工程院重點咨詢基金項目(2012-XZ-3)