優化西非大型礦山鐵礦運輸系統的思考

宋緒松，韓建芬

(1. 山鋼集團塞拉利昂礦業有限公司 鐵路港口部，塞拉利昂 弗里敦；2. 山東鋼鐵股份有限公司 運行協調中心，山東濟南 250101)

優化西非大型礦山鐵礦運輸系統的思考

宋緒松1，韓建芬2

(1. 山鋼集團塞拉利昂礦業有限公司 鐵路港口部，塞拉利昂 弗里敦；2. 山東鋼鐵股份有限公司 運行協調中心，山東濟南 250101)

分別從設施設備、運輸組織 2 個方面闡述西非大型礦山鐵礦運輸系統的現狀，在此基礎上，分析西非大型礦山鐵礦運輸系統目前存在的主要問題，提出優化礦山至佩佩爾港口間鐵路運輸設施設備、多措并舉防控列車通過長大坡道、優化卸車作業環節、增加計算機輔助調度系統 4 個方面的措施，為進一步提高西非大型礦山鐵礦運輸系統的可靠性、適應性，滿足鐵礦運輸需求提供有益參考。

礦山鐵路；設施設備；運輸組織；調度

地處西非一處大型礦山擁有 100 多億 t 鐵礦石儲量，鐵礦石開采加工為成品后，在礦山裝車并且通過米軌鐵路運輸到佩佩爾港口，然后裝船外發至日照、董家口、曹妃甸等中國港口。鐵路運輸是礦山成品鐵礦外運物流環節的中心紐帶，是決定礦山能否順利生產的關鍵物流保障環節。針對以往存在的設備復雜、運輸距離長、作業環節多、當地工業基礎薄弱等問題，以安全可靠、簡單實用為原則構建西非大型礦山鐵礦運輸系統，提高鐵路運輸能力，滿足成品鐵礦的運輸需求。

1 西非大型礦山鐵礦運輸系統現狀

西非大型礦山鐵礦運輸系統主要以可靠性、適用性為原則，采用“單線+會讓站”模式既可以節省投資費用，又保證了列車雙向運行，有效提高礦山的鐵路運輸能力[1]。佩佩爾港口編組站和礦山裝車場共設有 3 條環線，列車在完成卸車、裝車作業后可以直接進入環線，進行下一步作業。

1.1 設施設備

1.1.1 鐵路線路

西非大型礦山鐵礦運輸系統的鐵路線路按照 25 t軸重標準設計，主線長 195 km，軌距為 1 067 mm。軌道使用 60 kg/m 的鋼軌和混凝土軌枕，鋼軌通過彈條扣件固定。軌道道岔安裝電動轉撤機，但尚未配備微機聯鎖控制系統，只能通過手搖轉撤機的方式搬動道岔。線路主要分為 3 個區段，0～70 km 線路區段在既有線路基礎上升級改造，該區段線路軌道曲線較多，而且曲線半徑較小；70～195 km 線路區段是新修建的線路，其中 180～195 km 區段屬于礦山區

域鐵路線路。礦山至佩佩爾港口鐵路全線共設有 8 個車站，其中 7 個車站各設有 1 條通行側線和 1 條停車線，用于會讓列車，1 個車站用于存放車輛。佩佩爾港口建有鐵路編組站和機車、車輛檢修車間，其中，2 條封閉的卸車環線配合卸車機作業，確保 2 臺卸車機同時進行作業；礦山建有 1 條裝車線和封閉環線。佩佩爾港口至礦山的線路總圖布局如圖 1 所示。在圖 1中，CN1～CN8 表示佩佩爾港口至礦山鐵路全線1～8 號車站。

圖1 佩佩爾港口至礦山鐵路總圖

1.1.2 牽引機車

西非大型礦山鐵礦運輸系統中的牽引機車為 6 軸電傳內燃機車，由司機室、電器間、發電機間、柴油機間、冷卻制動間 5 部分組成。機車配備 1 臺二沖程增壓柴油機，其標稱功率為 2 237 kw，最高轉速為 904 rpm。機車的主要技術規格為：機車型號RL30SCC，柴油機型號 16－645 E3B，機車外形尺寸 20 800 mm×2 850 mm×3 900 mm (長×寬×高)，軸式 Co-Co，軌距 1 067 mm，輪徑 914 mm，軸重 20 t，最高速度 90 km/h，持續速度 20 km/h，起動牽引力 400 kN，持續牽引力 310 kN[2]。

1.1.3 礦粉漏斗車

礦粉漏斗車是礦山采用的鐵礦石專用運輸車輛，能夠實現不停車卸料，主要由車體、轉向架、底門及開閉機構、氣路控制系統、鉤緩裝置、空氣制動系統等組成。其中，底門及開閉機構具備自鎖功能，能夠保證在礦粉漏斗車裝有礦粉情況下不會自動打開，并且加裝有安全鎖鉤裝置，規避因意外開門導致的行車安全事故隱患；礦粉漏斗車列車管風壓為 500 kPa，空氣制動系統與底門開閉機構用風壓力不同，但底門開閉機構風缸用風的壓力可以與機車主風缸風壓相等，最高可達 900 kPa，以確保底門開閉機構風缸有足夠的動力進行開關底門操作。礦粉漏斗車基本技術參數為：軌距 1 067 mm，載重 78 t，自重 21.9 t，容積 44.5 m3，軸重 25 t，運營速度 80 km/h，車輪直徑840 mm，車鉤中心到軌面高度 (空車) 880±10 mm，車輛外形尺寸 12 350 mm×3 175 mm×4 327 mm (長×寬×高)[3]。

1.2 運輸組織

1.2.1 列車會讓作業

列車司機在收到調度員下達的會讓計劃后，在會讓站道岔前開始降速，檢查確認道岔正確后按照調度員下達的計劃線路進入會讓站。在這期間的到達、出發會讓站的道岔搬動作業由進行會讓作業的 2 列列車司機負責，同時在會車作業過程中，2 列列車司機應互相檢查對方車輛的技術狀態，并且相互通知對方其尾車車號以便確認列車的完整性[4]。

1.2.2 港口作業

列車在佩佩爾港口的作業內容主要包括卸車、車輛點檢維修、機車更換、列車制動試驗等，作業循環時間較長。一般情況下，正常車輛在卸車過程中完成車輛點檢作業，故障車在環線上完成檢修作業。列車每完成1次循環都需要更換機車組，在礦粉漏斗車進行檢修時，機車組離開礦粉漏斗車進入檢修車間，同時另一組待用機車組直接與礦粉車連掛，在確保列車空氣制動試驗合格后出發。

1.2.3 運輸能力

經過多次調整優化，列車運行最終采用“4 臺機車牽引 112 輛礦粉漏斗車”的模式。重聯后的 4 臺機車在前端牽引列車運行，每列車平均裝載 8 500 t 礦粉。礦山至佩佩爾港口間鐵路線路設有 7 個會讓站，

理論上在該條線路上可以實現至少 8 列車同時運行，由于每列車單程基本運行時間為 6 h，在佩佩爾港口至礦山間主線上的循環時間為 12 h，理論上可以實現 24 h 完成 16 列車的運行。但是，實際中由于存在裝卸車、車輛檢查、機車更換、列車制動試驗等作業內容，每列車在佩佩爾港口至礦山間主線上的循環時間約為 24 h。在此條件下，礦山鐵礦石的鐵路年運量仍然超過 2 000 萬 t。

1.2.4 調度指揮

西非大型礦山鐵礦運輸系統以單一指揮和列車單線雙向同時運行為運輸組織原則。位于佩佩爾港口的調度員負責統一指揮，調度員主要通過對講機完成作業計劃的下達和調整，并且通過列車司機的反饋信息實時掌握各列車的運行狀態，從而合理編排和優化列車會讓時間、地點，減少列車等待時間。調度員下達的列車命令通過雙向通信確認，列車司機收到命令后進行書面記錄，并向調度員復誦信息，列車司機的書面記錄就是占有區間的命令。當列車依據調度命令在區間運行時，調度員必須確保其前后 2 個相鄰會讓站間的區間內只有 1 列車在運行。一旦調度員準許 1 列車進入某區間，在該列車出清該區間前，其他列車均不得進入該區間[5]。

2 西非大型礦山鐵礦運輸系統目前存在的主要問題

（1）鐵路線路曲線較多而且曲線半徑較小。由于從礦山至佩佩爾港口間鐵路線路的 0～70 km 線路區段是既有線升級改造區段，僅在既有線基礎上進行軌道升級，并沒有對路基進行優化調整，存在曲線較多且曲線半徑較小等問題，導致鋼軌內側面和輪對、輪緣的非正常磨耗比較嚴重，造成檢修工作量增加，鋼軌和輪對的使用壽命縮短。

（2）礦山區域鐵路線路長大坡道較多。在礦山區域約有 12 km 的鐵路線路坡度在15‰左右，而且礦山區域的鐵路線路主要順著山坡走向建造，存在多處填方和挖方，導致列車在運行中存在空車上坡、重車下坡等問題，增大重車下坡車速控制難度，列車運行風險較高。

（3）礦粉卸車環節等待時間較長。2014 年全年、3 月、4 月、6 月西非大型礦山鐵礦運輸系統基本統計數據如表 1 所示，從表 1 可以看出， 2014 年3 月、4 月、6 月礦山的鐵礦石運量均超過 170 萬 t。

2014 年空車在礦山裝車前平均等待時間為 56 min，重車在佩佩爾港口卸車前平均等待時間為 129 min，占列車在礦山至佩佩爾港口間循環總時間的 9%，空車從佩佩爾港口等待出發的平均時間為 34 min，列車在礦山至佩佩爾港口間總的等待時間為 219 min，占列車總循環時間的 15%。此外，有 78.4% 的列車等待卸車機時間超過 15 min，同時存在卸車機等待重車的情況，主要原因是各列車卸車作業時間相差較大，重車不均衡到達佩佩爾港口。

表1 2014年全年、3月份、4月份、6月份西非大型礦山鐵礦運輸系統基本統計數據

（4）調度系統尚未實現智能化。西非大型礦山鐵礦運輸系統的調度系統主要采用調度員統一指揮模式，由調度員通過對講機完成行車作業計劃的下達和調整，調度作業過于依賴人工作業，尚未實現智能化調度。調度員必須按照安全、高效的運行原則保證所有列車在線路上持續流動，受各列車錯綜復雜的信息反饋影響，調度員工作勞動強度較大。隨著運行列車數量的增加，容易增加列車運行安全隱患、降低列車運行效率。

3 西非大型礦山鐵礦運輸系統優化措施

（1）優化礦山至佩佩爾港口間鐵路運輸設施設備。針對礦山至佩佩爾港口間部分區段連續曲線較多、曲線半徑較小的鐵路線路區段，建議進行曲線半徑加大調整，同時在曲線外軌上加裝自動潤滑器，輪對在壓上潤滑器后，潤滑脂會自動適量溢出，潤滑輪軌接觸面，降低鋼軌內側面和輪對、輪緣的非正常磨耗[6]。對于礦粉漏斗車運行中通過點檢發現的輪緣磨耗嚴重的輪對，應及時進行更換。此外，根據礦山至佩佩爾港口間鐵路線路情況對列車運行進行限速，其中，0～70 km 鐵路區段線路限速 35 km/h，礦山區域由于鐵路線路存在長大坡道，限速 30 km/h，中間新建鐵路限速 60 km/h。

（2）多措并舉防控列車通過長大坡道。礦山區域的鐵路線路坡度大、坡道長、曲線多。為確保重車安全下坡，建議從設備性能和運行規則方面嚴加控制[7]。①在機車自閥制動采用最小減壓位時，應保證整個列車的制動保壓時間不少于 2 h。②加裝列車車尾監測裝置，確保司機室能夠實時觀察列車尾車的列車管壓力，以便監測到尾車的制動狀態。③2 列車進行會車作業時，司機應互相通知對方其尾車車號，確保長大列車運行的完整性。④重車在礦山區域長大坡道下行時，機車使用“電阻制動+空氣制動”的方式控制列車運行速度在安全限速內，當列車超速時，應馬上制動停車，并且立即在列車兩端實施足量車輛手閘制動，操縱機車自閥緩解，待整個列車充風完畢后，在保證尾端部分礦粉漏斗車手閘制動的前提下，列車運行到安全區域，然后停車緩解手閘，恢復正常運行。

（3）優化卸車作業環節。受礦粉品種的不同和礦粉水分含量差異的影響，各列車的卸車時間相差較大。因此，應合理使用佩佩爾港口的 2 輛卸車機，減少到達港口的重車等待卸車時間。由于佩佩爾港口的 2 號卸車機卸車能力較高，1 次可以卸 2 輛車，1 號卸車機卸車能力較低，1 次只能卸 1 輛車，因而卸車作業應主要以 2 號卸車機為主，1 號卸車機為輔。當 2 號卸車機正在進行卸車作業時，可同時組織到達的重車進入 1 號卸車機進行卸料，使列車循環更加均衡，降低卸車機等待重車時間。

（4）增加計算機輔助調度系統。為解決西非大型礦山鐵礦運輸系統調度指揮過于依賴人工作業的問題，應結合礦山鐵礦運輸系統實際情況設計研究適合的列車調度計算機輔助系統，增加關鍵作業區域的電子監控，并且在機車上增設全球定位系統 (Global Positioning System，GPS)，實現調度室實時監控定位列車運行位置。調度員不必再通過對講機詢問即可準確掌握列車的實時運行狀態，減輕調度員的工作勞動強度。

4 結束語

西非大型礦山鐵礦運輸系統經過 4 年多時間的運行，鐵路運輸組織方案不斷優化，運輸能力不斷提升，有效滿足了當地礦山鐵礦石的外運需求。下一步計劃在地面設置車輛軸溫檢測器，對重車駛下長大坡道后的軸溫進行檢測，以便及時發現安全隱患；在礦山至佩佩爾港口間的 7 號會讓站與礦山之間進行施工增加復線，提高礦山區域的鐵路運輸能力[8]；同時在佩

佩爾港口編組站建立小型微機聯鎖系統，控制港口編組站的 30 組道岔，提高調車作業效率和安全性。

[1] 史俊玲.國外典型鐵路運輸企業發展戰略的分析與啟示[J].鐵道運輸與經濟，2016，38(6)：95-100.SHI Jun-ling.Analysis and Revelation of Development Strategy by Foreign Typical Railway Transport Enterprise[J].Railway Transport and Economy，2016，38(6)：95-100.

[2] RL30SCC Driver's Operating Manual for Sierra Leone[M].South Africa：RRL Grindrod Locomotive (PTY) Ltd，2011.

[3] Operation & Maintenance Manual for Sierra Leone Ore Hopper Wagon (CAH47-00-00-000) Version A[M].Wuhan：China South Railway Yangtze Co.Ltd，2011.

[4] Shan Steel Railway Operating Rules (SL03-SDS-001)[M].Sierra Leone：African Railway & Port Service (SL) Co.Ltd，2016.

[5] 彭其淵，王慈光.鐵路行車組織[M].北京：中國鐵道出版社，2007.

[6] 陳松迪.降低鐵路礦石運輸途中損耗的對策研究[J].鐵道貨運，2015，33(2)：44-46.CHEN Song-di.Study on Countermeasures of Reducing the Loss During Iron Ore Transportation[J].Railway Freight Transportation，2015，33(2)：44-46.

[7] 陳大名.鐵道車輛制動[M].北京：中國鐵道出版社，2005.

[8] 楊 浩.鐵路運輸組織學[M].北京：中國鐵道出版社，2011.

（責任編輯 金艷萍）

Reflection on Optimizing Transportation System of Large-Scale Iron Ore in West Africa

SONG Xu-song1, HAN Jian-fen2
(1.Railway Port Department, Sierra Leone Mining Co., Ltd of Shangdong Iron & Steel Group Co., Ltd,Freetown,Sierra Leone, 2. Operation Coordination Center,Shangdong Iron & Steel Group Co., Ltd, Jinan 250101, Shandong,China)

This paper analyzes present situation of large-scale iron ore transportation system in West Africa from the perspectives of infrastructure ,facilities and transportation organization, and studies the main problem of current railway transportation system on this basis, and puts forward measures to further elevate the reliability and adaptability of railway transportation system ,including optimizing railway transportation facilities, controlling railway passing long and steep grade, optimizing loading and unloading operation, and adding computer assisted dispatch system in order to provide valuable

for transportation requirement of iron and ore.

Railway Mine; Infrastructure and Facilities; Transportation Organization; Dispatching

1004-2024(2016)10-0044-05

U294.1

B

10.16669/j.cnki.issn.1004-2024.2016.10.09

2016-09-01

宋緒松(1969—)，男，山東萊陽人，碩士。韓建芬(1969—)，女，山東章丘人，大學本科。