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）

煤炭開采區(qū)鐵路專用線優(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、乙煤礦專用線設(shè)計(jì)方案及其線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2個(gè)方面研究該鐵路專用線工程的初始設(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3個(gè)優(yōu)化思路，提出該鐵路專用線工程的優(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；專用線；優(yōu)化；設(shè)計(jì)

從煤炭開采到用戶使用，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)鐵路專用線，銜接到大秦、朔黃等運(yùn)煤鐵路干線繼而外運(yùn)。在近年來國(guó)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(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)必須解決的問題。作為煤炭外運(yùn)的重要環(huán)節(jié)，運(yùn)煤專用鐵路也必須在滿足外運(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

陜西省某煤炭開采區(qū)，擁有甲、乙 2 個(gè)開采煤礦。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 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 t。為了方便甲、乙煤礦煤炭外運(yùn)，擬新建運(yùn)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(cè)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(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)煤礦無法通過 1 條鐵路進(jìn)行煤炭外運(yùn)，因而需要分別設(shè)置甲、乙 2 條煤礦專用線。甲、乙煤礦專用線初始設(shè)計(jì)方案示意圖如圖 1 所示。

圖 1 甲、乙煤礦專用線初始設(shè)計(jì)方案示意圖

1.2.1 甲煤礦專用線設(shè)計(jì)方案及其線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

甲煤礦專用線 (以下簡(jiǎn)稱甲線) 由接軌的某煤炭運(yùn)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(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，線路全長(zhǎng)約 8.5 km，工程投資約 8 億元。

甲線與既有國(guó)鐵線位基本平行。根據(jù)地方政府意見，該地區(qū)煤炭運(yùn)輸鐵路較多，如果完全平行新建甲線，則會(huì)造成重復(fù)建設(shè)，帶來資金、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)為甲線與既有國(guó)鐵共用。

甲線屬于企業(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)，甲線后方通道煤炭運(yùn)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(jìn)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(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(jī)待線、安全線等，車站規(guī)模較大。

甲站為甲線終點(diǎn)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(chǎng)，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(jìn)入產(chǎn)品倉，采用筒倉進(jìn)行裝車。

結(jié)合專用線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(zhǎng)為 1 050 m；閉塞類型為半自動(dòng)閉塞。

1.2.2 乙煤礦專用線設(shè)計(jì)方案及其線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

乙煤礦專用線 (以下簡(jiǎn)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(chǎng)，設(shè)置乙裝車站，線路全長(zhǎng)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(zhǎng) 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(jì)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(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(zhǎng)為1 050 m；閉塞類型為半自動(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，該方案投資過高，全長(zhǎng)約 20 km 的線路投資約 15 億元，單位技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)幾乎是同類性質(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、乙煤礦專用線屬于運(yùn)煤支線，線路引入煤炭運(yùn)輸干線鐵路后會(huì)切割鐵路正線，影響干線鐵路的運(yùn)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(jiǎn)化 B 交接站設(shè)計(jì)

B 交接站為該工程中規(guī)模最大的車站，車站有效長(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)煤干線北端咽喉區(qū)線路高程控制，線路標(biāo)高無法快速下降，使車站填方較高，部分地段達(dá)到 10 m 以上，造成該站土石方填方達(dá) 189萬 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(jìn)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(xiàng)目煤炭外運(yùn)量，折算成萬噸列車數(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(jì)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(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(jì)方案中，甲線由 A 站北咽喉簡(jiǎn)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(shì)必切割運(yùn)煤干線上行正線，輕則影響運(yùn)輸能力，重則帶來極大的安全隱患。

目前，國(guó)內(nèi)煤礦鐵路設(shè)計(jì)在面對(duì)此類問題時(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(jì)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(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，疏解線從 A站北端咽喉下行場(chǎng)引出跨過運(yùn)煤干線，在 B 線路所與甲線連接，疏解線長(zhǎng)度約 2.6 km。優(yōu)化后的甲線全長(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，擴(kuò)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(jì)方案相比變化不大，僅由于與甲線接軌點(diǎn)的改變而發(fā)生部分線路縱斷面調(diào)整，線路全長(zhǎng)約 11.4 km，工程投資下降約 1 000 萬元。2 個(gè)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(jì)方案如圖 2 所示。

圖 2 優(yōu)化后的甲、乙煤礦專用線設(shè)計(jì)方案

線路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與初始設(shè)計(jì)方案基本一致，僅對(duì)甲線困難條件下最小曲線半徑作了適當(dāng)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(jì)方案經(jīng)過多次優(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，確保專用線引入后既有煤炭運(yùn)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(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(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，全線橋隧比達(dá)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(duì)乙線線位做進(jìn)一步優(yōu)化，探尋更優(yōu)線位的可能性，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策該段鐵路專用線的動(dòng)工時(shí)機(jī)。

4 結(jié)束語

目前，煤炭市場(chǎng)進(jìn)入嚴(yán)冬期，煤炭企業(yè)必須通過控制成本增加企業(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)能和銷售量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不斷優(yōu)化線路設(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)過高所帶來的企業(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。

[1] 國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局. 中國(guó)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(guó)鐵路煤炭運(yùn)輸發(fā)展趨勢(shì)的探討[J]. 鐵道貨運(yùn)，2014，32(4)：15-19.

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

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

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

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

[8] 孫漢友. 當(dāng)前煤炭經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下如何加強(qiáng)煤炭企業(yè)成本控制[J]. 企業(yè)家天地，2014(4)：113.

責(zé)任編輯：馮姍姍

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2015-07-03

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