集運站方案設(shè)計及不同存儲方式的優(yōu)勢分析*

武　童

(1.天地科技股份有限公司 開采設(shè)計事業(yè)部，北京　100013; 2.煤炭科學研究總院 開采研究分院，北京　100013)

0　引言

鄂爾多斯市神煜能源有限責任公司集運站設(shè)計年發(fā)運能力10 Mt/a,項目特點是地形十分特殊，處在一個狹長的地帶中，場地長度有1 042 m，但場地平均寬度只有40 m。整個集運站的布置形式、受煤方式、儲煤方式都與它周邊的道路運輸條件、場地地形、外部運輸、供水供電等有著密切的關(guān)系,并受到工程地質(zhì)等因素的限制, 所以方案設(shè)計是既經(jīng)濟又合理地確定一個集運站的關(guān)鍵。本文通過對鄂爾多斯市神煜能源有限責任公司集運站方案的分析，介紹了不同儲煤方式在集運站中的使用情況。

1　系統(tǒng)分析

1.1　受煤系統(tǒng)分析

集運站受煤系統(tǒng)為受煤棚內(nèi)受煤坑布置。受煤坑主要形式有通過式和倒車式兩種，兩種形式各有優(yōu)缺點，需根據(jù)場地條件、重載車型等實際情況進行選擇。

(1) 通過式受煤坑的流程是：重車經(jīng)地磅房稱重后徑直駛?cè)胧苊嚎? 自受煤坑上行車大梁通過，在出口位置停車進行后卸作業(yè)，若重車為側(cè)卸式則在受煤坑上停車進行側(cè)卸作業(yè)。其優(yōu)點是重車無需停車倒車或轉(zhuǎn)彎即可至指定位置卸車，且回車場地較?。蝗秉c是受煤坑上通過的大梁上會有積煤，需每隔一段時間用推土機清理一次。

(2) 倒車式受煤坑的流程是：汽車開至受煤坑前拐直角彎擺正車體倒車后，使重車后端在受煤坑前進行后卸作業(yè)，若重車為側(cè)卸式則重車緊靠受煤坑邊緣停車進行側(cè)卸作業(yè)。其優(yōu)點是受煤坑上大梁積煤情況較少；缺點是重車需倒車或轉(zhuǎn)彎至指定位置卸車，需設(shè)置較大的回車場地，不能很好地適應側(cè)卸式車輛作業(yè)。

根據(jù)本項目的具體情況分析，由于項目場地十分狹長，不適于車輛的掉頭，因此集運站的受煤坑布置方式采用通過式受煤坑。

1.2　受煤系統(tǒng)能力確定

該系統(tǒng)的生產(chǎn)類似于露天煤礦卡車卸料的固定式，其生產(chǎn)能力Qm(t/h)可以參照以下公式確定:

(1)

其中：Am為汽車受煤坑的設(shè)計生產(chǎn)能力，Am=10 Mt/a；k為不均衡系數(shù)，一般取k=1.3～1.5，在此取1.3；d為年工作日，d=330；t為生產(chǎn)系統(tǒng)每日有效工作小時數(shù)，t=16 h。將各參數(shù)值代入式(1)，經(jīng)計算，Qm=2 460 t/h。

為滿足系統(tǒng)10 Mt/a能力要求，故要設(shè)置兩套受煤系統(tǒng)，選取一號受儲煤系統(tǒng)、 二號受儲煤系統(tǒng)的輸送能力均為 1 500 t/h。

1.3　受煤坑個數(shù)確定

因此一號受煤棚、二號受煤棚均設(shè)置4個受煤坑，每組受煤坑的容量為70 t。

1.4　儲煤系統(tǒng)分析

根據(jù)本項目的具體情況對儲煤系統(tǒng)進行分析。由于汽車來煤和火車外運受天氣因素、運輸條件限制較大，均存在很大的不確定性,故集運站的倉儲能力一般要求可緩存3 d～7 d，且集運站設(shè)計生產(chǎn)能力需滿足1列～2列火車運載量。同時由于煤源礦較多, 無論集運站管理模式為分儲分運或分儲配煤后外運，倉儲設(shè)施都需滿足分品種或者分用戶儲存的條件。現(xiàn)場運用較多的幾種儲煤倉、場均可滿足上述兩點要求。

(1) 圓筒倉：該倉儲形式廣泛應用于我國煤炭行業(yè),具有占地面積最小、系統(tǒng)設(shè)備可靠性高、服務(wù)年限較長、便于生產(chǎn)管理、利于以后擴建儲煤能力等諸多優(yōu)點；主要缺點是噸煤造價較高，另外圓筒倉單個倉體只能滿足一個用戶的儲煤需求，如滿足多個用戶需建設(shè)多個倉。

(2) 儲煤棚：儲煤棚優(yōu)點是儲煤場內(nèi)可以由業(yè)主隨意劃分多個區(qū)域滿足多個用戶，儲存噸煤造價較低、服務(wù)年限較長、建設(shè)時間短；缺點是占地面積較大，系統(tǒng)設(shè)備可靠性差，管理較復雜，生產(chǎn)成本高且回煤量較少，還需進行大型機械輔助作業(yè)等。

方案1：儲煤方式采用儲煤倉，設(shè)置5個一萬噸的儲煤倉，最多可以滿足5個萬噸用戶,見圖1～圖3。

圖1　儲煤倉受煤系統(tǒng)

圖2　儲煤倉裝車系統(tǒng)

圖3　儲煤倉剖面圖

項目總造價為15 100萬元。其中：土建工程9 200萬元，設(shè)備及工器具購置4 200萬元，安裝工程1 230萬元，其他費用470萬元。

項目后期運營費用為每噸2.07元，除去設(shè)備折舊，現(xiàn)金流為1.57元/t。

方案2：儲煤方式采用儲煤棚，設(shè)置兩個儲煤棚,寬度設(shè)置為22.5 m，長度為250 m，單個煤棚儲量為3.4萬噸，最多可以滿足6個萬噸用戶，見圖4～圖6。

項目總造價為12 300萬元。其中：土建工程6 380萬元，設(shè)備及工器具購置4 300萬元，安裝工程1 250萬元，其他費用370萬元。

項目后期運營費用為每噸2.35元，除去設(shè)備折舊，現(xiàn)金流為1.79元/t。

圖4　儲煤棚受煤系統(tǒng)

圖5　儲煤棚裝車系統(tǒng)

2　方案的確定

兩個方案的主要討論點在于儲煤方式及經(jīng)濟情況的選擇:①由于現(xiàn)場條件限制，如果采用儲煤棚方案，為滿足消防規(guī)范要求，則兩側(cè)必須留出消防通道，所以儲煤棚的最大寬度只能設(shè)置在22.5 m，要滿足業(yè)主儲量需求，就要加長儲煤棚的長度到250 m，這樣儲煤棚方案基本占滿整個場地，影響其他建筑的布置以及施工時的可利用場地空間,而儲煤倉方案則完全可以很好地適應場地條件；②從投資上的比對可以看出，雖然儲煤棚方案的總投資略低于儲煤倉方案，但由于儲煤棚方案回煤率只能達到45%左右，裝車時需要進行大量的輔助作業(yè)，故儲煤棚運營成本高于儲煤倉方案，雖然儲煤倉的一次性投資高，但是自動化程度高，節(jié)省了后期的運營費用；③集運站的運營模式是以中轉(zhuǎn)裝車為主，而非以儲煤為主，所以在這里儲煤倉再一次以快速補料出料的特點贏得了業(yè)主和專家的認可。最終選定儲煤倉方案為本集運站的優(yōu)質(zhì)方案，方案效果圖見圖7。

圖6儲煤棚剖面圖圖7儲煤倉方案效果圖

3　不同儲煤方式在集運站中的優(yōu)勢

3.1　圓筒倉儲煤

圓筒倉儲煤在我國得到了廣泛的使用，但在集運站中使用率卻不是很高，尤其在鄂爾多斯地區(qū)，多數(shù)的集運站均以儲煤棚為主。

在集運站的使用中一般圓筒倉都會因為其建設(shè)投資較大、受工程地質(zhì)條件影響明顯、存儲方式不靈活等原因被業(yè)主和設(shè)計者詬病。但在本項目中圓筒倉恰恰成為了最優(yōu)質(zhì)的選擇,圓筒倉在集運站使用時的優(yōu)勢如下：

(1) 占地面小，在場地條件不好的情況下可以有效地減小占地面積。

(2) 雖然圓筒倉建設(shè)成本較高，但圓筒倉自動化程度高，能夠有效減少后期的運營費用。

(3) 在業(yè)主的運營模式為中轉(zhuǎn)裝車為主時，圓筒倉體現(xiàn)出它轉(zhuǎn)換接續(xù)能力較強的優(yōu)勢。

3.2　儲煤棚儲煤

儲煤棚作為目前集運站最有效、使用最廣泛的儲存方式，它有著自身獨有的優(yōu)勢：

(1) 儲煤棚投資較低，結(jié)構(gòu)形式簡單。

(2) 儲煤方式靈活，用戶根據(jù)自身需求可分配多個用戶。

(3) 適用于煤炭的長期儲煤和中轉(zhuǎn)外運等不同的經(jīng)營模式。

但從本項目的特點可以看出，如此廣泛使用的且優(yōu)勢明顯的儲煤方式，在特殊情況下也具有其不適應性。

根據(jù)本項目的特點及對儲煤棚形式的聯(lián)想，本人對儲煤棚長、寬對儲量的影響做了一下定量的系統(tǒng)分析，首先定義一個面積一定的長方形儲煤棚S=6 400 m2，設(shè)定寬度為a，長度為b，儲量為V，C=b/a為長寬比,儲煤棚內(nèi)煤的自然堆積角度為45°，堆高h=12.8 m，則儲量V的計算公式為：

(2)

使用MATLAB進行曲線分析，得到V—a和V—C曲線如圖8、圖9所示。

圖8儲量V與寬度a的關(guān)系圖9儲量V與C之間的關(guān)系

由圖8可以看出，在a=56.6 m時，達到儲量V的峰值6.408×104m3。而在繼續(xù)增大寬度直至長度與寬度相同(即儲煤棚形成正方形)時，儲量V處于緩慢下降的趨勢；而當寬度a減小時，儲量V則急劇下降，說明當面積S一定時，寬度的逐漸減小對儲量的影響明顯。

由圖9可以看出，當長寬比C接近于2時，儲煤棚儲量到達峰值。長寬比C在接近于1時儲量有所下降，而長寬比C在大于2之后儲量則明顯下降。

由此可以看出，對于面積一定的儲煤棚，長寬比達到2時可以達到儲量的最大化，但當長寬比大于2時儲量則急劇下降，因考慮到土建結(jié)構(gòu)跨度增大將導致投資和施工難度的增加，所以當建設(shè)一定面積的儲煤棚時，長寬比在2～3之間時既能滿足儲量處于利用率較高處且不提高土建的投資。

以上分析只是針對于儲量的定量分析，各集運站的設(shè)計還需要根據(jù)各自情況的不同秉著工藝合理、著重實際、節(jié)約投資的原則進行才能為業(yè)主獲取最大效益。

4　結(jié)論

(1) 神煜能源有限責任公司集運站方案的最優(yōu)技術(shù)組合為通過式受煤坑+儲煤倉型式。

(2) 集運站設(shè)計時當長寬比為2～3時儲煤量可以達到最大，且土建投資不會因為跨度的增加而加大。

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