復雜地形條件下煤炭外運方式分析

　　摘 要: 為選取復雜地形條件下煤炭外運的合理方式，以典型的里必煤礦煤炭外運方式為研究對象，對鐵路、公路及帶式輸送機 3 種運輸方式的對比分析，得出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，能確保煤炭外部運輸通路順暢，保證礦井生產的連續性，但存在建設前期手續復雜、投資高和占地多等缺點。結合里必煤礦實際情況，通過現場調研，以及定量和定性分析相結合的方法，總結出山區復雜地形下經濟合理的煤炭運輸方式，可以為我國類似煤礦外運通道的建設做以借鑒。

　　本文源自陜西煤炭 發表時間：2021-01-25《陜西煤炭》雜志是陜西煤炭系統一份綜合性科技期刊。由陜西省煤炭工業局、陜西煤礦安全監察局主管，陜西省煤炭工業協會,神華集團東勝煤炭有限責任公司主辦。國內統一刊號：CN：61-1382/TD;國際標準刊號：ISSN：1671-749X。

　　關鍵詞: 煤炭外運; 鐵路運輸; 公路運輸; 帶式輸送機運輸

　　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。

　　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。

　　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。