陕北某煤矿既有线运输能力分析及改扩建措施研究

何祥卫

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063)

1 既有铁路专用线概况

本文研究的既有线是1条运煤铁路专用线，位于陕西省境内，在西延线(国铁Ⅰ级)接轨，沿线分布有5个车站，线路全长约50 km。该专用线为单线，国铁Ⅱ级标准，限制坡度，上行6‰，下行12‰;最小曲线半径350 m;内燃DF4B机车牵引;到发线有效长850 m;牵引定数，上行4 000 t，下行1 700 t。

2 运输能力分析

2.1 既有运量

该铁路专用线近期(2015年)设计输送能力15 Mt/年。目前，专用线承担产煤运煤任务。自2001年以来，该线运量连年增长，至2010年10月，运量已超过1 000万t(图1)。

图1 运输能力与运量适应曲线

2.2 运量增长分析

近年，由于煤矿正在进行产业转换，焦化甲醇工程已经开工建设。根据焦化项目可行性研究报告，该工程竣工后，将有部分原料(精洗煤)和所有的焦炭、甲醇、焦油和粗苯等产品(总量达3 Mt/年)依靠既有铁路专用线运输。加之原煤矿产量连年增长，在不久的将来，该铁路专用线将无法满足煤炭及相关副产品的运输要求，所以，专用线扩能改造势在必行。

在进行铁路运输规划或者扩能改建时，运量的预测是重要的设计指标。传统的运量预测方法主要有定性预测、定量预测以及两者相结合的综合预测方法，如时间序列模型、灰色预测模型、马尔科夫预测模型以及组合预测模型[1，2]等。也有许多学者将神经网络、蚁群算法等新型智能算法都应用到运量预测中[3]。由于运量统计样本较少，结合本铁路专用线自身特点，本文采用时间序列模型分析预测其货运量变化趋势。

2.2.1 时间序列模型

时间序列分析是一种描述动态数据统计特性的理论和方法，其突出优点是方便和实用。他可以从有限的样本数据中拟合成具有一定精度的时间序列模型，因此又称为小样本理论。

目前，常用的时间序列模型有3类:自回归模型(AR过程)、滑动平均模型(MA过程)和自回归-滑动平均的混合模型(ARMA过程)。采用时间序列模型建模主要包括数据的预处理、模型识别、参数估计和参数检验4部分。目前常用的建模方法是潘迪特-吴贤铭建模(简称PW建模)方法。他将AR(p)模型视为q=0的ARMA模型，同时将MA(q)模型视为p=0的ARMA模型，省去了模型的判别过程。实践证明该模型方便有效，得到广泛应用[4]。模型流程如图2所示。

2.2.2 运量增长预测

根据近年煤矿产量增长情况和焦化工程所引发运量，依据PW模型计算，预测2015年铁路运量将达到16 Mt(图1)，已经超出铁路近期(2015年)设计运量15 Mt。所以，有必要在这一两年考虑线路扩能改建措施。

3 既有线改扩建措施研究

提高单线铁路输送能力的措施主要可从2个方面考虑:①提高线路的通过能力;②增加列车的牵引质量。其中提高通过能力的措施有增加会让站、延长到发线有效长、增建双线插入段，甚至修建双线;常见增加牵引质量的措施则是采用多机牵引或补机推送[5]。考虑煤矿远期产能和投资额，增建二线投入与产出效益比不高。因此可在增设小型会让站和下行方向双机牵引的基础上，配合加强货流组织和调度指挥措施[6～8]，来满足企业的远期运输需要。

图2 PW建模方法流程

3.1 增设小型会让站

在单线铁路区间增设会让站可以缩短限制区间长度，减小运行图周期，从而提高区段通过能力。增设会让站的效果在很大程度上决定于区间的均等程度和地形条件。区间长度很不均等时，在限制区间增设会让站可以显著提高通过能力。反之，当区间长度比较均等时，增设会让站对通过能力提高的作用不显著[9]。

本铁路沿线分布有A、B、C、D和E等5个车站，其中A、B站为煤矿装车站，C站为列车编组站，D站为中间站，E站为正线接轨站，4个区间既有通过能力见图3。

图3 既有通过能力

由站间距离和既有通过能力分析，线路中存在较为明显的限制区间，即CD区间，所以在此区间增加小型会让站既可有效提高线路通过能力，又能节约既有线改造成本。

经计算，在CD区间增设中间站后，既有线的实际输送能力可以达到20 Mt以上(图4)，较现有能力(15 Mt)有较大的增长[10]，可以满足远期煤炭运量及其相关副产品的运输需要。

图4 改扩建后运量适应曲线

3.2 下行方向双机牵引

既有铁路是以运煤为主，且上下行方向货流显著不平衡，是典型的单向运输。上行方向(A－E)为重车方向，限制坡度6‰，牵引定数4 000 t;下行方向为轻车方向，限制坡度12‰，牵引定数1 700 t。而焦化甲醇工程竣工后，每年将有1.7 Mt精洗煤由下行方向整车(4 000 t)运入，下行方向单机牵引显然无法满足精洗煤的运输要求。为避免削坡投资，下行方向需改用双机牵引，可将牵引定数提升到4 000 t，满足焦化甲醇工程原料(精洗煤)的运输要求。同时，可以使上下行牵引定数与国铁西延线牵引定数保持统一，减少列车在途甩挂作业，提高区间通过能力[11]。

4 结论

本文从既有铁路运输能力入手，分析计算各个区间的实际通过能力，找出了既有线的运输瓶颈所在。结合正在扩建的焦化甲醇工程，利用时间序列模型对既有线远期运量进行了预测，根据线路实际情况对改扩建措施进行了相关研究，提出在CD区间增设小型会让站和下行方向改用双机牵引，并配合加强货流组织和调度指挥措施，满足企业远期运能需求。

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