煤炭开采区铁路专用线优化设计研究

王 炜

（神华科学技术研究院有限责任公司 技术经济研究中心，北京 102211）

煤炭开采区铁路专用线优化设计研究

王 炜

（神华科学技术研究院有限责任公司 技术经济研究中心，北京 102211）

在分析某煤矿开采区产品运量和铁路概况的基础上，分别从甲、乙煤矿专用线设计方案及其线路技术标准2个方面研究该铁路专用线工程的初始设计方案。根据简化B交接站设计、重新设计C站和增设A站北咽喉下行疏解线3个优化思路，提出该铁路专用线工程的优化设计方案，以降低工程造价，减轻企业建设压力。

煤矿铁路；专用线；优化；设计

从煤炭开采到用户使用，运输是非常重要的中间环节。我国许多大型煤矿位于中西部地区，而下游需求用户多分布在东南部沿海经济发达地区[1]，煤炭一般需要经过较长距离运输至沿海港口下水，经海运送往沿海地区。目前，下水煤炭主要有公路和铁路 2种运输方式，公路运输较为灵活，但存在环境污染严重、运营成本较高等缺点；相比之下，铁路运输更加符合环保要求，同时在长距离运输的情况下运输成本远低于公路运输。因此，铁路运输成为我国众多煤炭企业煤炭外运的首选，如平朔、潞安、哈尔乌素、霍林河等煤矿均建有矿区铁路专用线，衔接到大秦、朔黄等运煤铁路干线继而外运。在近年来国际能源结构变革的背景下，煤炭产能过剩问题日渐突出[2]。面对国外进口煤炭的冲击，国内煤炭市场低迷，降本增效是许多煤炭企业必须解决的问题。作为煤炭外运的重要环节，运煤专用铁路也必须在满足外运需求的前提下尽可能降低工程投资和运营成本，进而达到企业降低运输成本的发展目标[3]。

1 初始设计方案

1.1 概况

陕西省某煤炭开采区，拥有甲、乙 2 个开采煤矿。其中，甲煤矿产品煤以不粘煤 31 号为主，年生产能力为 800 万 t；乙煤矿产品煤以长焰煤 41 号和不粘煤 31 号为主，年生产能力为 300 万 t。为了方便甲、乙煤矿煤炭外运，拟新建运煤铁路专用线，在甲、乙煤矿附近分别设置甲站、乙站，考虑收购部分周边煤矿生产的煤炭，预测甲站和乙站年装车量分别为 1 000 万 t、500 万 t。

煤矿周边现有神延铁路 (神木北—延安北)、包西铁路 (包头西—张桥) 等铁路，另有 210 国道、307 国道、陕蒙高速公路、榆靖高速公路等公路，四通八达，交通便利。

1.2 设计方案

受地形条件限制，甲、乙 2 个煤矿无法通过 1 条铁路进行煤炭外运，因而需要分别设置甲、乙 2 条煤矿专用线。甲、乙煤矿专用线初始设计方案示意图如图 1 所示。

图 1 甲、乙煤矿专用线初始设计方案示意图

1.2.1 甲煤矿专用线设计方案及其线路技术标准

甲煤矿专用线 (以下简称甲线) 由接轨的某煤炭运输干线 A 站北端咽喉引出，向北新设 B 交接站，跨过中石拉沟、上石拉沟，沿犊牛川东岸向北，与既有国铁并行约 4 km，在石边上村与既有国铁的 C 站 (既有改建) 连接，线路全长约 8.5 km，工程投资约 8 亿元。

甲线与既有国铁线位基本平行。根据地方政府意见，该地区煤炭运输铁路较多，如果完全平行新建甲线，则会造成重复建设，带来资金、运输能力浪费。为此，既有国铁 C 站至甲站区间设计为甲线与既有国铁共用。

甲线属于企业自营铁路，与既有国铁性质不同，二者在管理方式上存在一定差异。因此，为了便于管理，明确分界，设置 B 交接站进行交接作业；同时，甲线后方通道煤炭运输干线铁路的列车牵引质量为 10 000 t，而甲线的列车牵引质量为 5 000 t，列车在该站需要进行组合分解作业，2 列 5 000 t 列车组合成 1 列 10 000 t 列车，发往港口方向。B 交接站设万吨列车组合线 2 条、分解线 2 条 (含 1 条正线)，组合、分解线有效长为 1 800 m；设 100 m × 6 m × 0.3 m的基本站台 1 座。设装车线 1 条，设装车筒仓 1座。另设接触网工区作业线、机待线、安全线等，车站规模较大。

甲站为甲线终点站，也是煤炭装车站。甲线由甲站北咽喉西侧接轨引入，新建装车线 1 条，引入甲煤矿工业广场，装车线平直地段设轨道衡 1 座。煤炭经选煤厂洗选后进入产品仓，采用筒仓进行装车。

结合专用线主要为甲煤矿煤炭外运服务的功能定位，参考周边路网现状[4]，该方案中甲线采用的主要技术标准[5-7]为：铁路等级为Ⅱ级；正线数目为单线；最小曲线半径一般条件下 800 m，困难条件下 600 m，特别困难条件下 500 m；限制坡度为重车6‰、轻车 13‰；牵引种类为电力牵引；牵引质量为5 000 t；到发线有效长为 1 050 m；闭塞类型为半自动闭塞。

1.2.2 乙煤矿专用线设计方案及其线路技术标准

乙煤矿专用线 (以下简称乙线) 从甲线 B 交接站引出，沿小板兔川往东，引入乙煤矿工业广场，设置乙装车站，线路全长约 11 km，工程投资约 7 亿元。乙站为尽头式车站，采用牵出线装车作业方式，车站设到发线 3 条，有效长 1 050 m，装车线 1 条，满足 5 000 t 列车整列装车。

甲、乙煤矿专用线初始设计方案示意图如图 1 所示，2 条铁路专用线大体上呈“Y”形走向。

结合专用线主要为乙煤矿煤炭外运服务的功能定位，参考周边路网现状[4]，该方案中乙线采用的主要技术标准[5-7]为：铁路等级为 Ⅲ 级；正线数目为单线；最小曲线半径一般条件下 600 m，困难条件下 500 m；限制坡度为重车 6‰、轻车 13‰；牵引种类为电力牵引；牵引质量为 5 000 t；到发线有效长为1 050 m；闭塞类型为半自动闭塞。

2 优化思路

初始设计方案基本上满足 2 个煤矿的煤炭外运需求。煤矿和铁路产权归属同一家企业，交接手续并不复杂，有利于降低煤炭运输成本，提高煤炭外运效率。但是，该方案投资过高，全长约 20 km 的线路投资约 15 亿元，单位技术经济指标几乎是同类性质铁路的 3 倍，在当前煤炭市场普遍低迷，煤炭内需乏力的情况下，如此高额的铁路投资让企业难以接受。另外，甲、乙煤矿专用线属于运煤支线，线路引入煤炭运输干线铁路后会切割铁路正线，影响干线铁路的运输作业安全。为此，经过分析研究，提出以下优化思路。

2.1 简化 B 交接站设计

B 交接站为该工程中规模最大的车站，车站有效长 1 800 m，主要实现交接作业和组合分解作业。该站地处低洼地段，受既有运煤干线北端咽喉区线路高程控制，线路标高无法快速下降，使车站填方较高，部分地段达到 10 m 以上，造成该站土石方填方达 189万 m3，而且全部为借土填方，工程投资巨大，占项目总投资的 25%，工程设计存在较大优化空间。

经调查研究，该运煤干线上游某区段站万吨改造已经完成，部分 5 000 t 列车可以在该站进行组合后不停车通过 A 站发往港口方向，因而 A 站能力可以得到一定释放。根据项目煤炭外运量，折算成万吨列车数量为 6 对 /d，将这部分组合分解作业移至 A 站，可以充分利用上游区段站扩能改造后释放的能力空间；同时，交接作业可以移至 C 站进行，对 C 站作适当改造即可。因此，B 交接站的 2 项主要功能均移至其他车站完成，该站可以取消，仅设置线路所即可。车站规模由初始设计方案中的 2 条万吨列车组合线和 2 条万吨列车分解线缩减为 4 组道岔、2 条安全线，大幅降低工程投资。

2.2 重新设计 C 站

C 站承担了 B 交接站转移的交接作业，需要在原方案上增设交接场，增设 1 条股道，车站规模增大，工程投资有所增加。

2.3 增设 A 站北咽喉下行疏解线

初始设计方案中，甲线由 A 站北咽喉简单引入，上下行共用同一条线位。在这种情况下，下行方向回空列车由 A 站发往甲站方向势必切割运煤干线上行正线，轻则影响运输能力，重则带来极大的安全隐患。

目前，国内煤矿铁路设计在面对此类问题时，大量采用立交疏解方案，思路较为成熟，即将影响正线行车安全的支线作上跨或下穿正线处理，2 线由平面交叉改为立体交叉，互不影响，以确保行车安全。根据上述思路，增设 A 站北咽喉下行疏解线。

3 优化方案

3.1 优化后设计方案

经优化后，甲线线路整体走向基本未作较大调整，与原方案走向大致相同。在原 B 交接站处设 B 线路所，在 C 站增设交接场，将交接作业移至 C 站进行。同步建设 A 站北咽喉区下行疏解线，疏解线从 A站北端咽喉下行场引出跨过运煤干线，在 B 线路所与甲线连接，疏解线长度约 2.6 km。优化后的甲线全长约 8.6 km，与初始设计方案相比，增加 A 站下行疏解线，扩大 C 站规模，工程总投资降低约 1 000万元。

乙线与初始设计方案相比变化不大，仅由于与甲线接轨点的改变而发生部分线路纵断面调整，线路全长约 11.4 km，工程投资下降约 1 000 万元。2 个煤矿专用线总投资降低约 2 000 万元。优化后的甲、乙煤矿专用线设计方案如图 2 所示。

图 2 优化后的甲、乙煤矿专用线设计方案

线路主要技术标准与初始设计方案基本一致，仅对甲线困难条件下最小曲线半径作了适当调整，由500 m 下降为 400 m，其他没有产生较大变化。

3.2 结论与建议

甲、乙煤矿铁路专用线设计方案经过多次优化，始终按照“紧密切合项目定位，力求设计方案最优、工程投资最省”的指导方针进行设计，虽然最终方案的工程投资仅降低约 2 000 万元，但工程却得到极大地优化，进一步协调区域内运输能力配置，确保专用线引入后既有煤炭运输干线行车安全，优化研究的成果具有积极意义。

虽然经过优化设计，最终方案较初始方案已经有较大改善，但不可否认的是，该项目总投资水平依然偏高。这其中存在一些特殊原因：首先，该工程不同于一般的长大铁路建设工程，其线路里程短、车站规模大，站线铺轨约 17 km，与正线铺轨 22 km 相差不大，因而以传统的每正线公里投资评估其技术经济指标必然偏大；其次，该工程所处地区地形条件较为恶劣，沿线沟壑纵横、河谷交错，导致项目路基、桥隧工程量较大，全线桥隧比达到 50%。尤其是乙线，线位在河道和傍河山谷间交叉穿行，经常出现桥隧相连的情况，历经多次平纵断面调整，投资依然居高不下。因此，建议未来对乙线线位做进一步优化，探寻更优线位的可能性，必要时可以考虑在煤矿投产前期采用公路或皮带运输，视市场发展情况再决策该段铁路专用线的动工时机。

4 结束语

目前，煤炭市场进入严冬期，煤炭企业必须通过控制成本增加企业经济效益，实现煤炭企业效益最大化[8]。作为煤矿生产的辅助外部条件，矿区配套运煤铁路的设计应保持相同步调，以实事求是和对企业负责任的态度，选用最适合煤矿产能和销售量的技术标准，不断优化线路设计方案，尽量降低项目前期投资，尽量实施分期建设，根据煤炭市场的发展适时进行扩能改造。对于不必要的工程内容，经技术经济论证后应予以舍弃，尽量避免由于工程内容冗余、技术标准过高所带来的企业投资浪费，尽量避免建成后由于缺少运量而造成铁路运输设备闲置的不合理情况发生。

[1] 国家煤矿安全监察局. 中国煤炭工业年鉴 2012[M]. 北京：煤炭信息研究院，2013.

[2] 崔艳萍. 我国铁路煤炭运输发展趋势的探讨[J]. 铁道货运，2014，32(4)：15-19.

[3] 孟 坚. 提高神华铁路运输能力的对策研究[J]. 铁道运输与经济，2014，36(7)：40-44.

[4] 铁道第五勘察设计院集团有限公司. 新建铁路巴准线初步设计[R]. 北京：铁道第五勘察设计院集团有限公司，2010.

[5] 中华人民共和国建设部. GB50090—2006 铁路线路设计规范[S]. 北京：中国计划出版社，2006.

[6] 中华人民共和国建设部. GB50091—2006 铁路车站及枢纽设计规范[S]. 北京：中国计划出版社，2006.

[7] 中华人民共和国铁道部. TB10001—2005 铁路路基设计规范[S]. 北京：中国铁道出版社，2005.

[8] 孙汉友. 当前煤炭经济形势下如何加强煤炭企业成本控制[J]. 企业家天地，2014(4)：113.

责任编辑：冯姗姗

1004-2024(2015)08-0040-05

U212.33+3

B

2015-07-03

中国工程院重点咨询基金项目(2012-XZ-3)