喬青山

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計研究院集團有限公司，山西 太原 030001)

受我國能源分布、能源結(jié)構(gòu)及交通運輸結(jié)構(gòu)的影響，在山西、內(nèi)蒙古等煤炭生產(chǎn)大省，公路運輸是主導的煤炭運輸方式。公路運輸方式靈活、能夠?qū)崿F(xiàn)點對點運輸，但其環(huán)境污染嚴重、道路破壞嚴重、受氣候影響大、運輸成本高。近年來，隨著國家環(huán)保政策、運行方式的調(diào)整，對于煤炭等大宗貨物運輸，逐步推行“公轉(zhuǎn)鐵”“散改集”[1]。山西省新建了許多煤炭集運站，普遍特點是設(shè)計規(guī)模大，采用全封閉儲煤方式，部分采用定量裝車系統(tǒng)、自動化程度較高，但在投產(chǎn)運行后，存在以下問題：①集運站選址不合理，煤源到集運站運距過長；②集運站設(shè)計規(guī)模很大，但對周邊煤源儲量和年可外運量調(diào)查估算不準，導致集運站無法達到設(shè)計能力、不能滿負荷運行，造成投資浪費；③受煤系統(tǒng)設(shè)計不合理，運煤汽車無法快速完成卸車作業(yè)，經(jīng)常造成周邊交通嚴重阻塞；④設(shè)計時沒有充分考慮配煤功能，集運站對煤種變化及市場需求適應(yīng)力不強；⑤汽車來煤管理措施不到位，存在“以次充好”“短斤缺兩”現(xiàn)象。

大秦玉龍煤炭集運站作為大秦鐵路煤炭專用線的配套設(shè)施，整個儲裝運系統(tǒng)[2]主要由汽車受煤坑、全封閉溢流儲煤場、返煤地道、轉(zhuǎn)載站及定量快速裝車站組成，設(shè)計時為避免上述問題，合理進行廠址選擇、規(guī)模確定、平面布置和系統(tǒng)設(shè)計，并緊跟煤炭行業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢，采用車輛自動識別系統(tǒng)、自動采制樣、遠程控制、智能配煤[3]、智能裝車[4]、空氣源熱泵等技術(shù)，實現(xiàn)了生產(chǎn)作業(yè)過程的環(huán)境友好、安全高效及自動化、智能化。

1 集運站廠址選擇及建設(shè)規(guī)模確定

集運站的主要作用是儲(配)煤及煤炭中轉(zhuǎn)，將煤源、公路運輸及鐵路運輸三者有機結(jié)合，選址是否合理對項目的建設(shè)投資及后期運行至關(guān)重要。選址時要充分考慮當?shù)氐拿禾抠Y源分布情況、距煤源的運輸距離、運輸方式及當?shù)氐慕煌肪W(wǎng)情況[5]、自然條件，特別是鐵路專用線的接軌位置[6，7]及專用線布置形式。建設(shè)規(guī)模主要考慮目標市場需求，周邊煤炭資源儲量、煤炭年度產(chǎn)能及鐵路專用線的運輸能力等。

大秦玉龍集運站煤源主要來自周邊的煤礦和選煤廠，主要為動力煤，可采儲量300多億t，周邊所有的礦井每年生產(chǎn)能力合計900多萬t，交通便利，均為公路運輸，條件較為理想，鐵路專用線成為決定選址的關(guān)鍵因素，設(shè)計時與鐵路專用線設(shè)計單位共同配合，從專用線接軌位置、線路布置方式、作業(yè)方式及土地征用、項目投資等技術(shù)經(jīng)濟方面多方案比選，多次進行方案優(yōu)化，最終大秦玉龍鐵路專用線接軌于北同蒲線宋家莊站，采用同側(cè)接軌方案，專用線為雙環(huán)形布置，線路平面布置設(shè)側(cè)股裝車線，分別在每股裝車線上設(shè)置裝車位置，空車整列到達后解體為兩個半列，分別進入前后兩個裝車站同步進行裝車作業(yè)，每個裝車站前后線路有效容車長度均按1700m設(shè)計，確保鐵路專用線滿足2萬t重載電氣化列車直進直出的開行條件，同時可滿足C60、C70、C80等各種列車的裝車要求。鐵路專用線布置如圖1所示。

圖1 鐵路專用線示意圖

集運站布置在鐵路環(huán)線內(nèi)，緊鄰國道，與周邊煤礦的平均運距100km。鐵路專用線年度發(fā)運能力為400萬t，目標市場年度需求量為350萬t左右，考慮到后期用戶市場的多元化，最終確定集運站建設(shè)規(guī)模為400萬t/a。集運站建設(shè)項目總造價為38082.12萬元，其中鐵路專用線投資18294.12萬元。大秦玉龍集運站煤炭的運輸路線為：煤礦或選煤廠—公路運輸—集運站—鐵路專用線—宋家莊站—北同蒲線—大同樞紐—大秦線—秦皇島港—用戶。

2 集運站設(shè)計

2.1 受煤工藝及系統(tǒng)布置

受煤工藝及系統(tǒng)布置主要根據(jù)來煤方式、來煤品種、場地等確定。對于汽車來煤通常設(shè)汽車卸煤坑[8，9]，包括通過式和非通過式卸煤坑兩種布置方式，對于自卸式汽車通常采用通過式受煤坑，非自卸式汽車通常采用非通過式受煤坑、并設(shè)置汽車螺旋卸車機或液壓卸車平臺進行卸車。對于火車來煤，設(shè)火車卸煤溝，除底側(cè)卸車廂外，通常采用翻車機或螺旋卸車機、斗鏈卸車機、橋式抓斗起重機進行卸車。

該工程來煤均為汽車運輸，日均1.2萬t，每輛車載重按50t計算，需要240車次，且品種不同，有原煤、中煤或煤泥等。設(shè)計時考慮到重車進場、空車出場、車流量大、交叉作業(yè)等因素，如何保證重車不在廠區(qū)外長時間排隊、進站后快速完成卸煤，空車不在廠區(qū)內(nèi)停留，能快速離開廠區(qū)是整個受煤系統(tǒng)設(shè)計成敗的關(guān)鍵，該工程對各類汽車卸煤設(shè)施技術(shù)經(jīng)濟比較后，采用“自卸式汽車+通過式受煤坑”的受煤工藝，自卸車在受煤坑上直接將煤卸入受煤坑內(nèi)。汽車受煤系統(tǒng)主要包括受煤坑、給煤機及返煤帶式輸送機，整個汽車受煤系統(tǒng)的長度為42m，共設(shè)有5個受煤坑，可滿足5輛汽車同時卸煤，每個受煤坑7m×7m，儲量為100t，滿足兩輛汽車的載煤量，每輛車卸煤時間按6min計算，1h內(nèi)可完成50輛車次卸車作業(yè)，受煤坑頂部設(shè)有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)頂棚、全封閉，滿足環(huán)保要求?？紤]到進場原煤品種的多樣性，汽車受煤系統(tǒng)返煤帶式輸送機采用雙系統(tǒng)布置，確保同時滿足兩種煤輸送。受煤坑內(nèi)的原煤或中煤通過變頻給煤機及返煤帶式輸送機運到各個溢流煤場的頂部，通過溜槽將煤卸入對應(yīng)煤場內(nèi)儲存。

2.2 儲(配)煤工藝及系統(tǒng)布置

儲(配)煤工藝及系統(tǒng)的布置及儲量主要與當?shù)刈匀粭l件、地形條件、運輸方式、煤源及煤質(zhì)、市場客戶需求及自動化程度有關(guān)，主要儲(配)煤方式有棧橋儲煤場、圓形料場、槽倉、堆取料機、溢流儲煤場、筒倉等[10，11]。大秦玉龍集運站位于山西北部，冬季經(jīng)常下雪、道路結(jié)冰，原煤品種多，市場客戶多需求，綜合各種因素，采用溢流儲煤場儲(配)煤工藝，儲(配)煤場由四座相同的溢流煤倉組成，每座溢流儲煤場直徑90m，通過直徑?8m，高40m溢流煤倉流煤，儲煤場儲量為5萬t，四座儲煤場的總儲量為20萬t，可滿足集運站半個月的儲量，溢流煤倉底部設(shè)有受煤坑，每兩座溢流煤倉設(shè)在同一個返煤地道上，可實現(xiàn)不同煤種的分別儲存，裝車時，可實現(xiàn)不同煤種的混配。溢流煤倉設(shè)有密閉的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)儲煤棚，內(nèi)部設(shè)噴霧除塵系統(tǒng)、通風及瓦斯監(jiān)測監(jiān)控、抽放及安全出口、滿足安全、環(huán)保要求，美觀大方；系統(tǒng)布置靈活，可滿足不同煤種的儲配煤功能、也可實現(xiàn)儲配煤設(shè)施的對外租賃，適應(yīng)煤種變化及市場需求能力強，如圖2所示。

圖2 集運站效果圖

2.3 裝車方式及裝車工藝系統(tǒng)布置

火車裝車工藝系統(tǒng)[12，13]的布置主要與鐵路裝車專用線的布置形式、裝車線長度、裝車點的位置、裝車時間、調(diào)車作業(yè)流程及裝車方式等有關(guān)。目前常見的裝車方式主要有裝載機裝車、快速定量裝車站裝車[14]、移動式裝車機裝車、跨線倉裝車等。各種裝車方式的主要特點見表1。

表1 各種裝車方式特點

大秦玉龍集運站鐵路專用線采用雙環(huán)線布置，線路的空重車線有效容車長度均為1700m，在每條鐵路線上均設(shè)置快速定量裝車系統(tǒng)一套，防凍液噴灑裝置[15]一套?？樟械竭_專用線到發(fā)線后進入走行線停車，將空列從中間摘掛分為兩個半列，兩半列分別進入兩個裝車站同時裝車，裝車完畢重新連掛成整列。

火車裝車時由設(shè)在溢流儲煤場下的變頻甲帶給煤機、返煤帶式輸送機及設(shè)在帶式輸送機上的電子皮帶稱及在線測灰儀將煤運至定量裝車站的緩沖倉中，再通過定量倉計量后由裝車閘門將煤裝入車廂內(nèi)，緩沖倉有效容積≥300t，稱重倉有效容積≥100t。定量裝車站裝車能力≥5200t/h，單節(jié)一次配料、整列連續(xù)定量裝車，不灑料，兩座快速定量裝車站可同時裝車，2萬t列車裝車時間不超過2h，滿足大秦鐵路線要求。

2.4 總平面布置

充分利用場地地形、工程及水文地質(zhì)條件，因地制宜合理進行集運站總體布置[16]，在滿足工藝流程、生產(chǎn)聯(lián)系、場地防洪排澇及場地穩(wěn)定性的前提下，總體減少建筑物基礎(chǔ)處理工程量及場地平整、支護工程量，減少地面設(shè)施用地總面積；利用地形高差，降低運輸系統(tǒng)抬升高度，降低帶式輸送機驅(qū)動電機功率，降低運行成本。公共管線盡量做到線路短捷、道路通暢、方便運輸及滿足消防要求。

2.5 生產(chǎn)作業(yè)過程自動化、智能化

集運站設(shè)控制室，可對整個儲裝運系統(tǒng)所有設(shè)備進行自動遠程控制和就地控制，實現(xiàn)受煤、儲配煤及裝車各環(huán)節(jié)的自動化和智能化。

汽車受煤系統(tǒng)設(shè)汽車電子識別系統(tǒng)、全自動汽車采樣裝置及煤質(zhì)快速監(jiān)測裝置，重車首先經(jīng)由重車入口處的汽車電子識別系統(tǒng)自動識別及重車電子汽車衡稱重，再通過全自動汽車采樣裝置及煤質(zhì)快速監(jiān)測裝置獲取灰分和發(fā)熱量兩個指標后，將煤卸入相應(yīng)的汽車受煤坑內(nèi)，卸煤后的空車則通過空車出口處的汽車電子識別系統(tǒng)及空車電子汽車衡計量后出場，在這過程中車輛信息、煤質(zhì)情況、重量等參數(shù)通過遠程控制系統(tǒng)實時上傳到控制室，完全實現(xiàn)無人化值守，確保煤質(zhì)、重量準確，大幅提高管理效率。配煤時，根據(jù)客戶對煤質(zhì)灰分、發(fā)熱量的要求，配煤系統(tǒng)通過設(shè)在返煤帶式輸送機上不同位置的電子皮帶秤及在線測灰儀實時對不同煤種的重量和灰分、發(fā)熱量參數(shù)及混配后的混煤的灰分、發(fā)熱量進行稱重和檢測，并與客戶對煤質(zhì)要求進行在線實時比對，系統(tǒng)進行自動計算和匹配，并通過給煤機變頻控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)給煤機的給煤量，從而以低成本配煤方案達到客戶對煤質(zhì)的要求，實現(xiàn)智能化配煤?；疖囇b車系統(tǒng)設(shè)有車輛自動識別系統(tǒng)，包括車輛位置檢測裝置、車輛移動速度檢測裝置和光電傳感器等裝置，可對火車運行位置和速度進行實時檢測，并自動識別車輛型號，裝車時，通過車輛自動識別系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)定量裝車站裝車閘門的開關(guān)，實現(xiàn)智能化裝車。同時通過遠程控制系統(tǒng)實現(xiàn)對自動防凍液噴灑、抑塵噴灑及整平壓實系統(tǒng)進行集中控制，完成防凍、抑塵及整平壓實作業(yè)環(huán)節(jié)。

3 結(jié) 語

目前該煤炭集運站已投產(chǎn)運行，經(jīng)實踐證明，位置選址及系統(tǒng)布置合理，整個系統(tǒng)運行自動化程度高、可靠性高、運行穩(wěn)定、安全高效、環(huán)保節(jié)能，大幅降低生產(chǎn)成本、提高本地區(qū)煤炭的競爭力，取得良好的環(huán)保效益、經(jīng)濟效益、社會效益，具有較高的推廣價值。