复杂地形条件下煤炭外运方式分析

　　摘 要: 为选取复杂地形条件下煤炭外运的合理方式，以典型的里必煤矿煤炭外运方式为研究对象，对铁路、公路及带式输送机 3 种运输方式的对比分析，得出里必煤矿采用铁路运输比公路运输和带式输送机运输更具竞争优势，能确保煤炭外部运输通路顺畅，保证矿井生产的连续性，但存在建设前期手续复杂、投资高和占地多等缺点。结合里必煤矿实际情况，通过现场调研，以及定量和定性分析相结合的方法，总结出山区复杂地形下经济合理的煤炭运输方式，可以为我国类似煤矿外运通道的建设做以借鉴。

　　本文源自陕西煤炭 发表时间：2021-01-25《陕西煤炭》杂志是陕西煤炭系统一份综合性科技期刊。由陕西省煤炭工业局、陕西煤矿安全监察局主管，陕西省煤炭工业协会,神华集团东胜煤炭有限责任公司主办。国内统一刊号：CN：61-1382/TD;国际标准刊号：ISSN：1671-749X。

　　关键词: 煤炭外运; 铁路运输; 公路运输; 带式输送机运输

　　煤炭外部运输系统是煤矿建设不可缺少的重要工程之一[1 - 3]。目前我国大部分矿井生产的煤炭除部分地销外，主要通过长距离运往我国华中、华南及华东等地区，长距离运输往往采用运营费用较小的铁路运输，或采用铁路结合海运或者河运的运输方式，随着铁路运输网的日益完善，国内主要运煤干线铁路已经建成，主要矿区与国家干线铁路相连的矿区铁路也已经形成[4 - 6]。对于某些煤矿，因考虑井下开采及地形地质等因素，工业场地距离干线铁路车站仍有一定距离，这就存在煤矿工业场地至附近铁路车站上站的煤炭短途运输问题。短途运输的方式主要有公路运输、铁路运输、带式输送机运输，可采用单一运输方式，也可以采用联合的运输方式[7 - 10]。煤矿外部运输通道可靠顺畅，经济合理，对保证煤矿生产的连续性，降低煤炭外销成本，节能减排有着非常重要的意义。

　　1 煤炭运输方式

　　1. 1 主要特征及适用条件

　　目前，我国煤炭运输主要以运量大、运距远、成本低、安全可靠的铁路运输为主，大部分可以组织运输列车直达，实现点对点、户对户运输，直达终端煤炭用户，多与公路运输或带式输送机运输联合运输。近几年发展应用起来的带式输送机运输具有投资低、占地少、管理方便以及爬坡适应能力强等优点，多适用于矿区之间或者运往铁路装车站等点对点的煤炭运输，为煤炭外运提供了新的运输方式。

　　1. 2 里必煤矿概况

　　里必煤矿是我国在建的重点矿井之一，矿井设计规模 4. 00 Mt /a，煤质优良。里必煤矿地处地形复杂，气候条件差，区域地貌为山岭重丘，地形破碎，山体陡峭，煤矿工业场地南靠大山，北临沁水河; 地区四季分明，昼夜温差大，年平均气温低，十月中旬至次年三月上旬已进入霜冻期。里必煤矿周边现有侯月铁路、高沁高速、省道 S331，为里必煤矿煤炭外运提供方便。里必矿井生产的煤炭需运至侯月铁路郑庄车站，再通过侯月铁路外运华东、华中等地。根据煤矿周边铁路、公路等交通条件和沿线自然地形及工程地质、水文地质条件，里必煤矿工业场地至郑庄站之间有铁路、公路和带式输送机 3 种运输方式可供选择。

　　2 里必煤矿运输方式分析

　　2. 1 铁路运输

　　铁路运输是新建矿井铁路专用线在侯月线郑庄站接轨，并设矿井铁路装车站，在矿井铁路装车站装车并组织开行始发直达列车的运输方式，完成一套铁路运输需建设以下主要工程: 郑庄站改造、矿井铁路专用线( 长度 16. 28 km) 及铁路装车站，总投资 10. 89 亿元。

　　2. 2 公路运输

　　2. 2. 1 运煤汽车车流量计算

　　里必煤矿运量为 4. 0 Mt /a，平均采用载重 30 t 载重汽车运输，按照煤炭企业 330 天/a 工作日，考虑 1. 20 运输不均衡系统，每天双向载重汽车辆数为 970 辆，折合成标准小客车为 3 880 辆/ d，每小时交通量为 162 辆。

　　2. 2. 2 既有道路通行能力分析

　　里必煤矿工业场地紧邻省道 S331，并且该公路经过郑庄站，首先对该道路通行能力进行分析。该段为二级公路标准，路基宽度 8. 5 m，路面宽度 7. 5 m，弯道多，坡度大，通行条件差，视距不足段占线路总长度的 50% ，该段行车速度为 40 km / h，采用三级服务水平，最大服务交通量为 2 300 辆/ h( 理想通行能力) × 0. 42 = 966 辆。实际通行能力计算参照式( 1) SF = MSF × fW × fd × ff × fHV ( 1)

　　式中，fW 为路面宽度修正系数，取 0. 84; fd 为方向分布修正系数( 60 /40) ，取 0. 94; ff 为横向干扰修正系数，取 0. 75; fHV 为交通组成修正系数，按小客车 15% ，中型车 25% ( 折算系数 2. 0) ，大型车 25% ( 折算系数 3. 0) ，拖挂车 35% ( 折算系数 4. 0) ，计算后修正系数取 0. 35。则实际通行能力为 200 辆/h，昼夜交通量 4 800 辆。经过现场多次调查，该道路的小时实际交通量为 120 辆，里必煤矿 4. 0 Mt /a 运量产生的 162 辆/ h，该公路交通量猛增共计 282 辆/ h，昼夜交通量达到 6 768 辆，交通量超出最大服务水平的 41% ，加上社会车辆和矸石车辆的交叉干扰大，以及白天和夜间行车的不均衡性，因此，该公路不能承担里必煤矿全部煤炭外运任务，而既有省道 S331 受侯月铁路和沁水河道的限制，扩建改造非常困难，因此需要新建运煤专用道路。

　　2. 2. 3 新建运煤公路及其它配套设施

　　按照里必煤矿的运量，新建运煤公路采用公路二级标准，路基宽度 10 m，公路起于里必工业场地，沿着沁水河南边布线，终于郑庄车站对面，总 长 9. 2 km，另外需要修建储装卸运系统、郑庄站的改造和铁路装车站，总投资 7. 22 亿元。

　　2. 3 带式输送机运输

　　带式输送机是最为常见的物料连续输送设备，在煤炭、矿山、建材、港口等领域应用十分普遍，随着科学技术的进步，带式输送机向长运距、大型化方向飞速发展。由于带式输送机可以全天候、大输送量、长距离、连续性的实现散状物料的输送，因而在世界范围内得到广泛应用。与公路运输相比，带式输送机的运营费用相对较低，有资料表明，在 5 km 运距时与汽车运营费的比率为 1∶ 2. 4。近年来，随着国际汽油价格的持续走高，其差距还将变得更大。里必工业场地距离郑庄车站 8 km，可以修建带式输送机运输原煤进入侯月线。完成带式输送机运输需要建设带式输送机( 长度 8. 5 km) 、储装运系统、郑庄站改造和铁路装车站，总投资 8. 45 亿元。

　　3 运输方式对比及适用条件

　　3. 1 经济性比较

　　里必煤矿 3 种运输方式技术经济比较见表 1。

　　3. 2 对比分析

　　3. 2. 1 公路运输公路运输虽然前期建设投资较小，建设周期短，但存在运量小、能耗大、运营成本高、环境污染大，不安全因素多，占地多，并且该地区道路运输受天气、气候影响较大，特别是冬季低温雨雪天，高速公路经常关闭，等级公路运行条件更差，无法保证煤炭正常外运。因此，里必煤矿煤炭外运不推荐公路运输方式。

　　3. 2. 2 带式输送机运输

　　带式输送机运输至侯月铁路接轨站，需要修建带式输送机 8. 5 km，长距离胶带运输在丘陵区地管理、养护维修等方面困难; 长距离运输存在冬季保温、走廊的封闭、煤炭的安全等问题，并且带式输送机运输运营费比铁路运输高; 另外，修建带式输送机的同时，仍需要建设铁路装车站及接轨站改造等配套工程，该配套工程在整个煤矿中所占的投资比例较高，综合分析比较，采用带式输送机运输方式优势不明显。

　　3. 2. 3 铁路运输

　　铁路运输品种单一、装车站布置单一，采用快速装车系统装车，装车速度快; 列车组织直达运输，沿途不需要二次倒运; 铁路运输可靠性高，适应全天候运输，保证矿井生产的连续性; 铁路运输效率高，运量大，能给煤矿发展提供空间; 铁路运营费低，降低了煤炭外运成本; 铁路运输可委托国铁代为管理和运营，减少运输人员的配置。因此，里必煤矿采用铁路运输比公路运输和带式输送机运输更具竞争优势，并能确保煤炭外部运输通路顺畅，保证矿井生产的连续性，但铁路运输仍存在着建设前期手续复杂、投资高和占地多等缺点。

　　3. 3 不同运输方式的适用条件

　　结合已建成煤矿的外运方式，总结出常见的 3 种煤炭运输方式的主要特征及适用条件，见表 2。

　　4 结语

　　煤炭外运方式正确选择，要根据煤炭运向、运量、运距、区域交通运输条件以及地形地貌、工程地质、气候、环境等综合因素决定，结合运输方式的特点进行综合比较，可采用单一运输方式，也可以采用联合运输的方式。经过对里必煤矿的分析，因地形条件复杂，铁路建设工程投资较大，只有运量达到一定值后才能在较短的时间内实现投资回收; 公路运输，公路建设较能适应地形的要求，能够更快地带动周边经济发展，但是运行费较高，对环境污染严重，只能适应于较短距离的倒运; 带式输送机运输，带式输送机爬坡能力大，能很好地适应复杂地形，工程投资低，但是运营费高，运营支出随着运营长度的增加呈非线性增长，运营长度过长，经济上不合理。