大秦玉龍煤炭集運(yùn)站設(shè)計(jì)研究

喬青山

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)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(yùn)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(yùn)輸是主導(dǎo)的煤炭運(yùn)輸方式。公路運(yùn)輸方式靈活、能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)運(yùn)輸，但其環(huán)境污染嚴(yán)重、道路破壞嚴(yán)重、受氣候影響大、運(yùn)輸成本高。近年來，隨著國家環(huán)保政策、運(yùn)行方式的調(diào)整，對于煤炭等大宗貨物運(yùn)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(yùn)站，普遍特點(diǎn)是設(shè)計(jì)規(guī)模大，采用全封閉儲(chǔ)煤方式，部分采用定量裝車系統(tǒng)、自動(dòng)化程度較高，但在投產(chǎn)運(yùn)行后，存在以下問題：①集運(yùn)站選址不合理，煤源到集運(yùn)站運(yùn)距過長；②集運(yùn)站設(shè)計(jì)規(guī)模很大，但對周邊煤源儲(chǔ)量和年可外運(yùn)量調(diào)查估算不準(zhǔn)，導(dǎo)致集運(yùn)站無法達(dá)到設(shè)計(jì)能力、不能滿負(fù)荷運(yùn)行，造成投資浪費(fèi)；③受煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，運(yùn)煤汽車無法快速完成卸車作業(yè)，經(jīng)常造成周邊交通嚴(yán)重阻塞；④設(shè)計(jì)時(shí)沒有充分考慮配煤功能，集運(yùn)站對煤種變化及市場需求適應(yīng)力不強(qiáng)；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(yùn)站作為大秦鐵路煤炭專用線的配套設(shè)施，整個(gè)儲(chǔ)裝運(yùn)系統(tǒng)[2]主要由汽車受煤坑、全封閉溢流儲(chǔ)煤場、返煤地道、轉(zhuǎn)載站及定量快速裝車站組成，設(shè)計(jì)時(shí)為避免上述問題，合理進(jìn)行廠址選擇、規(guī)模確定、平面布置和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并緊跟煤炭行業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢，采用車輛自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、自動(dòng)采制樣、遠(yuǎn)程控制、智能配煤[3]、智能裝車[4]、空氣源熱泵等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)作業(yè)過程的環(huán)境友好、安全高效及自動(dòng)化、智能化。

1 集運(yùn)站廠址選擇及建設(shè)規(guī)模確定

集運(yùn)站的主要作用是儲(chǔ)(配)煤及煤炭中轉(zhuǎn)，將煤源、公路運(yùn)輸及鐵路運(yùn)輸三者有機(jī)結(jié)合，選址是否合理對項(xiàng)目的建設(shè)投資及后期運(yùn)行至關(guān)重要。選址時(shí)要充分考慮當(dāng)?shù)氐拿禾抠Y源分布情況、距煤源的運(yùn)輸距離、運(yùn)輸方式及當(dāng)?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(biāo)市場需求，周邊煤炭資源儲(chǔ)量、煤炭年度產(chǎn)能及鐵路專用線的運(yùn)輸能力等。

大秦玉龍集運(yùn)站煤源主要來自周邊的煤礦和選煤廠，主要為動(dòng)力煤，可采儲(chǔ)量300多億t，周邊所有的礦井每年生產(chǎn)能力合計(jì)900多萬t，交通便利，均為公路運(yùn)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(jì)時(shí)與鐵路專用線設(shè)計(jì)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(xiàng)目投資等技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面多方案比選，多次進(jìn)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(dá)后解體為兩個(gè)半列，分別進(jìn)入前后兩個(gè)裝車站同步進(jìn)行裝車作業(yè)，每個(gè)裝車站前后線路有效容車長度均按1700m設(shè)計(jì)，確保鐵路專用線滿足2萬t重載電氣化列車直進(jìn)直出的開行條件，同時(shí)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(yùn)站布置在鐵路環(huán)線內(nèi)，緊鄰國道，與周邊煤礦的平均運(yùn)距100km。鐵路專用線年度發(fā)運(yùn)能力為400萬t，目標(biāo)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(yùn)站建設(shè)規(guī)模為400萬t/a。集運(yùn)站建設(shè)項(xiàng)目總造價(jià)為38082.12萬元，其中鐵路專用線投資18294.12萬元。大秦玉龍集運(yùn)站煤炭的運(yùn)輸路線為：煤礦或選煤廠—公路運(yùn)輸—集運(yùn)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(yùn)站設(shè)計(jì)

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(jī)或液壓卸車平臺(tái)進(jìn)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(jī)或螺旋卸車機(jī)、斗鏈卸車機(jī)、橋式抓斗起重機(jī)進(jìn)行卸車。

該工程來煤均為汽車運(yùn)輸，日均1.2萬t，每輛車載重按50t計(jì)算，需要240車次，且品種不同，有原煤、中煤或煤泥等。設(shè)計(jì)時(shí)考慮到重車進(jìn)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(shí)間排隊(duì)、進(jìn)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(gè)受煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)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(jī)及返煤帶式輸送機(jī)，整個(gè)汽車受煤系統(tǒng)的長度為42m，共設(shè)有5個(gè)受煤坑，可滿足5輛汽車同時(shí)卸煤，每個(gè)受煤坑7m×7m，儲(chǔ)量為100t，滿足兩輛汽車的載煤量，每輛車卸煤時(shí)間按6min計(jì)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(jìn)場原煤品種的多樣性，汽車受煤系統(tǒng)返煤帶式輸送機(jī)采用雙系統(tǒng)布置，確保同時(shí)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(jī)及返煤帶式輸送機(jī)運(yùn)到各個(gè)溢流煤場的頂部，通過溜槽將煤卸入對應(yīng)煤場內(nèi)儲(chǔ)存。

2.2 儲(chǔ)(配)煤工藝及系統(tǒng)布置

儲(chǔ)(配)煤工藝及系統(tǒng)的布置及儲(chǔ)量主要與當(dāng)?shù)刈匀粭l件、地形條件、運(yùn)輸方式、煤源及煤質(zhì)、市場客戶需求及自動(dòng)化程度有關(guān)，主要儲(chǔ)(配)煤方式有棧橋儲(chǔ)煤場、圓形料場、槽倉、堆取料機(jī)、溢流儲(chǔ)煤場、筒倉等[10，11]。大秦玉龍集運(yùn)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(chǔ)煤場儲(chǔ)(配)煤工藝，儲(chǔ)(配)煤場由四座相同的溢流煤倉組成，每座溢流儲(chǔ)煤場直徑90m，通過直徑?8m，高40m溢流煤倉流煤，儲(chǔ)煤場儲(chǔ)量為5萬t，四座儲(chǔ)煤場的總儲(chǔ)量為20萬t，可滿足集運(yùn)站半個(gè)月的儲(chǔ)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(gè)返煤地道上，可實(shí)現(xiàn)不同煤種的分別儲(chǔ)存，裝車時(shí)，可實(shí)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(chǔ)煤棚，內(nèi)部設(shè)噴霧除塵系統(tǒng)、通風(fēng)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(chǔ)配煤功能、也可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)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(qiáng)，如圖2所示。

圖2 集運(yùn)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(diǎn)的位置、裝車時(shí)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(jī)裝車、快速定量裝車站裝車[14]、移動(dòng)式裝車機(jī)裝車、跨線倉裝車等。各種裝車方式的主要特點(diǎn)見表1。

表1 各種裝車方式特點(diǎn)

大秦玉龍集運(yùn)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。空列到達(dá)專用線到發(fā)線后進(jìn)入走行線停車，將空列從中間摘掛分為兩個(gè)半列，兩半列分別進(jìn)入兩個(gè)裝車站同時(shí)裝車，裝車完畢重新連掛成整列。

火車裝車時(shí)由設(shè)在溢流儲(chǔ)煤場下的變頻甲帶給煤機(jī)、返煤帶式輸送機(jī)及設(shè)在帶式輸送機(jī)上的電子皮帶稱及在線測灰儀將煤運(yùn)至定量裝車站的緩沖倉中，再通過定量倉計(jì)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(shí)裝車，2萬t列車裝車時(shí)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(jìn)行集運(yùn)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(hù)工程量，減少地面設(shè)施用地總面積；利用地形高差，降低運(yùn)輸系統(tǒng)抬升高度，降低帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率，降低運(yùn)行成本。公共管線盡量做到線路短捷、道路通暢、方便運(yùn)輸及滿足消防要求。

2.5 生產(chǎn)作業(yè)過程自動(dòng)化、智能化

集運(yùn)站設(shè)控制室，可對整個(gè)儲(chǔ)裝運(yùn)系統(tǒng)所有設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)遠(yuǎn)程控制和就地控制，實(shí)現(xiàn)受煤、儲(chǔ)配煤及裝車各環(huán)節(jié)的自動(dòng)化和智能化。

汽車受煤系統(tǒng)設(shè)汽車電子識(shí)別系統(tǒng)、全自動(dòng)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(shí)別系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別及重車電子汽車衡稱重，再通過全自動(dòng)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(gè)指標(biāo)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(shí)別系統(tǒng)及空車電子汽車衡計(jì)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(yuǎn)程控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)上傳到控制室，完全實(shí)現(xiàn)無人化值守，確保煤質(zhì)、重量準(zhǔn)確，大幅提高管理效率。配煤時(shí)，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(jī)上不同位置的電子皮帶秤及在線測灰儀實(shí)時(shí)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(jìn)行稱重和檢測，并與客戶對煤質(zhì)要求進(jìn)行在線實(shí)時(shí)比對，系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算和匹配，并通過給煤機(jī)變頻控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)給煤機(jī)的給煤量，從而以低成本配煤方案達(dá)到客戶對煤質(zhì)的要求，實(shí)現(xiàn)智能化配煤?；疖囇b車系統(tǒng)設(shè)有車輛自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，包括車輛位置檢測裝置、車輛移動(dòng)速度檢測裝置和光電傳感器等裝置，可對火車運(yùn)行位置和速度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并自動(dòng)識(shí)別車輛型號(hào)，裝車時(shí)，通過車輛自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)定量裝車站裝車閘門的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)智能化裝車。同時(shí)通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對自動(dòng)防凍液噴灑、抑塵噴灑及整平壓實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行集中控制，完成防凍、抑塵及整平壓實(shí)作業(yè)環(huán)節(jié)。

3 結(jié) 語

目前該煤炭集運(yùn)站已投產(chǎn)運(yùn)行，經(jīng)實(shí)踐證明，位置選址及系統(tǒng)布置合理，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行自動(dòng)化程度高、可靠性高、運(yùn)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(jì)效益、社會(huì)效益，具有較高的推廣價(jià)值。