陕北某煤矿既有线运输能力分析及改扩建措施研究
2011-08-03何祥卫
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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