大秦玉龙煤炭集运站设计研究

乔青山

(煤炭工业太原设计研究院集团有限公司，山西 太原 030001)

受我国能源分布、能源结构及交通运输结构的影响，在山西、内蒙古等煤炭生产大省，公路运输是主导的煤炭运输方式。公路运输方式灵活、能够实现点对点运输，但其环境污染严重、道路破坏严重、受气候影响大、运输成本高。近年来，随着国家环保政策、运行方式的调整，对于煤炭等大宗货物运输，逐步推行“公转铁”“散改集”[1]。山西省新建了许多煤炭集运站，普遍特点是设计规模大，采用全封闭储煤方式，部分采用定量装车系统、自动化程度较高，但在投产运行后，存在以下问题：①集运站选址不合理，煤源到集运站运距过长；②集运站设计规模很大，但对周边煤源储量和年可外运量调查估算不准，导致集运站无法达到设计能力、不能满负荷运行，造成投资浪费；③受煤系统设计不合理，运煤汽车无法快速完成卸车作业，经常造成周边交通严重阻塞；④设计时没有充分考虑配煤功能，集运站对煤种变化及市场需求适应力不强；⑤汽车来煤管理措施不到位，存在“以次充好”“短斤缺两”现象。

大秦玉龙煤炭集运站作为大秦铁路煤炭专用线的配套设施，整个储装运系统[2]主要由汽车受煤坑、全封闭溢流储煤场、返煤地道、转载站及定量快速装车站组成，设计时为避免上述问题，合理进行厂址选择、规模确定、平面布置和系统设计，并紧跟煤炭行业技术发展趋势，采用车辆自动识别系统、自动采制样、远程控制、智能配煤[3]、智能装车[4]、空气源热泵等技术，实现了生产作业过程的环境友好、安全高效及自动化、智能化。

1 集运站厂址选择及建设规模确定

集运站的主要作用是储(配)煤及煤炭中转，将煤源、公路运输及铁路运输三者有机结合，选址是否合理对项目的建设投资及后期运行至关重要。选址时要充分考虑当地的煤炭资源分布情况、距煤源的运输距离、运输方式及当地的交通路网情况[5]、自然条件，特别是铁路专用线的接轨位置[6，7]及专用线布置形式。建设规模主要考虑目标市场需求，周边煤炭资源储量、煤炭年度产能及铁路专用线的运输能力等。

大秦玉龙集运站煤源主要来自周边的煤矿和选煤厂，主要为动力煤，可采储量300多亿t，周边所有的矿井每年生产能力合计900多万t，交通便利，均为公路运输，条件较为理想，铁路专用线成为决定选址的关键因素，设计时与铁路专用线设计单位共同配合，从专用线接轨位置、线路布置方式、作业方式及土地征用、项目投资等技术经济方面多方案比选，多次进行方案优化，最终大秦玉龙铁路专用线接轨于北同蒲线宋家庄站，采用同侧接轨方案，专用线为双环形布置，线路平面布置设侧股装车线，分别在每股装车线上设置装车位置，空车整列到达后解体为两个半列，分别进入前后两个装车站同步进行装车作业，每个装车站前后线路有效容车长度均按1700m设计，确保铁路专用线满足2万t重载电气化列车直进直出的开行条件，同时可满足C60、C70、C80等各种列车的装车要求。铁路专用线布置如图1所示。

图1 铁路专用线示意图

集运站布置在铁路环线内，紧邻国道，与周边煤矿的平均运距100km。铁路专用线年度发运能力为400万t，目标市场年度需求量为350万t左右，考虑到后期用户市场的多元化，最终确定集运站建设规模为400万t/a。集运站建设项目总造价为38082.12万元，其中铁路专用线投资18294.12万元。大秦玉龙集运站煤炭的运输路线为：煤矿或选煤厂—公路运输—集运站—铁路专用线—宋家庄站—北同蒲线—大同枢纽—大秦线—秦皇岛港—用户。

2 集运站设计

2.1 受煤工艺及系统布置

受煤工艺及系统布置主要根据来煤方式、来煤品种、场地等确定。对于汽车来煤通常设汽车卸煤坑[8，9]，包括通过式和非通过式卸煤坑两种布置方式，对于自卸式汽车通常采用通过式受煤坑，非自卸式汽车通常采用非通过式受煤坑、并设置汽车螺旋卸车机或液压卸车平台进行卸车。对于火车来煤，设火车卸煤沟，除底侧卸车厢外，通常采用翻车机或螺旋卸车机、斗链卸车机、桥式抓斗起重机进行卸车。

该工程来煤均为汽车运输，日均1.2万t，每辆车载重按50t计算，需要240车次，且品种不同，有原煤、中煤或煤泥等。设计时考虑到重车进场、空车出场、车流量大、交叉作业等因素，如何保证重车不在厂区外长时间排队、进站后快速完成卸煤，空车不在厂区内停留，能快速离开厂区是整个受煤系统设计成败的关键，该工程对各类汽车卸煤设施技术经济比较后，采用“自卸式汽车+通过式受煤坑”的受煤工艺，自卸车在受煤坑上直接将煤卸入受煤坑内。汽车受煤系统主要包括受煤坑、给煤机及返煤带式输送机，整个汽车受煤系统的长度为42m，共设有5个受煤坑，可满足5辆汽车同时卸煤，每个受煤坑7m×7m，储量为100t，满足两辆汽车的载煤量，每辆车卸煤时间按6min计算，1h内可完成50辆车次卸车作业，受煤坑顶部设有网架结构顶棚、全封闭，满足环保要求。考虑到进场原煤品种的多样性，汽车受煤系统返煤带式输送机采用双系统布置，确保同时满足两种煤输送。受煤坑内的原煤或中煤通过变频给煤机及返煤带式输送机运到各个溢流煤场的顶部，通过溜槽将煤卸入对应煤场内储存。

2.2 储(配)煤工艺及系统布置

储(配)煤工艺及系统的布置及储量主要与当地自然条件、地形条件、运输方式、煤源及煤质、市场客户需求及自动化程度有关，主要储(配)煤方式有栈桥储煤场、圆形料场、槽仓、堆取料机、溢流储煤场、筒仓等[10，11]。大秦玉龙集运站位于山西北部，冬季经常下雪、道路结冰，原煤品种多，市场客户多需求，综合各种因素，采用溢流储煤场储(配)煤工艺，储(配)煤场由四座相同的溢流煤仓组成，每座溢流储煤场直径90m，通过直径∅8m，高40m溢流煤仓流煤，储煤场储量为5万t，四座储煤场的总储量为20万t，可满足集运站半个月的储量，溢流煤仓底部设有受煤坑，每两座溢流煤仓设在同一个返煤地道上，可实现不同煤种的分别储存，装车时，可实现不同煤种的混配。溢流煤仓设有密闭的网架结构储煤棚，内部设喷雾除尘系统、通风及瓦斯监测监控、抽放及安全出口、满足安全、环保要求，美观大方；系统布置灵活，可满足不同煤种的储配煤功能、也可实现储配煤设施的对外租赁，适应煤种变化及市场需求能力强，如图2所示。

图2 集运站效果图

2.3 装车方式及装车工艺系统布置

火车装车工艺系统[12，13]的布置主要与铁路装车专用线的布置形式、装车线长度、装车点的位置、装车时间、调车作业流程及装车方式等有关。目前常见的装车方式主要有装载机装车、快速定量装车站装车[14]、移动式装车机装车、跨线仓装车等。各种装车方式的主要特点见表1。

表1 各种装车方式特点

大秦玉龙集运站铁路专用线采用双环线布置，线路的空重车线有效容车长度均为1700m，在每条铁路线上均设置快速定量装车系统一套，防冻液喷洒装置[15]一套。空列到达专用线到发线后进入走行线停车，将空列从中间摘挂分为两个半列，两半列分别进入两个装车站同时装车，装车完毕重新连挂成整列。

火车装车时由设在溢流储煤场下的变频甲带给煤机、返煤带式输送机及设在带式输送机上的电子皮带称及在线测灰仪将煤运至定量装车站的缓冲仓中，再通过定量仓计量后由装车闸门将煤装入车厢内，缓冲仓有效容积≥300t，称重仓有效容积≥100t。定量装车站装车能力≥5200t/h，单节一次配料、整列连续定量装车，不洒料，两座快速定量装车站可同时装车，2万t列车装车时间不超过2h，满足大秦铁路线要求。

2.4 总平面布置

充分利用场地地形、工程及水文地质条件，因地制宜合理进行集运站总体布置[16]，在满足工艺流程、生产联系、场地防洪排涝及场地稳定性的前提下，总体减少建筑物基础处理工程量及场地平整、支护工程量，减少地面设施用地总面积；利用地形高差，降低运输系统抬升高度，降低带式输送机驱动电机功率，降低运行成本。公共管线尽量做到线路短捷、道路通畅、方便运输及满足消防要求。

2.5 生产作业过程自动化、智能化

集运站设控制室，可对整个储装运系统所有设备进行自动远程控制和就地控制，实现受煤、储配煤及装车各环节的自动化和智能化。

汽车受煤系统设汽车电子识别系统、全自动汽车采样装置及煤质快速监测装置，重车首先经由重车入口处的汽车电子识别系统自动识别及重车电子汽车衡称重，再通过全自动汽车采样装置及煤质快速监测装置获取灰分和发热量两个指标后，将煤卸入相应的汽车受煤坑内，卸煤后的空车则通过空车出口处的汽车电子识别系统及空车电子汽车衡计量后出场，在这过程中车辆信息、煤质情况、重量等参数通过远程控制系统实时上传到控制室，完全实现无人化值守，确保煤质、重量准确，大幅提高管理效率。配煤时，根据客户对煤质灰分、发热量的要求，配煤系统通过设在返煤带式输送机上不同位置的电子皮带秤及在线测灰仪实时对不同煤种的重量和灰分、发热量参数及混配后的混煤的灰分、发热量进行称重和检测，并与客户对煤质要求进行在线实时比对，系统进行自动计算和匹配，并通过给煤机变频控制系统调节给煤机的给煤量，从而以低成本配煤方案达到客户对煤质的要求，实现智能化配煤。火车装车系统设有车辆自动识别系统，包括车辆位置检测装置、车辆移动速度检测装置和光电传感器等装置，可对火车运行位置和速度进行实时检测，并自动识别车辆型号，装车时，通过车辆自动识别系统自动调节定量装车站装车闸门的开关，实现智能化装车。同时通过远程控制系统实现对自动防冻液喷洒、抑尘喷洒及整平压实系统进行集中控制，完成防冻、抑尘及整平压实作业环节。

3 结 语

目前该煤炭集运站已投产运行，经实践证明，位置选址及系统布置合理，整个系统运行自动化程度高、可靠性高、运行稳定、安全高效、环保节能，大幅降低生产成本、提高本地区煤炭的竞争力，取得良好的环保效益、经济效益、社会效益，具有较高的推广价值。