煤礦鐵路站內裝車調車方式研究

逯常江

(中煤天津設計工程有限責任公司，天津 300120)

國家大力推進大宗貨物運輸“公轉鐵”，減少公路運輸量，增加鐵路運輸量。未來，全國大宗貨物年貨運量150萬t以上的大型工礦企業(yè)和新建物流園區(qū)，鐵路專用線接入比例達到80%以上；重點區(qū)域具有鐵路專用線的大型工礦企業(yè)和新建物流園區(qū)，大宗貨物鐵路運輸比例達到80%以上。對于煤礦而言，鐵路運輸具有舉足輕重的地位。而煤礦鐵路站內裝車調車作業(yè)方式是煤礦鐵路運輸?shù)闹匾M成部分，其作業(yè)方式的選取不僅影響工程投資，還影響煤炭鐵路外運能力[1]，合理選取裝車調車方式在煤炭鐵路運輸中具有十分重要的作用。

目前，煤礦鐵路裝車調車作業(yè)，較為常用的作業(yè)方式有鐵牛調車絞車、內燃或電力機車；少數(shù)老舊煤礦仍采用無極繩絞車(拖運或掛車幫)的作業(yè)方式，由于該種方式存在安全隱患，已經逐步淘汰[2]。相關學術研究主要針對以上作業(yè)方式的一種或兩種開展，隨著公鐵兩用牽引車技術發(fā)展，其牽引力逐步提高，應用范圍也越來越廣。本文引入公鐵兩用牽引車作為煤礦裝車調車方式進行研究，對比分析內燃機車、鐵牛調車絞車、公鐵兩用牽引車三種裝車調車方式，確定不同條件下不同作業(yè)方式的選擇方法，以期為煤礦鐵路系統(tǒng)的裝車調車方式選擇提供借鑒。

1 三種裝車調車作業(yè)方式

1.1 內燃機車

煤礦自備內燃機車或租用路局機車，承擔站內裝車調車任務。車站內需要相應設置機待線，機車整備線，內燃機車整備、維修多數(shù)可以采用委托國鐵部門代辦，也可自行管理、自行養(yǎng)護、維修。內燃機車牽引力大，構造速度高，不僅可用于站內裝車調車等各種作業(yè)，還可用于站間取送車作業(yè)，一般新建大型煤礦多采用內燃機車調車。其牽引力根據(jù)機車類型而定，一般最大牽引能力可達5000t以上[3]。我國自主研發(fā)的DF系列調機較為常用。

內燃機車雖具備眾多優(yōu)點，應用技術成熟，但其也具有相應的限制條件，其對裝車點下凈空及軌道衡有嚴格要求，裝車點下凈空需滿足機車限界要求，軌道衡需要設置允許機車通過的衡器，而對于一些改擴建項目，既定條件限制了該種調車方式的使用，另外內燃機車的養(yǎng)護維修，機車檢修系統(tǒng)投資大、人員多，租用機車成本也相對高。購買一臺內燃機車的價格在800～1000萬元，租用機車年使用費用約600萬元。

1.2 鐵牛調車絞車

鐵牛調車絞車是對無極繩絞車的改進，由原來的勾車幫的方式，改為由鐵牛牽引車鉤的方式，該方式與無極繩掛車幫的牽引方式相比，減少了對鐵路車輛的損壞情況，安全性也得到了改善[4]。鐵牛調車絞車一般包括鐵牛、套軌、牛窩、改繩輪基礎、導向輪、托輥，并配置電動機、聯(lián)軸器、制動器、減速器以及鋼絲繩等相關設備構成，通過雙驅動齒輪減速器帶動鋼絲繩，鋼絲繩牽引鐵牛，由鐵牛帶動列車，可實現(xiàn)雙向調車[5]。該種方式鋼絲繩布置在線路一側，在軌枕端部往返移動，常造成道床破壞[6]。部分煤礦采用調車絞車進行裝車作業(yè)，例如余吾煤業(yè)鐵路裝車站、寺家莊煤礦、成莊煤礦鐵路裝車站等。

鐵牛調車絞車系統(tǒng)一般適用于直線固定股道的牽引推送作業(yè)，站內裝車線為曲線的地段及道岔區(qū)，一般不能設置鐵牛調車絞車系統(tǒng)，這也嚴格限制了調車絞車的應用環(huán)境。鐵牛調車絞車系統(tǒng)由于其各部件基礎的布置，對車站股道線間距有相應要求，布置于兩股道之間的調車絞車系統(tǒng)要求其線間距一般需大于7.5m[7]，這不僅增加了鐵路車站的用地，而且延長了鐵路車站的咽喉區(qū)長度，造成站場工程數(shù)量增大。另外一般調車絞車車站股道軌枕需實施套軌，用于鐵牛走行。鐵牛調車絞車系統(tǒng)實際應用中一般在3000t左右，最大牽引重量可達5000t。采用該種調車絞車方式一般利用煤礦修理車間承擔維修功能。一套調車絞車系統(tǒng)價格在200萬左右，運營方面調車絞車運營維護量相對小，運營費用低，一般視工作強度定期更換牽引繩及配件即可。

1.3 公鐵兩用牽引車

公鐵兩用牽引車是指既能在鐵路軌道上運行，又能在道路上運行的特殊車輛，可以通過底盤上的液壓換道回轉裝置和能隨時起落的鐵路行駛導輪裝置，迅速方便地進行公路和鐵路的轉換運行[8]。熟練的駕駛員一般在3min以內即可完成公路-鐵路變換。公鐵兩用牽引車一般有膠輪驅動和鋼輪驅動兩種驅動方式[9]。國內采用膠輪驅動的較多，牽引定數(shù)越大，驅動膠輪數(shù)量越多[10]。

1.3.1 技術適用條件

公鐵兩用牽引車運行速度低，一般運行速度小于10km/h，可用于車站內，尤其適用小型車站的裝車調車作業(yè)[11]。公鐵兩用牽引車一般適用平坡道上的，也可用于有坡道的股道上，但其牽引力受坡度影響較大，目前國內公鐵兩用牽引車最大牽引力可達5000t，據(jù)調查3000t以下的車型應用較多，其功率是隨著海拔高度、環(huán)境溫度和相對溫度的增加而降低。從政策方面考慮，使用公鐵兩用牽引車，一般需辦理相關手續(xù)，與接軌站簽訂安全使用協(xié)議，并且向車輛段進行報備。

1.3.2 配套設施及維修

公鐵兩用牽引車上下股道需要鐵路車站設置平過道，以實現(xiàn)其公鐵轉換[12]，還需配置廠家提供的備品、備件；用油方面可配置固定的加油設施，也可委托社會力量承擔加油任務；維修方面一般除大修外煤礦修理車間也可承擔其維修功能。公鐵兩用牽引車維護量相對大，膠輪磨損嚴重[13]，一般工作2000h(純工作時間)需要檢查或更換輪胎，一般工作5000h發(fā)動機需進行大修。

1.3.3 特點分析

公鐵兩用牽引車是一種近幾年煤礦新型的裝車調車方式，是對內燃機車調車方式的補充，其機動性好，靈活性強，價格低(200～400萬元/臺)，越來越多的中小型煤礦及改擴建煤礦選用了該種裝車調車方式[14]，例如陜西省崔家溝煤礦、山東省魯北煤炭配送基地有限公司等。

公鐵兩用車相對于其他調車方式，最大的優(yōu)勢是其靈活性，而最能體現(xiàn)其靈活性的特點是其可以實現(xiàn)公鐵兩用[15]。內燃機車站內實現(xiàn)股道間轉換需要設置道岔、機回線、機走線等設施[16]，基本固定了列車在站作業(yè)方式，公鐵兩用車既可以通過上述方式轉換股道，還可以通過設置平過道實現(xiàn)股道互轉，一些老舊礦井不具備增加道岔、機回線、機走線等機車轉換條件，或者增加引起的工程量較大，而公鐵兩用牽引車既可以在軌道上走行，又可以在道路上走行，靈活性強，可以利用站內道路走行，避免修建機回線等機回設施，很好解決了該類問題，另外股道轉換僅需修建平過道即可，無需新增道岔，不減少股道容車數(shù)量。與絞車相比可在曲線上、道岔上來去自如，與內燃機車相比限界小。一些老舊礦井其裝車點設計時未考慮裝車點下限界問題，內燃機車不能通過，如采用內燃機車牽引需改造裝車點，公鐵兩用牽引車輪廓小[17]，很好地解決了上述問題。

表1 三種裝車作業(yè)方式特點總結

2 裝車調車作業(yè)方式的選取

根據(jù)工程實例，結合各種作業(yè)方式特點，對礦內車站裝車調車作業(yè)方式選取總結如下：對于工程投資允許，作業(yè)量大的新建車站，優(yōu)先選用內燃機車裝車作業(yè)，其作業(yè)效率高[18]，可靠性好，靈活性高；對于投資有限制，運量小，列車在站作業(yè)條件復雜，對作業(yè)方式靈活性要求較高的車站，可選用公鐵兩用牽引車牽引裝車。對于列車站內作業(yè)方式簡單，在直線無道岔區(qū)段裝車，可選用調車絞車系統(tǒng)。

另外，改擴建車站還需充分考慮既有設備、設施條件的限制。對于中、小型廠礦企業(yè)鐵路車站，當存在投資控制嚴格、建筑限界受限、曲線上裝車等特定限制條件時，公鐵兩用牽引車具有其獨特的優(yōu)勢：一方面其投資低，投資方容易接納；另一方面，作為站內調車機使用，其機動性、靈活性好。隨著公鐵兩用牽引車生產技術的不斷提高，其牽引質量不斷增大，可靠性逐步提高，未來具有替代調車絞車系統(tǒng)，廣泛用于煤礦車站尤其是小型煤礦車站的可能性。

3 裝車調車作業(yè)方式選取實例

煤礦鐵路專用線作業(yè)時間可分為區(qū)間取送車時間、列車在站作業(yè)時間兩部分。區(qū)間取送車時間一般較為固定，大部分煤企提高作業(yè)效率需要從減少列車在站作業(yè)時間入手。列車在站作業(yè)時間分為純裝車時間及等裝時間，結合多個既有煤礦調查及以往資料表明，一般裝車站內純裝車時間約占54%，等裝時間約占46%[19]。因此，節(jié)約等裝時間，可以提高煤炭裝車效率，提高煤礦車站作業(yè)能力，而等裝時間與車站的裝車調車作業(yè)方式息息相關[20]。另外部分改擴建車站，其既有設施、設備條件已經形成，選用合適的裝車調車方式，可以減少對既有建筑物影響，節(jié)省工程投資，取得事半功倍的效果。

本文以山西晉城五陽煤礦裝車系統(tǒng)改造項目為例進行說明：

該礦目前鐵路外運量1.20Mt/a，規(guī)劃近期煤炭鐵路外運量為2.0Mt/a，既有裝車系統(tǒng)不能適應其外運能力，考慮對裝車系統(tǒng)進行改造。該煤礦鐵路車站目前既有1套快速定量裝車系統(tǒng)，1套筒倉裝車系統(tǒng)，兩套裝車系統(tǒng)均采用絞車(無極繩掛車皮)牽引裝車，3部絞車分別位于車檔5-N5、N7-N12、N12-擋2，由于絞車不能通過道岔，故作業(yè)時3部絞車進行交替作業(yè)，完成列車裝車作業(yè)。

既有快速定量裝車系統(tǒng)一次最大可實現(xiàn)25輛車裝車，其裝車調車方式如下：列車經N1、N3、N5、N9、N14先進2道，再推送至4道牽出線，摘鉤后連掛3道上的重車發(fā)車，停放在4道上的半列空車通過既有3部絞車(無極繩)推送過快速裝車點下裝車，列車過N6道岔后進行倒繩作業(yè)(由4道上絞車推送改為3道上的絞車牽引)，最終重車停放至3道。

通過現(xiàn)場了解，每列裝車時間約為4h/對，其中凈裝車時間約70min，裝車過程三部絞車倒繩時間約80min。最大可實現(xiàn)煤炭外運量約1.20Mt/a。

圖1 五陽煤礦鐵路裝車站平面

從以上作業(yè)時間組成中可以看出，其中倒繩作業(yè)和補煤作業(yè)占用時間較長。想要提高站場作業(yè)效率，可通過優(yōu)化既有快速定量裝車點，避免二次補煤；也可采用新的裝車調車方式，避免絞車倒繩占用過長時間。

根據(jù)前文論述可從鐵牛調車絞車系統(tǒng)、內燃機車、公鐵兩用牽引車三種作業(yè)方式選取?？紤]到利用鐵牛調車絞車系統(tǒng)替換既有的無極繩系統(tǒng)，仍需采用三部鐵牛進行交替作業(yè)，除了安全性有所提高外，其效率并不能得到改善，而由于牛窩的設置，還會減少股道的有效存車數(shù)量。因此，不考慮采用鐵牛調車絞車系統(tǒng)，從維持既有絞車系統(tǒng)、內燃機和公鐵兩用牽引車三個方面從作業(yè)效率、投資、運營費用等方面進行對比分析：

表2 三種裝車調車作業(yè)方式時間 min

表3 三種裝車調車作業(yè)方式投資及運營費用對比 萬元

選用公鐵兩用牽引車代替既有調車絞車系統(tǒng)，每列車在站作業(yè)時間131min。可節(jié)約80min，完全可以滿足年運量需要；另外年運營費用減少62萬元/a；不僅能夠大幅提高列車在站作業(yè)效率，還能減少工程運營費用，可取得良好的經濟效益。不同的站場條件適用不同的裝車調車方式，工程實際應用時，不能以偏概全，應做到具體工程具體分析。

4 結 論

煤礦鐵路站內裝車調車作業(yè)方式是煤礦鐵路運輸?shù)闹匾M成部分，其選取直接影響車站布置，進而影響工程投資及鐵路外運能力；實際工程中，應根據(jù)不同車站具體情況，靈活選用裝車調車作業(yè)方式。本文針對工程中常用的兩種裝車調車方式，并創(chuàng)新性引入公鐵兩用牽引車這種新興的裝車調車方式進行研究，得出了不同裝車調車方式的適用條件：對于工程投資允許，運量大的車站，優(yōu)先考慮內燃機車裝車調車作業(yè)，其作業(yè)效率高，可靠性好，靈活性高；對于投資有限制，運量小，列車在站作業(yè)條件復雜，對作業(yè)方式靈活性要求較高的車站，尤其是裝車系統(tǒng)改擴建項目，可選用靈活性較高公鐵兩用牽引裝車；對于列車站內作業(yè)方式簡單，在直線無道岔區(qū)段裝車，可選用調車絞車系統(tǒng)。