武　童

(1.天地科技股份有限公司 開采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京　100013; 2.煤炭科學(xué)研究總院 開采研究分院，北京　100013)

0　引言

鄂爾多斯市神煜能源有限責(zé)任公司集運(yùn)站設(shè)計(jì)年發(fā)運(yùn)能力10 Mt/a,項(xiàng)目特點(diǎn)是地形十分特殊，處在一個(gè)狹長(zhǎng)的地帶中，場(chǎng)地長(zhǎng)度有1 042 m，但場(chǎng)地平均寬度只有40 m。整個(gè)集運(yùn)站的布置形式、受煤方式、儲(chǔ)煤方式都與它周邊的道路運(yùn)輸條件、場(chǎng)地地形、外部運(yùn)輸、供水供電等有著密切的關(guān)系,并受到工程地質(zhì)等因素的限制, 所以方案設(shè)計(jì)是既經(jīng)濟(jì)又合理地確定一個(gè)集運(yùn)站的關(guān)鍵。本文通過(guò)對(duì)鄂爾多斯市神煜能源有限責(zé)任公司集運(yùn)站方案的分析，介紹了不同儲(chǔ)煤方式在集運(yùn)站中的使用情況。

1　系統(tǒng)分析

1.1　受煤系統(tǒng)分析

集運(yùn)站受煤系統(tǒng)為受煤棚內(nèi)受煤坑布置。受煤坑主要形式有通過(guò)式和倒車式兩種，兩種形式各有優(yōu)缺點(diǎn)，需根據(jù)場(chǎng)地條件、重載車型等實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

(1) 通過(guò)式受煤坑的流程是：重車經(jīng)地磅房稱重后徑直駛?cè)胧苊嚎? 自受煤坑上行車大梁通過(guò)，在出口位置停車進(jìn)行后卸作業(yè)，若重車為側(cè)卸式則在受煤坑上停車進(jìn)行側(cè)卸作業(yè)。其優(yōu)點(diǎn)是重車無(wú)需停車倒車或轉(zhuǎn)彎即可至指定位置卸車，且回車場(chǎng)地較??；缺點(diǎn)是受煤坑上通過(guò)的大梁上會(huì)有積煤，需每隔一段時(shí)間用推土機(jī)清理一次。

(2) 倒車式受煤坑的流程是：汽車開至受煤坑前拐直角彎擺正車體倒車后，使重車后端在受煤坑前進(jìn)行后卸作業(yè)，若重車為側(cè)卸式則重車緊靠受煤坑邊緣停車進(jìn)行側(cè)卸作業(yè)。其優(yōu)點(diǎn)是受煤坑上大梁積煤情況較少；缺點(diǎn)是重車需倒車或轉(zhuǎn)彎至指定位置卸車，需設(shè)置較大的回車場(chǎng)地，不能很好地適應(yīng)側(cè)卸式車輛作業(yè)。

根據(jù)本項(xiàng)目的具體情況分析，由于項(xiàng)目場(chǎng)地十分狹長(zhǎng)，不適于車輛的掉頭，因此集運(yùn)站的受煤坑布置方式采用通過(guò)式受煤坑。

1.2　受煤系統(tǒng)能力確定

該系統(tǒng)的生產(chǎn)類似于露天煤礦卡車卸料的固定式，其生產(chǎn)能力Qm(t/h)可以參照以下公式確定:

(1)

其中：Am為汽車受煤坑的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，Am=10 Mt/a；k為不均衡系數(shù)，一般取k=1.3～1.5，在此取1.3；d為年工作日，d=330；t為生產(chǎn)系統(tǒng)每日有效工作小時(shí)數(shù)，t=16 h。將各參數(shù)值代入式(1)，經(jīng)計(jì)算，Qm=2 460 t/h。

為滿足系統(tǒng)10 Mt/a能力要求，故要設(shè)置兩套受煤系統(tǒng)，選取一號(hào)受儲(chǔ)煤系統(tǒng)、 二號(hào)受儲(chǔ)煤系統(tǒng)的輸送能力均為 1 500 t/h。

1.3　受煤坑個(gè)數(shù)確定

因此一號(hào)受煤棚、二號(hào)受煤棚均設(shè)置4個(gè)受煤坑，每組受煤坑的容量為70 t。

1.4　儲(chǔ)煤系統(tǒng)分析

根據(jù)本項(xiàng)目的具體情況對(duì)儲(chǔ)煤系統(tǒng)進(jìn)行分析。由于汽車來(lái)煤和火車外運(yùn)受天氣因素、運(yùn)輸條件限制較大，均存在很大的不確定性,故集運(yùn)站的倉(cāng)儲(chǔ)能力一般要求可緩存3 d～7 d，且集運(yùn)站設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力需滿足1列～2列火車運(yùn)載量。同時(shí)由于煤源礦較多, 無(wú)論集運(yùn)站管理模式為分儲(chǔ)分運(yùn)或分儲(chǔ)配煤后外運(yùn)，倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施都需滿足分品種或者分用戶儲(chǔ)存的條件?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用較多的幾種儲(chǔ)煤倉(cāng)、場(chǎng)均可滿足上述兩點(diǎn)要求。

(1) 圓筒倉(cāng)：該倉(cāng)儲(chǔ)形式廣泛應(yīng)用于我國(guó)煤炭行業(yè),具有占地面積最小、系統(tǒng)設(shè)備可靠性高、服務(wù)年限較長(zhǎng)、便于生產(chǎn)管理、利于以后擴(kuò)建儲(chǔ)煤能力等諸多優(yōu)點(diǎn)；主要缺點(diǎn)是噸煤造價(jià)較高，另外圓筒倉(cāng)單個(gè)倉(cāng)體只能滿足一個(gè)用戶的儲(chǔ)煤需求，如滿足多個(gè)用戶需建設(shè)多個(gè)倉(cāng)。

(2) 儲(chǔ)煤棚：儲(chǔ)煤棚優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)煤場(chǎng)內(nèi)可以由業(yè)主隨意劃分多個(gè)區(qū)域滿足多個(gè)用戶，儲(chǔ)存噸煤造價(jià)較低、服務(wù)年限較長(zhǎng)、建設(shè)時(shí)間短；缺點(diǎn)是占地面積較大，系統(tǒng)設(shè)備可靠性差，管理較復(fù)雜，生產(chǎn)成本高且回煤量較少，還需進(jìn)行大型機(jī)械輔助作業(yè)等。

方案1：儲(chǔ)煤方式采用儲(chǔ)煤倉(cāng)，設(shè)置5個(gè)一萬(wàn)噸的儲(chǔ)煤倉(cāng)，最多可以滿足5個(gè)萬(wàn)噸用戶,見圖1～圖3。

圖1　儲(chǔ)煤倉(cāng)受煤系統(tǒng)

圖2　儲(chǔ)煤倉(cāng)裝車系統(tǒng)

圖3　儲(chǔ)煤倉(cāng)剖面圖

項(xiàng)目總造價(jià)為15 100萬(wàn)元。其中：土建工程9 200萬(wàn)元，設(shè)備及工器具購(gòu)置4 200萬(wàn)元，安裝工程1 230萬(wàn)元，其他費(fèi)用470萬(wàn)元。

項(xiàng)目后期運(yùn)營(yíng)費(fèi)用為每噸2.07元，除去設(shè)備折舊，現(xiàn)金流為1.57元/t。

方案2：儲(chǔ)煤方式采用儲(chǔ)煤棚，設(shè)置兩個(gè)儲(chǔ)煤棚,寬度設(shè)置為22.5 m，長(zhǎng)度為250 m，單個(gè)煤棚儲(chǔ)量為3.4萬(wàn)噸，最多可以滿足6個(gè)萬(wàn)噸用戶，見圖4～圖6。

項(xiàng)目總造價(jià)為12 300萬(wàn)元。其中：土建工程6 380萬(wàn)元，設(shè)備及工器具購(gòu)置4 300萬(wàn)元，安裝工程1 250萬(wàn)元，其他費(fèi)用370萬(wàn)元。

項(xiàng)目后期運(yùn)營(yíng)費(fèi)用為每噸2.35元，除去設(shè)備折舊，現(xiàn)金流為1.79元/t。

圖4　儲(chǔ)煤棚受煤系統(tǒng)

圖5　儲(chǔ)煤棚裝車系統(tǒng)

2　方案的確定

兩個(gè)方案的主要討論點(diǎn)在于儲(chǔ)煤方式及經(jīng)濟(jì)情況的選擇:①由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制，如果采用儲(chǔ)煤棚方案，為滿足消防規(guī)范要求，則兩側(cè)必須留出消防通道，所以儲(chǔ)煤棚的最大寬度只能設(shè)置在22.5 m，要滿足業(yè)主儲(chǔ)量需求，就要加長(zhǎng)儲(chǔ)煤棚的長(zhǎng)度到250 m，這樣儲(chǔ)煤棚方案基本占滿整個(gè)場(chǎng)地，影響其他建筑的布置以及施工時(shí)的可利用場(chǎng)地空間,而儲(chǔ)煤倉(cāng)方案則完全可以很好地適應(yīng)場(chǎng)地條件；②從投資上的比對(duì)可以看出，雖然儲(chǔ)煤棚方案的總投資略低于儲(chǔ)煤倉(cāng)方案，但由于儲(chǔ)煤棚方案回煤率只能達(dá)到45%左右，裝車時(shí)需要進(jìn)行大量的輔助作業(yè)，故儲(chǔ)煤棚運(yùn)營(yíng)成本高于儲(chǔ)煤倉(cāng)方案，雖然儲(chǔ)煤倉(cāng)的一次性投資高，但是自動(dòng)化程度高，節(jié)省了后期的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用；③集運(yùn)站的運(yùn)營(yíng)模式是以中轉(zhuǎn)裝車為主，而非以儲(chǔ)煤為主，所以在這里儲(chǔ)煤倉(cāng)再一次以快速補(bǔ)料出料的特點(diǎn)贏得了業(yè)主和專家的認(rèn)可。最終選定儲(chǔ)煤倉(cāng)方案為本集運(yùn)站的優(yōu)質(zhì)方案，方案效果圖見圖7。

圖6儲(chǔ)煤棚剖面圖圖7儲(chǔ)煤倉(cāng)方案效果圖

3　不同儲(chǔ)煤方式在集運(yùn)站中的優(yōu)勢(shì)

3.1　圓筒倉(cāng)儲(chǔ)煤

圓筒倉(cāng)儲(chǔ)煤在我國(guó)得到了廣泛的使用，但在集運(yùn)站中使用率卻不是很高，尤其在鄂爾多斯地區(qū)，多數(shù)的集運(yùn)站均以儲(chǔ)煤棚為主。

在集運(yùn)站的使用中一般圓筒倉(cāng)都會(huì)因?yàn)槠浣ㄔO(shè)投資較大、受工程地質(zhì)條件影響明顯、存儲(chǔ)方式不靈活等原因被業(yè)主和設(shè)計(jì)者詬病。但在本項(xiàng)目中圓筒倉(cāng)恰恰成為了最優(yōu)質(zhì)的選擇,圓筒倉(cāng)在集運(yùn)站使用時(shí)的優(yōu)勢(shì)如下：

(1) 占地面小，在場(chǎng)地條件不好的情況下可以有效地減小占地面積。

(2) 雖然圓筒倉(cāng)建設(shè)成本較高，但圓筒倉(cāng)自動(dòng)化程度高，能夠有效減少后期的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。

(3) 在業(yè)主的運(yùn)營(yíng)模式為中轉(zhuǎn)裝車為主時(shí)，圓筒倉(cāng)體現(xiàn)出它轉(zhuǎn)換接續(xù)能力較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

3.2　儲(chǔ)煤棚儲(chǔ)煤

儲(chǔ)煤棚作為目前集運(yùn)站最有效、使用最廣泛的儲(chǔ)存方式，它有著自身獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)：

(1) 儲(chǔ)煤棚投資較低，結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單。

(2) 儲(chǔ)煤方式靈活，用戶根據(jù)自身需求可分配多個(gè)用戶。

(3) 適用于煤炭的長(zhǎng)期儲(chǔ)煤和中轉(zhuǎn)外運(yùn)等不同的經(jīng)營(yíng)模式。

但從本項(xiàng)目的特點(diǎn)可以看出，如此廣泛使用的且優(yōu)勢(shì)明顯的儲(chǔ)煤方式，在特殊情況下也具有其不適應(yīng)性。

根據(jù)本項(xiàng)目的特點(diǎn)及對(duì)儲(chǔ)煤棚形式的聯(lián)想，本人對(duì)儲(chǔ)煤棚長(zhǎng)、寬對(duì)儲(chǔ)量的影響做了一下定量的系統(tǒng)分析，首先定義一個(gè)面積一定的長(zhǎng)方形儲(chǔ)煤棚S=6 400 m2，設(shè)定寬度為a，長(zhǎng)度為b，儲(chǔ)量為V，C=b/a為長(zhǎng)寬比,儲(chǔ)煤棚內(nèi)煤的自然堆積角度為45°，堆高h(yuǎn)=12.8 m，則儲(chǔ)量V的計(jì)算公式為：

(2)

使用MATLAB進(jìn)行曲線分析，得到V—a和V—C曲線如圖8、圖9所示。

圖8儲(chǔ)量V與寬度a的關(guān)系圖9儲(chǔ)量V與C之間的關(guān)系

由圖8可以看出，在a=56.6 m時(shí)，達(dá)到儲(chǔ)量V的峰值6.408×104m3。而在繼續(xù)增大寬度直至長(zhǎng)度與寬度相同(即儲(chǔ)煤棚形成正方形)時(shí)，儲(chǔ)量V處于緩慢下降的趨勢(shì)；而當(dāng)寬度a減小時(shí)，儲(chǔ)量V則急劇下降，說(shuō)明當(dāng)面積S一定時(shí)，寬度的逐漸減小對(duì)儲(chǔ)量的影響明顯。

由圖9可以看出，當(dāng)長(zhǎng)寬比C接近于2時(shí)，儲(chǔ)煤棚儲(chǔ)量到達(dá)峰值。長(zhǎng)寬比C在接近于1時(shí)儲(chǔ)量有所下降，而長(zhǎng)寬比C在大于2之后儲(chǔ)量則明顯下降。

由此可以看出，對(duì)于面積一定的儲(chǔ)煤棚，長(zhǎng)寬比達(dá)到2時(shí)可以達(dá)到儲(chǔ)量的最大化，但當(dāng)長(zhǎng)寬比大于2時(shí)儲(chǔ)量則急劇下降，因考慮到土建結(jié)構(gòu)跨度增大將導(dǎo)致投資和施工難度的增加，所以當(dāng)建設(shè)一定面積的儲(chǔ)煤棚時(shí)，長(zhǎng)寬比在2～3之間時(shí)既能滿足儲(chǔ)量處于利用率較高處且不提高土建的投資。

以上分析只是針對(duì)于儲(chǔ)量的定量分析，各集運(yùn)站的設(shè)計(jì)還需要根據(jù)各自情況的不同秉著工藝合理、著重實(shí)際、節(jié)約投資的原則進(jìn)行才能為業(yè)主獲取最大效益。

4　結(jié)論

(1) 神煜能源有限責(zé)任公司集運(yùn)站方案的最優(yōu)技術(shù)組合為通過(guò)式受煤坑+儲(chǔ)煤倉(cāng)型式。

(2) 集運(yùn)站設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)長(zhǎng)寬比為2～3時(shí)儲(chǔ)煤量可以達(dá)到最大，且土建投資不會(huì)因?yàn)榭缍鹊脑黾佣哟蟆?/p>

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