陳 偉

(中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054)

0 引言

煤炭外運(yùn)是煤礦生產(chǎn)過(guò)程重要環(huán)節(jié)，我國(guó)目前煤炭消費(fèi)主要集中在華中、華南及華東地區(qū)，而煤炭生產(chǎn)主要集中在內(nèi)蒙、陜西、新疆等西北地區(qū)[1-3]。中長(zhǎng)距離煤炭運(yùn)輸主要采用鐵路運(yùn)輸，少部分采用河運(yùn)或汽車(chē)運(yùn)輸，目前國(guó)內(nèi)運(yùn)煤干線已經(jīng)基本建設(shè)完成；對(duì)鐵路運(yùn)輸而言，主要采用區(qū)域集裝站方式來(lái)集中一定區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)煤礦的來(lái)煤，集中進(jìn)行鐵路裝車(chē)[4-6]。一般情況下，煤礦工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)地距裝車(chē)站還有一定距離，短途運(yùn)輸方式中，鐵路、公路、帶式輸送機(jī)3種運(yùn)輸方式各有利弊[7-10]。為此，以陜西關(guān)中地區(qū)西卓煤礦煤炭外運(yùn)設(shè)計(jì)方案比選為例，充分闡述各種運(yùn)輸方式的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇最合適的運(yùn)輸方式，使煤礦生產(chǎn)運(yùn)行效益達(dá)到最佳。

1 工程背景

西卓煤礦位于陜西省渭北石炭二疊紀(jì)煤田澄合礦區(qū)中深部，行政區(qū)劃屬合陽(yáng)縣城關(guān)鎮(zhèn)和知堡鄉(xiāng)管轄，井田西距合陽(yáng)縣城3 km，東西長(zhǎng)8.8 km，南北寬7.1 km，井田面積約 34.94 km2。煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力3.00 Mt/a，服務(wù)年限47 a，遠(yuǎn)期服務(wù)年限58 a，移交生產(chǎn)時(shí)在工業(yè)場(chǎng)地布置3條井筒，井下采用單水平開(kāi)拓，全井田共劃分為4個(gè)盤(pán)區(qū)。地面生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)2個(gè)φ25 m原煤筒倉(cāng)(30 000 t)，一座動(dòng)篩車(chē)間完成預(yù)先分級(jí)、揀雜、大塊破碎、分級(jí)準(zhǔn)備等作業(yè)，6個(gè)7 m×7 m方倉(cāng)(總?cè)萘? 560 t)存儲(chǔ)塊煤，8個(gè)7 m×7 m方倉(cāng)(總?cè)萘?2 400 t)存儲(chǔ)混煤，2個(gè)7 m×7 m方倉(cāng)(總?cè)萘? 000 t)存儲(chǔ)矸石。

西卓煤礦于2021年建成，產(chǎn)品銷(xiāo)往重慶、湖北、江西等地，急需建設(shè)與之配套的鐵路專(zhuān)用線與國(guó)鐵網(wǎng)銜接，便于快速、便捷地將煤炭運(yùn)往消費(fèi)市場(chǎng)。西卓外運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需滿足西卓煤礦和百良周邊煤礦煤炭外運(yùn)的需要，保證地方煤礦生產(chǎn)的連續(xù)性，實(shí)現(xiàn)煤炭高效直達(dá)運(yùn)輸，降低運(yùn)輸成本、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)就業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2 煤炭外運(yùn)運(yùn)輸方式的確定

2.1 運(yùn)輸方式

經(jīng)對(duì)項(xiàng)目外圍鐵路接軌站進(jìn)行分析論證，確定鐵路外運(yùn)接軌站為合陽(yáng)北站。根據(jù)本項(xiàng)目的運(yùn)輸規(guī)模、運(yùn)至合陽(yáng)北站的運(yùn)輸距離和運(yùn)輸條件等特點(diǎn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)已經(jīng)建成的類(lèi)似項(xiàng)目，應(yīng)用較多的運(yùn)輸方式有鐵路運(yùn)輸、公路運(yùn)輸、帶式輸送機(jī)運(yùn)輸3種方式。公路運(yùn)輸線路自西卓煤礦選煤廠出發(fā)，先向北至合陽(yáng)縣東部運(yùn)煤專(zhuān)用線，經(jīng)運(yùn)煤專(zhuān)用線向西至G108國(guó)道。再接入縣道X207，從縣道X207向西北方向進(jìn)入荷寶高速出口快速干道，再?gòu)目焖俑傻勒巯蚰线M(jìn)入規(guī)劃的鐵路集運(yùn)站運(yùn)煤專(zhuān)線到達(dá)合陽(yáng)北站。鐵路運(yùn)輸線路自西卓煤礦選煤廠引出向北，于知堡鄉(xiāng)北側(cè)下穿規(guī)劃的西韓城際鐵路，繼續(xù)向西上跨京昆高速公路，跨國(guó)道108、縣道X207，下穿在建高速公路連接線等道路后引入集運(yùn)站。輸送機(jī)運(yùn)輸線路以西卓煤礦選煤廠混煤倉(cāng)西側(cè)2號(hào)轉(zhuǎn)載點(diǎn)為起點(diǎn)，合陽(yáng)北站鐵路專(zhuān)用線煤炭集運(yùn)站為終點(diǎn)，線路長(zhǎng)約12 km。

2.2 運(yùn)輸方式對(duì)比

運(yùn)輸方式選擇主要在建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本、環(huán)境保護(hù)、發(fā)展趨勢(shì)等方面。經(jīng)綜合對(duì)比，本項(xiàng)目煤炭外運(yùn)推薦采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸方式。3種運(yùn)輸方式綜合對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 運(yùn)輸方式綜合對(duì)比

3 輸送機(jī)運(yùn)輸線路的確定

煤炭外運(yùn)輸送線路起點(diǎn)為西卓選煤廠混煤倉(cāng)西側(cè)轉(zhuǎn)載點(diǎn)，終點(diǎn)為合陽(yáng)北站鐵路專(zhuān)用線煤炭集運(yùn)站。根據(jù)項(xiàng)目周邊地形、縣城城市發(fā)展規(guī)劃、周邊煤礦的井田范圍，對(duì)南側(cè)線路和北側(cè)線路2條運(yùn)輸線路進(jìn)行綜合比較。

3.1 南側(cè)線路

自西卓選煤廠混煤倉(cāng)西側(cè)轉(zhuǎn)載點(diǎn)接入，向西北向跨越西禹高速運(yùn)輸約3 300 m，通過(guò)1 000 m轉(zhuǎn)彎半徑且跨越108國(guó)道，繼續(xù)向西南方向運(yùn)輸約5 000 m，通過(guò)1 000 m轉(zhuǎn)彎半徑避開(kāi)南張村至合陽(yáng)北站東側(cè)耕地，線路全長(zhǎng)10.5 km。此線路沿線多為耕地，地勢(shì)比較平坦，線路需要跨越西禹高速、108國(guó)道，距合陽(yáng)縣城中心約3 600 m，距縣城北側(cè)最近點(diǎn)約1 700 m，沿線躲避白靈村、孟家莊村等幾個(gè)居民較多的村莊，緊臨黨家洼、西馬莊、南張莊等幾個(gè)居民較少的村莊，不涉及村莊搬遷。南側(cè)線路走向如圖1所示。

圖1 南側(cè)線路走向示意

3.2 北側(cè)線路

自西卓選煤廠混煤倉(cāng)西側(cè)轉(zhuǎn)載點(diǎn)接入，向北(平行于合陽(yáng)縣城規(guī)劃東側(cè)邊界線)運(yùn)輸約1.6 km水平轉(zhuǎn)彎跨越規(guī)劃的西韓城際鐵路、西禹高速，再向西北側(cè)運(yùn)輸約4.0 km跨越108國(guó)道，經(jīng)水平轉(zhuǎn)彎后向西(平行于山陽(yáng)煤礦井田邊界線)運(yùn)輸約4.7 km至合陽(yáng)北站集運(yùn)站，線路全長(zhǎng)12.3 km。該線路沿線地勢(shì)較為平坦，但需要跨越西韓城際鐵路、西禹高速、108國(guó)道，沿線多為耕地，線路從西卓煤礦起與知堡鄉(xiāng)、北知堡村、頂村、東馬莊村、中馬莊村、西馬莊村、南張莊村莊相鄰，不穿越村莊，不涉及村莊搬遷和拆遷，避開(kāi)了合陽(yáng)縣城的規(guī)劃，對(duì)山陽(yáng)煤礦井田無(wú)壓覆，減少了線路征地的困難。北側(cè)線路走向如圖2所示。

圖2 北側(cè)線路走向示意

3.3 運(yùn)輸線路的比選確定

對(duì)比南北2條運(yùn)輸線路，南側(cè)線路較短，但是存在壓覆周邊煤礦井田與合陽(yáng)縣城規(guī)劃相干涉等問(wèn)題，北側(cè)線路雖線路較長(zhǎng)，但線路避開(kāi)了合陽(yáng)縣城的規(guī)劃，對(duì)山陽(yáng)煤礦井田無(wú)壓覆，減少了線路征地的困難。2條運(yùn)輸線路綜合對(duì)比見(jiàn)表2。綜合分析，本項(xiàng)目煤炭外運(yùn)系統(tǒng)確定采用北側(cè)線路運(yùn)輸。

表2 運(yùn)輸線路綜合對(duì)比

4 帶式輸送機(jī)運(yùn)輸形式的確定

本項(xiàng)目運(yùn)輸系統(tǒng)主要承擔(dān)將西卓煤礦產(chǎn)品煤運(yùn)送至合陽(yáng)北站集運(yùn)站儲(chǔ)煤場(chǎng)接口處，利用集運(yùn)站的儲(chǔ)煤、裝車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行火車(chē)外運(yùn)任務(wù)。帶式輸送機(jī)作為國(guó)內(nèi)常用的連續(xù)輸送設(shè)備，在大的分類(lèi)結(jié)構(gòu)上又分為普通帶式輸送機(jī)和管狀帶式輸送機(jī)2種形式。

4.1 普通帶式輸送機(jī)

普通帶式輸送機(jī)是現(xiàn)階段最為常見(jiàn)的連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備，在煤炭、港口、石化等行業(yè)應(yīng)用非常普遍，具有連續(xù)輸送、輸送效率高、投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用省、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)勢(shì)，而且可對(duì)不可避免障礙物采取水平方向轉(zhuǎn)彎進(jìn)行規(guī)避。普通帶式輸送機(jī)在長(zhǎng)距離露天場(chǎng)合運(yùn)輸時(shí)，一般有全封閉結(jié)構(gòu)和半封閉結(jié)構(gòu)2種形式。全封閉棧橋結(jié)構(gòu)架空段采用鋼結(jié)構(gòu)棧橋，落地段采用門(mén)市鋼架，封閉性較好但造價(jià)較高；半封閉維護(hù)僅在皮帶上增加鋼制皮帶罩，防雨防塵。長(zhǎng)距離輸送機(jī)多采用半封閉簡(jiǎn)易維護(hù)。半封閉結(jié)構(gòu)斷面如圖3所示，全封閉結(jié)構(gòu)斷面如圖4所示。

圖3 半封閉結(jié)構(gòu)斷面

圖4 全封閉結(jié)構(gòu)斷面

4.2 管狀帶式輸送機(jī)

我國(guó)于20世紀(jì)90年代引進(jìn)管狀帶式輸送機(jī)，多用于輸送煤炭、糧食、水泥、紙漿及混凝土等塊狀與粉狀物料，具有輸送傾角大、曲率半徑小、機(jī)身橫截面積小、輸送帶不跑偏等優(yōu)點(diǎn)，并且可進(jìn)行三維空間彎曲輸送，實(shí)際應(yīng)用中便于輸送線路布置、維護(hù)、管理。管狀帶式輸送機(jī)由尾部過(guò)渡段、管狀段、頭部過(guò)渡段3部分組成，其斷面結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 管狀帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)斷面

4.3 運(yùn)輸形式的確定

對(duì)比管狀帶式輸送機(jī)，普通帶式輸送機(jī)具有建設(shè)投資費(fèi)用較低、運(yùn)行功率小且費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但考慮到本煤炭外運(yùn)線路沿線基本為耕地，途徑多個(gè)村莊和道路，周?chē)匀粭l件對(duì)環(huán)境保護(hù)要求嚴(yán)格，因此從環(huán)境保護(hù)角度考慮，管狀帶式輸送機(jī)優(yōu)勢(shì)明顯。普通帶式輸送機(jī)和管狀帶式輸送機(jī)綜合對(duì)比見(jiàn)表3。綜合分析，本煤炭外運(yùn)系統(tǒng)確定采用管狀帶式輸送機(jī)進(jìn)行物料輸送。

表3 普通帶式輸送機(jī)和管狀帶式輸送機(jī)綜合對(duì)比

5 管狀帶式輸送機(jī)計(jì)算選型

煤炭外運(yùn)輸送線路總長(zhǎng)度約12.3 km，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地探勘，輸送系統(tǒng)線路主要布置于耕地上，采用2條管狀帶式輸送機(jī)搭接方式完成整個(gè)煤炭運(yùn)輸過(guò)程，中間設(shè)轉(zhuǎn)載點(diǎn)1座。

5.1 管狀帶式輸送機(jī)基本參數(shù)的確定

2條管狀帶式輸送機(jī)搭接完成12.3 km運(yùn)輸距離，其輸送長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)探勘情況可設(shè)置2條等長(zhǎng)輸送機(jī)，即每條輸送機(jī)長(zhǎng)度約6.2 km。按照西卓煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作制度，即年工作330 d，每天2班生產(chǎn)，1班檢修，日工作16 h。不均衡系數(shù)按1.3考慮，根據(jù)計(jì)算，管狀帶式輸送機(jī)的輸送量圓整為Q=800 t/h。輸送系統(tǒng)輸送的物料為產(chǎn)品煤，按照產(chǎn)品組成，輸送的物料為混煤，最大粒度50 mm，綜合考慮產(chǎn)品煤粒度、輸送量，管徑選擇直徑350 mm。按照確定的輸送量和管徑，根據(jù)輸送機(jī)帶速計(jì)算公式，計(jì)算可得帶速約等于2.9 m/s，設(shè)計(jì)考慮到矸石粒度、裝滿系數(shù)、輸送帶強(qiáng)度等因素，取帶式輸送機(jī)速度V=3.15 m/s。

5.2 管狀帶式輸送機(jī)功率計(jì)算及設(shè)備選型

根據(jù)《帶式輸送機(jī)工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50431—2020)關(guān)于管狀帶式輸送機(jī)計(jì)算方法，經(jīng)計(jì)算單條管狀帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為4×630 kW。為了保證管狀帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)平穩(wěn)可靠，設(shè)計(jì)對(duì)輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置采用軟啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)類(lèi)似驅(qū)動(dòng)功率的驅(qū)動(dòng)裝置，當(dāng)前主流形式主要有變頻電機(jī)+減速器、電動(dòng)機(jī)+CST和永磁同步電機(jī)直驅(qū)等，設(shè)計(jì)選型考慮到經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性，選用變頻電機(jī)+減速器作為首選驅(qū)動(dòng)裝置。

6 結(jié)語(yǔ)

煤炭運(yùn)輸方式的選擇，對(duì)煤礦生產(chǎn)和運(yùn)輸企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)、生產(chǎn)成本和經(jīng)濟(jì)效益有著巨大影響。結(jié)合項(xiàng)目所在地的地形、城市規(guī)劃、臨近井田壓覆、村莊位置、交通線路等多種因素，對(duì)3種運(yùn)輸方式及確定帶式輸送機(jī)運(yùn)輸方式后的輸送帶形式進(jìn)行了充分比選，最終選用最符合項(xiàng)目實(shí)際生產(chǎn)的設(shè)計(jì)方案，為類(lèi)似條件的項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供了參考。