鐵路論文發(fā)表基于功效鐵路運輸評價

　　為了探討露天煤礦生產中鐵路運輸系統(tǒng)的協(xié)調程度，本篇鐵路論文引入容量耦合理論建立耦合度模型，通過耦合分析對系統(tǒng)的耦合程度進行了定量計算，并通過實例對模型進行驗證.在耦合分析的過程中，將不同參數轉化為可比較的同量綱數值.《高速鐵路技術》期刊是由中國中鐵股份有限公司主管，中鐵二院工程集團有限責任公司主辦的國家級科技期刊。本刊于2009年10月已獲國家新聞出版總署批準， 2010年2月正式向國內外公開發(fā)行。國內統(tǒng)一連續(xù)出版物號：CN51—1730/U;國際標準連續(xù)出版物號：ISSN1674—8247，郵發(fā)代碼：62-124。

　　煤炭在我國能源結構中占有重要的地位，國家統(tǒng)計局的統(tǒng)計數據表明，2010年我國能源消費中，煤炭消費量占70%[1].2010年國家鐵路運輸貨物中，煤炭運輸量為200043萬t，占總量的55%[1].我國的煤炭大省山西省2010年的煤炭運能缺口仍在40%～50%之間.在當前煤炭產、運雙方相對獨立的背景下，造成了煤炭在中轉環(huán)節(jié)大量的堆積.在作為主要外運手段的鐵路運輸運能緊張的情況下，探討露天煤礦生產與外運之間的協(xié)調問題，具有重要的現(xiàn)實意義.國內外學者對運輸系統(tǒng)的協(xié)調和耦合做了一些研究，文獻[2-5]對系統(tǒng)協(xié)調程度的定量描述進行了探討，部分學者引入了耦合理論研究子系統(tǒng)之間的配合程度[6-12].從上述研究可知，耦合在物理討論中用于分析兩個或兩個以上的實體相互依賴于對方的量度，在分析露天煤礦與鐵路運輸雙系統(tǒng)關系中是可以借鑒的.但在耦合度分析與計算中需要對各參數初始數據進行統(tǒng)一量綱化處理，當前進行統(tǒng)一量綱常用的手段較多，實踐中多數采用均值方差法[13]，即通過描述各個指標觀測值相對于均值的分布情況.但這類方法要求指標變量線性變化，其變化值與其對系統(tǒng)的影響程度成正比關系，此外，這類方法要求較多的初始觀測值參與計算，這些都不符合新建礦山的要求.本文對依賴經驗數據較低的功效系數法進行改進，研究了露天煤礦采掘、運輸設備的運用指標和鐵路外運系統(tǒng)數量、載重、波動等參數的選擇.

　　1參數選擇為探求露天煤礦企業(yè)生產與鐵路外運組織之間的耦合程度，需要選取一定的參數[14].選擇參數時，以全面性、科學性、層次性、目的性、可比性及可操作性為原則.

　　1.1露天煤礦生產系統(tǒng)參數在描述和評價露天煤礦生產系統(tǒng)時，應選擇具有全局性的參數，并要求參數能夠直接反映露天礦生產狀況，參數變化對生產狀況有直接影響.考慮我國大量新建的大規(guī)模露天煤礦多采用單斗鏟-卡車工藝或以此為基礎的綜合工藝系統(tǒng)，故選擇如下參數.(1)挖掘機數量挖掘機數量指標能直接反映露天煤礦的生產能力，一般采用一定計量周期內投入實際生產的設備數量，即考慮出動的挖掘機數量.(2)挖掘機斗容挖掘機斗容能夠直接體現(xiàn)挖掘設備的工作能力，不同斗容設備的計量周期生產能力存在較大的差距.為便于新建礦山的生產持續(xù)性和設備的易維護性，大部分新建礦山多采用同樣規(guī)格的設備.(3)卡車數量在露天礦生產系統(tǒng)中，坑內運輸系統(tǒng)對生產有直接的影響.采用單斗鏟-卡車工藝的露天煤礦，其卡車數量能夠直接反映礦山生產情況.(4)卡車平均靜載重靜載重是指貨車在靜止狀態(tài)下平均每車裝載的貨物重量，用以分析貨車完成裝車時車輛載重的利用情況.卡車平均靜載重能夠客觀的反應卡車運輸對煤礦生產能力產生的影響.(5)平均運距露天礦卡車平均運距是指一定計量周期內平均每輛卡車完成每次生產周期所走行的平均距離.平均運距包括裝車點重載至卸車點的距離、返程的空駛距離以及其間為完成作業(yè)所走行的其他路程長度.

　　1.2鐵路運輸系統(tǒng)參數選擇鐵路運輸系統(tǒng)的描述和評價參數應該能夠反映礦山外運體系的服務水平，而不是對路網系統(tǒng)狀況進行闡述，因此選擇以下參數.(1)日平均入礦車數國家鐵路與礦區(qū)交換的空重載車數直接反映鐵路運輸系統(tǒng)對礦區(qū)資源外運的服務水平.由于露天礦山生產具有持續(xù)性特點，當前生產過程中，通常礦方會采用不停車裝車系統(tǒng)，使得入礦車輛不解體、不停車迅速完成裝載并返回國家鐵網絡，因此，日平均入礦車數能夠直觀的反映雙方交換車的情況.(2)車輛平均載重量利用系數鐵路車輛平均載重量利用系數指標能夠反映車輛裝載的情況，采用這類指標避免了不同貨車編組造成評判指標不統(tǒng)一的問題.(3)列車到達不均衡系數考慮鐵路貨車常出現(xiàn)集中到達情況，往往與煤礦生產的持續(xù)平穩(wěn)特點產生較大的沖突，為反映外運服務水平，引入列車到達不均衡系數指標.

　　2參數同度量化處理

　　設:uij為煤礦生產-鐵路運輸系統(tǒng)中各參數的功效貢獻值，其中:i為系統(tǒng)編號，i=1，2;j為參數編號，j=1，2，…，n;uij為第i個子系統(tǒng)中第j個參數的貢獻值;Xij為第i個子系統(tǒng)中第j個參數的實測值;XDij為第i個子系統(tǒng)中第j個參數的設計目標值或經驗最優(yōu)值;XOij為第i個子系統(tǒng)中第j個參數的設計最低值或經驗獲得的最小允許值.當參數越大、系統(tǒng)評價越好時，取實測指標與最小允許值的差值參與計算;當參數越小、系統(tǒng)評價越好時，取實測指標與設計值最優(yōu)值的差值參與計算，則有0

　　3耦合度函數

　　借鑒物理學中容量耦合(capacitivecoupling)的概念和容量耦合系數模型[15]，針對礦山生產與鐵路外運雙系統(tǒng)的特點，推廣得到雙系統(tǒng)(或要素)相互作用的耦合度模型為由式(3)可知，礦山生產與鐵路外運的耦合程度受2個子系統(tǒng)各自狀況的影響，且與子系統(tǒng)對整體貢獻情況的乘積成正比，與子系統(tǒng)對整體貢獻情況的和成反比.耦合度值應為:C∈[0，1].當C=1時，耦合度最大，系統(tǒng)之間或系統(tǒng)內部要素之間達到良性共振耦合，系統(tǒng)將趨向新的有序結構;當C=0時，耦合度極小，系統(tǒng)之間或系統(tǒng)內部要素之間處于無關狀態(tài)，系統(tǒng)將向無序發(fā)展.具體評判標準[16]見表1.

　　4實例驗證

　　為驗證上述模型能否真實有效地反映和評價實際生產的協(xié)調程度，采用內蒙古東部某露天煤礦為例進行驗證.該露天煤礦是國家煤炭工業(yè)“十一五”規(guī)劃的10個千萬噸露天煤礦之一，該煤礦位于勝利煤田的中部，礦權境界東西長7.3～8.0km，南北寬6.1～6.3km，面積49.63km2，總儲量703826萬t，露天開采資源儲量為531872萬t，可采儲量397002萬t，平均剝采比2.93m3/t.對應前述參數選擇，提取煤礦生產和外運參數如表2和表3所示.表2、3中，考慮新建礦山工作量推進多采用外包方式，且受鐵路網能力和建設程度的影響，結合生產實際，采用1/3外運量通過鐵路運輸方式進行外運.運用層次分析法，得到不同系統(tǒng)的參數權重如表4所示.依據表4取值，分別將Xij、XDij、XOij、λij代入式(1)～(3)，計算結果見表5.從表5可以看出，該礦生產與鐵路外運系統(tǒng)之間的耦合度為0.61.參考表1的評價標準可以看出，煤礦生產與鐵路外運系統(tǒng)之間的協(xié)調情況較好，但偏向一般水平.鐵路外運系統(tǒng)對整體的協(xié)調工作造成較多不便，其對整體的貢獻度僅為煤炭生產的43%，影響了系統(tǒng)的整體協(xié)調性.由表5還可以看到，對于鐵路外運系統(tǒng)，與預期相比，較低的入礦車數對系統(tǒng)協(xié)調造成了較大的影響，其貢獻率僅為其他指標中最小數值的20%，而接發(fā)列車的不均衡系數卻對系統(tǒng)不協(xié)調影響較小.經調查，這一結果與現(xiàn)場人員反映的情況一致.所以對于該礦，可以考慮購置自備車入鐵路網運行、建設坑口電站等方式提高參數的貢獻率.若日平均入礦車數能夠提高到計劃數量的80%，系統(tǒng)耦合度能夠提高17%.這對于礦山合理生產和企業(yè)協(xié)調發(fā)展，具有重要的意義.

　　5結論

　　實例計算表明，模型取得的結論與實際生產中的狀況相似，能夠反映現(xiàn)實生產中露天煤礦生產-鐵路運輸系統(tǒng)的耦合情況，并能夠定量得到不同參數對系統(tǒng)耦合的影響，有利于改進生產.研究表明:(1)露天煤礦生產-鐵路運輸系統(tǒng)的協(xié)調關系與不同參數對系統(tǒng)有序性的貢獻有關，且該貢獻與指標的實際表現(xiàn)和設計期望相關.(2)導致系統(tǒng)出現(xiàn)不協(xié)調的原因與個別參數達到期望值的程度較低有關.(3)若企業(yè)能夠改良表現(xiàn)較差的參數，縮小其與期望值的差距，將使系統(tǒng)協(xié)調性有較大的提升.

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